基于进化算法的产品造型创新设计方法研究

摘要

在传统的产品造型设计中，方案的产生主要依赖于设计师的创造性思维，优秀的设计师需具备一定广度和深度的知识结构，并且感性与理性思维均比较活跃。目前随着计算机逻辑运算和图形衍化能力的大幅提升，运用进化技术丰富产品形态成为可能。基于此，为了满足用户多样化的情感需求，模拟设计思维中的初始设计和细化设计，提出了基于元胞遗传算法和标准遗传算法的产品造型创新设计方法，本研究的主要研究内容如下。
　　（1）从认知心理学的角度出发收集产品样本，并应用感性工学确定参考性产品样本；再通过设计师聚焦和用户调查得到样本评价值，经分析确定代表性产品样本，利用形态分析法得到设计元素并参数化。
　　（2）依据设计思维中的设计进程、设计思维模式和设计策略与元胞遗传算法之间的对应关系，基于元胞遗传算法建立产品造型创新初始设计系统，并以代表性产品样本为初始种群，实现以少量原型生成大量创新性方案的智能设计进程，模拟了设计思维中的初始设计过程。
　　（3）依据设计思维与标准遗传算法之间的对应关系，基于遗传算法建立产品造型创新细化设计系统，进一步进化初始设计系统中得到的设计方案。该系统首先通过单亲遗传算法得到初始种群，再通过遗传操作得到创新设计方案，模拟了设计思维中的细化设计过程。以卡通表情造型为创新设计实例，验证了该方法的有效性和实用性。
　　本研究以产品造型为研究目标，首先依据认知思维和进化算法提出了产品造型创新设计的整体流程；其次分析了产品形态与功能、意象之间的关系；然后模拟初始设计过程，建立了基于元胞遗传算法的产品造型创新设计初始系统；最后模拟细化设计过程，提出了基于标准遗传算法的产品造型创新设计细化系统，并基于Matlab开发的进化设计系统对卡通表情造型研究案例进行了验证，结果表明基于进化算法的产品造型创新设计的方法是可靠的。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 课题的来源、目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容和技术路线

第2章 产品造型样本

2.1 产品的造型形态

2.2 代表性产品造型样本选取

2.3 产品造型元素分析

2.4 实例研究

2.5 本章小结

第3章 基于元胞遗传算法的产品造型创新初始设计

3.1 设计思维与元胞遗传算法

3.2 产品造型创新初始设计系统

3.3 实例研究

3.4 本章小结

第4章 基于标准遗传算法的产品造型创新细化设计

4.1 设计思维与标准遗传算法

4.2 产品造型创新细化设计系统

4.3 实例研究

4.4 本章小结

总结与展望

总结

创新点

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 进化设计系统的部分程序