藝術設計視角下的汽車造型描述手段研究

周濤

摘要：汽車造型描述手段是談論汽車造型方法的前提之一，已有的汽車造型描述手段并不適合藝術設計師使用。通過論述各種成熟的汽車造型描述手段的優劣性，結合藝術設計學科的特征與汽車設計流程特點，建立新的汽車造型描述手段。并嘗試在此基礎之上提出一種適合藝術設計師使用的汽車造型方法。該方法的特點是能給予設計師在進行汽車設計時予以參考并發揮其主觀性，而非通過計算機等手段衍生出最后的汽車造型結果。

關鍵詞：汽車造型;造型描述手段;造型關鍵點;熱區圖

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）07-0028-03

汽車造型屬于設計領域中較為典型的一類，其產品造型具有美學需求多樣、曲面轉折關系復雜、多學科知識交叉、多方案選擇與迭代的特點，是一個典型的“高技術——高情感”設計領域[1]。關于汽車造型方法的研究有很多，然而無論是從哪個角度切入來研究汽車造型，都需要一種或多種技術手段來描述汽車造型特征。這些技術手段是根據研究者的學科背景和研究的切入點來選擇的。汽車造型描述手段的研究是汽車造型方法研究的重要組成部分，因此對汽車造型特征的描述手段的研究和開發具有重要的意義。

1 汽車造型描述手段

無論是對已有車型的研究還是對概念車型的表達都需要媒介，這個媒介需要可以被人識別且運用。這個媒介便是汽車造型描述手段，本段將根據描述手段的不同對已有的研究做一個分類：

1）語言。人可以應用語言來描述他們的感知，在意象研究里，經常有人采用口語分析法來進行相關的研究。在汽車造型知識里，同樣可以用語言來對造型知識進行描述。比如在《汽車造型設計中的節奏與韻律》[2]一文中，伍國俊使用節奏與韻律來總結描述汽車造型的規律。在汽車造型中，伍國俊認為可以應用節奏韻律的手法求得造型的統一協調，以達到更加優秀的造型結果。缺點是難以定量地進行研究且文本量較大。

2）貝塞爾曲線。在電腦二維圖像處理軟件中，貝塞爾曲線是一種常見的繪制曲線方式。它使用復數的節點來確定曲線的形態，在計算機軟件中是一種非常重要的參考曲線。在汽車造型知識的相關領域研究中，貝塞爾曲線實際上是在描述汽車造型的特征線。如胡偉峰在《汽車品牌造型基因提取及可視化研究》[3]一文中，利用貝塞爾曲線量化汽車特征線的方式，來描述汽車造型的輪廓線、腰線、進氣柵格以及車大燈的形態。貝塞爾曲線在描述汽車造型特征線上具有一定的優勢，它能很好地概括汽車的造型形態，而且貝塞爾曲線可以被準確地測量，方便定量化地研究汽車造型。

3）點云。點云技術以海量的點來描述線或者面的特征[4]，且描述結果較為準確。點云的劣勢是他對硬件的要求較高且多用于汽車的逆向設計中。

4）幾何特征建模。車身表面幾何建模工作隨著計算機技術的發展而變得更加容易。烏晴輝使用幾何建模的方式探討了車身表面幾個基本特征[5]，包括汽車造型的基本特征、附加特征、變形操作特征、復合特征、總特征。通過幾何特征建模的方式來描述汽車造型是比較準確直觀的，但是數據處理難度較大。

5）關鍵點。有相關的研究表明，可以用點來有效地描述汽車造型形態[6]。孫建寧在《產品多意象造型進化設計》中[7]，首先利用網絡文獻等渠道收集了234款汽車的側面圖片。使用專家測評的方法選出45張圖作為研究樣本。利用曲線控制法將汽車輪廓進行參數化，定下27個坐標點。包括了4個絕對坐標點和23個相對坐標點。并利用軟件將所有坐標數據進行統計匯總。最后將坐標輸入數據庫作為研究汽車造型知識的基礎。使用關鍵點進行描述的優勢在于點能通過坐標的方式進行描述，非常方便進行統計和處理。劣勢在于使用關鍵點來描述汽車造型相對于線、面來講顯得不夠直觀，準確。

汽車設計作為一門交叉學科，藝術設計在其中占據著重要的地位，上述研究多站在自身學科角度來選擇汽車造型描述手段，追求的是準確且易被計算機進行處理。其研究成果對藝術設計師來講幫助不大（本觀點在下一章節論證）。因此本文需站在藝術學科角度下來探討汽車造型特征的描述方法，為今后汽車造型設計方法打下基礎。

2 藝術設計學科下的汽車造型

本課題在藝術設計學科下來探討汽車造型，因此在汽車描述手段的研究上會根據藝術設計師的理論知識與行為習慣來確定。汽車設計過程較為復雜，傳統的正向設計過程包含了三大部分：外形設計、內室設計、色彩設計[8]。從藝術設計角度來看，汽車造型也分為三個板塊：形態、色彩、材質。汽車正向設計涉及了幾個基本的步驟[9]：（1）市場調研并制定市場計劃的開發流程;（2）汽車總布置設計;（3）創意方案設計;（4）方案初審篩選;（5）建立汽車數字模型;（6）等比例縮小的模型制作;（7）等比例縮小模型的評審;（8）繪制全尺寸的效果圖與膠帶圖;（9）全尺寸模型設計制作;（10）部件造型細節設計;（11）風洞實驗;（12）設計項目凍結。在上述流程中，創意方案設計過程是汽車造型設計師所主導的過程。這一步驟在整個設計流程中位置靠前。在這一過程里，設計師能發揮自身的主觀能動性，對汽車的造型結果起到重要的影響作用。在創意階段開始的時候，一般會對汽車造型結果提出一種要求。在汽車生產中這個要求是由市場規律和企業相關部門共同制定的。汽車設計師會根據這些要求來對汽車造型進行創意發散，這個發散過程一般是從手繪稿開始。而在傳統的手繪階段，類似點云、貝塞爾曲線、幾何特征建模等描述手段并不能被很好地用來表達創意，因為上述描述手段過于精確且數據化。而在傳統的汽車設計方法之中，有一種根據輪胎尺寸比例來限定汽車形態的方法被較為廣泛地運用，如圖2所示。繪制不同種類汽車所參考的比例完全不同。這種比例可以作為設計師繪制汽車草圖時的參考，這種參考可以幫助設計師抓住基本的車型比例，同時不會限制設計師的思維發散從而可以發揮設計師的主觀能動性。本課題正是要尋找出一種類似的描述手段來給予設計師參考，而非通過造型描述手段來確定造型結果。

3 以熱區圖為汽車造型描述手段

形態作為造型的重要元素，具有重要的研究價值。點、線、面是形態最基本的組成元素。從幾何學的角度來講，點是兩條線相交或相切的重復位置，點是沒有面積只有位置。但是從視覺的角度來看，點同時具備位置、面積或體積。從造型師順序的角度來講，點的運動軌跡可以形成線，不重復的兩個點之間可以連成線，線的掃描軌跡可以形成面，封閉的面形成體，所以點是視覺造型設計語言的出發點[10]。單獨的點在不同的環境中會帶給人完全不同的認知。比如在點處在平面的中心時，會給人穩定的感覺。如果點處在非中心的位置時，又呈現一種動態感和不穩定感[11]。當復數的點存在于一個空間里，隨著點分布狀態的不同，又會給人更多不同的體驗（復數的點可以給人類似線、面、體的視覺體驗）。同時從統計的角度來講，點的分布密度可以通過熱區的方式進行演示。熱區圖（或熱點圖）在統計網頁點擊數量和采集注意力熱點圖上有很多的研究。前者通過分析網頁每一個板塊的點擊熱度來進行版面的設計安排和驗證設計成果。通常用低色溫（如紅、黃）來表示高點擊量，用高色溫（藍、綠）來表示低點擊量。后者通過眼動儀等技術手段來收集人們認知觀察的熱點。當人們在某個點上觀察時間越多，則該區域色溫越低，反之則色溫越高。因此點在視覺中的應用非常的靈活，且容易被描述（點可以通過獨立的坐標描述、點的分布可以通過熱區的方式展現）。

因此使用以點形成的熱區圖來描述汽車造型有如下優勢：

1）點本身在空間中的位置能很好地被描述和統計（通過坐標）。

2）通過復數的點可以輕松衍生出線或面，線被證明是可以高效地描述汽車造型知識，面則是能準確地展示汽車造型。

3）點與點之間可以形成有限的線段，但是通過點的分布可以形成面，而面與面之間可以形成無限種連線的方法。無限種的連線方式意味著可以很好地提供設計師發揮自身主觀能動性的空間。

4）點形成的熱區可以很好地展示點的密集程度，可以反映汽車造型的規律變化。

4 基于熱區圖的汽車造型方法展望

眾多案例表明，使用造型語義作為切入角度來研究汽車造型是比較有效的手段。本章節將使用熱區圖為汽車造型描述手段，結合汽車造型語義的相關研究成果，來探討可能的汽車造型方法的創新。藝術設計師在創意方案設計階段一般以語義形容詞來開始設計項目的推進，這里的語義形容詞指的是汽車造型形容詞。語義形容詞的相關研究有幾個不同的方向，針對汽車造型的主要有以下兩種：朱毅在《汽車造型語義研究與設計流程構建》中提到了在汽車造型領域中造型語義是相對固定的，但是如果將所有形容詞運用在汽車領域是不現實的，因此有必要進行篩選[12]。朱毅最終通過他的研究篩選出30個形容詞以及他們的反義詞作為研究汽車造型的關鍵詞匯。蘇建寧在他的研究中并未使用反義詞作為語義形容詞，在產品多意象造型進化設計》一文中，蘇建寧在建立一套汽車造型評價系統過程中直接使用“流線”“豪華”“穩重”等形容詞匯作為研究對象。在朱毅的研究成果中有一些形容詞并常出現在藝術設計師對汽車造型的評論中。比如“友好”和“敵對”、“杰出”和“平凡”等。而后者選擇的詞匯則在汽車評論中較為常見。比如“大氣”、“流線”、“豪華”等。本課題并不比較兩者的優劣，而是單純地從藝術設計人員的使用習慣角度出發，選擇后者作為意象描述的方法。同時選擇軸距在2700-2750mm區間的SUV側面為研究對象。邀請5位擁有汽車設計經驗的設計師來對樣本進行評價，挑選出“商務”與“運動”兩個組別的車型，來區分每款汽車的造型特點。實驗結果顯示有20款車型在商務感上表現較好，有17款車型在運動感上表現較好。其中重復的車型有9款。

選擇七個點來對每款汽車的造型進行記錄，七個點分別對應車側面輪廓的轉折點，分別計al、a2、a3、a4、a5、a6、a7。如圖3所示。其中al、a2為車前臉在側面輪廓的兩端;a3為引擎蓋與A柱在車側面輪廓的交點;a4為A柱與車頂在側面輪廓的交點;a5為C柱與車頂在側面輪廓的交點;a6、a7為車后臉在側面輪廓的兩端。最后建立坐標系，將車后輪作為坐標系的原點，車頭方向為X軸正方向。提取每一個點在該坐標系下的世界坐標數據將兩組車型（商務組20款，運動組1 7款）上七個點的坐標散布在坐標系中，利用Execel自帶的插件Powermap對數據進行處理。Powermap是一款可以支持用戶繪制可視化的地理和時態數據的軟件，可以很方便對Execel表格中的數據加以識別處理。得到如下熱區圖。

觀察熱區圖發現，造型關鍵點在散布上呈現出了一定的規律，總結規律如下：

1）商務組在點的分布上較為分散，除了al點與a7點以外，其余五點都是向“紅區”外側進行延伸。

2）運動組在點的分布上較為集中，除了al點與a7點以外，其余五點都是向“紅區”內側進行延伸。

3）商務組在al，a2兩個點上存在兩組聚落。查詢數據源可見，有5款車型al、a2兩個點全部在內側。

4）橫向對比發現運動組所有七個點的“紅區”相對于商務組都要低，在al、a4、a5、a7點尤為明顯。

5）橫向對比發現運動組a5點與a6點的距離相對于商務組要小。

該對比在一定程度上是符合人對車型的一般認知的，比如運動感較強的車在視覺上要顯得有速度感，要更加“貼地”，給人“低風阻”的感覺;商務感較強的車則因為內室空間較大，外觀顯得外擴。對應的是總結出的第4條規律，運動組所有七個點的“紅區”相對于商務組都要低。再比如運動感較強的車在溜背的處理上要更加緊經湊、與車頂的連接更加順滑;商務感較強的車在溜背的處理上要更加挺拔，解決的是后車座車頂的空間問題。對應的是總結出的第5條規律，運動組a5點與a6要小。關于熱區圖展示的造型規律還可以進一步的挖掘。從目前的成果來看，通過熱區圖的方式來描述汽車造型的方法的確可以反應出一些造型規律。但如何通過熱區圖衍生出新的汽車造型方法需要進一步的探討。但可以確定的是，熱區圖作為一種新的汽車造型描述手段可以增加對汽車造型方法的研究角度，特別是針對藝術設計學科下的汽車造型方法的研究。

5 結語

本文首先論述了幾種主要的汽車造型描述手段，并分析每種描述手段的主要特點。發現已有的方法并不適合藝術設計學科下的設計師使用。其后從藝術設計特點與汽車設計流程的角度出發，發現需要探索出一種新的描述手段，來給予設計師“參考”而非決定汽車造型結果，以此來發揮設計9幣的主觀性。接下來從點的特征出發，提出可以以點形成的熱區圖的方式來描述汽車造型的設想。最后本課題嘗試以熱區圖結合語義形容詞的方式來描述汽車造型，取得一定成果。一方面熱區圖能給設計師汽車形態的比例關系（類似輪胎比例繪制法）;另一方面熱區圖還能反應汽車造型的規律，使得設計結果更為準確，證明了該描述手段具有一定的研究前景。本課題還有諸多不足之處和可以發展的地方，比如造型關鍵點的取得方法;熱區圖的制定標準;造型語義與熱區圖的映射方法;通過熱區圖進行汽車造型設計方法的有效性等問題都需要進一步的研究與論證。

參考文獻

[1] Zhao Jianghong， Wu Chao. Internet-based computer aided industrial design. ChinaMechanical Engineering， 1999， VoI.10（Supplement）： 53-54

[2]伍國俊，汽車造型設計中的節奏與韻律[J].裝飾，2005，11：110 111.

[3]胡偉峰，陳黎，劉蘇，趙江洪，汽車品牌造型基因提取及可視化研究[J]，機械設計與研究，2011，02：65-68+79.

[4]鐘婷婷，基于特征的車身典型復雜曲面點云數據的分割吲，吉林大學，2015.

[5]高三德，周濟，張新訪，鄔睛輝，付勇智，馬仙源，基于特征的車身幾何建模與汽車總布置設計系統的研究[J]，交通與計算機，1995，02：4-9.

[6]陳鴻源，張育銘，汽車輪廓形態特征關系之研究[J]，設計學報（臺灣），2004 （2）：87 105.

[7]蘇建寧，張秦瑋，吳江華，劉蕓，產品多意象造型進化設計[J]，計算機集成制造系統，2014，11：2675 2682.

[8]劉振玲，朱志冬，汽車造型設計流程概述[A]，河南省汽車工程學會，第九屆河南省汽車工程技術研討會論文集[C]，河南省汽車工程學會，2012：3.

[9]趙丹華，汽車造型的設計意圖和認知解釋[D]，湖南大學，2013.

[10]黃盧健著，平面構成[M].廣西：美術出版社，2003.

[11]王冠，田平.點張面抽象符號在視覺藝術設計中的應用——淺議形式語言的秩序感[J].家具與室內裝飾，2012，04：44-45.

[12]朱毅，汽車造型語義研究與設計流程構建[D]，湖南大學，2009.