面对激烈的市场竞争，产品创新逐渐成为企业稳固发展的源动力。研究表明，提高产品设计价值能挖掘到更为庞大的用户价值[1]。在产品中加入文化元素，使产品具有更高的文化内涵，是提高产品附加值的有效途径。产品设计的方法如产品族设计[2-15]、基于案例的推理技术[16-17]、遗传算法以及形状文法等常用于文化创意产品设计的研究中。
针对产品族设计，提出了基于形状文法、风格特征和映射关系的产品设计基因的描述和推理方法，构建了产品造型意象模型、产品造型设计情境模型等[2-9]；提出基于情境、本体、视觉—行为—情感和支持视觉识别的产品族设计；提出了高效分解多目标遗传算法、设计方法选择矩阵 (design method selection matrix, DMSM) 等方法来解决产品族设计中广义共性的问题[9-15]。针对案例推理，利用索引规则和K-means聚类算法将案例库分类[16]，提出基于TRIZ理论融合规则推理和案例推理的设计方法[17]等。但是在产品设计方法的研究中仍存在一些不足，这些方法并非都具有普遍适用性，且多用于机械产品和现代产品的设计，国内针对文化产品设计方法的研究很少。对于文化产品设计开发，韩国的学者作了一些研究，文献[18-21]将韩国的世界自然遗产形象、韩国的寺庙文化、中国京剧脸谱、中国传统灯具等应用于时尚文化产品的设计开发，但其缺乏一定的系统性，应用范围较为狭窄。
大多数的创新方法都需要范围群体环境的激发，仅靠设计人员个人努力无法快速产生大量的创意。因此，对文化产品适用的辅助设计及管理系统的研发很有必要。就产品的造型来讲，产品的内在属性，包括文化和情感，也是与产品造型相关的设计元素，是设计师设计时应该考虑的重要因素。此外，运用同种设计理念、设计规则的产品存在一定的内在联系，关于产品的构成方法也应是产品造型相关设计元素的一部分。
本文运用基于案例的设计 (case-based design，CBD) 技术，结合遗传算法和形状文法的知识，对文化创意产品概念原型系统进行研发。主要研究产品造型相关的设计元素，将产品造型相关设计元素分为5个方面，在功能、行为元素的基础上加入了文化和情感元素，此外还加入了构造法这一概念。
1 产品造型相关设计元素分析 1.1 产品造型相关设计元素分类运用CBD技术，将产品造型相关设计元素融入案例的检索与重用中。图 1所示为基于CBD技术的产品造型相关设计元素分类及应用图。
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| 图 1 基于CBD技术的产品造型相关设计元素分类及应用 Fig.1 Product modeling design element classification and application based on CBD technology |
产品造型相关设计元素分为5个方面，包括功能、行为、文化、情感和构造法。构造法又分为设计理念、构成基元和构成规则三个方面。在构造法设计理念的作用下，对功能、行为、文化、情感进行选择，再将功能、行为、文化、情感所对应的造型元素提取为构造法的构成基元，通过构造法构成规则进行排列组合，重构产品的整体造型。
1.2 产品造型相关设计元素的表达对于产品造型相关设计元素的表达，包括了2个方面的内容：一方面是产品造型的概念描述，即文字的内容；另一方面与产品造型形态的构成相关，即产品造型本身，由多个造型元素组成。图 2所示为产品造型相关设计元素的内在联系。
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| 图 2 产品造型相关设计元素的内在联系 Fig.2 Internal relationship of product modeling design elements |
针对某文化产品实例，产品造型概念描述集PD表达为：
PD=(FD，BD，CD，KD，SD)
1) 将产品功能集记为FD，功能相关造型元素记为f，产品功能集FD用基因树[14]的形式表达为：
| ${\rm{FD = tree}}({\rm{F}}{{\rm{D}}_{ij}}),i = 1,2, \ldots ,n;j = 1,2, \ldots ,m$ | (1) |
式中：FDij表示该类 (样本) 产品第i个子功能下的第j个功能基因，n为该功能集中一级子功能集的总数，m为该子功能集中二级子功能的总数。图 3为产品功能集树形结构。
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| 图 3 产品功能集树形结构 Fig.3 Tree structure of product function set |
2) 将产品使用行为/交互模式集记为BD，由行为向量V与对象O构成，BD:V→O；相关造型元素记为b，使用行为集BD={BD1，BD2，…，BDm}，行为相关造型元素集b={b1，b2，…，bn}。
以灯具的开关方式为例，将灯具的开关方式分为感应和控制两大类。感应类开关包括声控、温控、红外线感应、震动感应、风速感应、压力感应等。另一类属于机械控制类，如常见的按钮式按压、拨动和旋转开关，老式的拉线开关，插卡式开关，还包括一些有创意的开关方式，如倾斜灯具本身、旋转灯具本身、支起合并等开关方式。图 4为灯具开关方式行为集。
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| 图 4 灯具开关方式行为集 Fig.4 The switch mode of lamps behavior set |
3) 将文化特征集记为CD，文化相关造型元素记为c，文化特征集CD={CD1，CD2，…，CDm}，文化相关造型元素集c={c1，c2，…，cn}。
结合台湾学者林荣泰提出的文化空间的3个层次 (外在层次、中间层次以及内在层次) 与诺曼提出的大脑活动分为本能层、行为层和反思层的思想，文化产品设计也可从本能、行为和反思三个层次来分析。对于设计师来说，3个层次对应不同的设计属性，每一个层次都有不同的实现途径。文化产品设计相较于普通产品设计最大的不同便是对文化元素的着重运用。对于运用文化创意产品设计概念原型系统实现文化产品设计，文化元素的全面提取尤为重要。因使用文化特征种类的不同，设计思路也不同，所以要提取文化器物中的文化特征为文化产品设计作准备。
这里从文化产品设计灵感的角度将文化特征元素按本能、行为、反思三个层次来分析，使文化产品设计方法更加明确。本能层包括色彩、造型和纹饰等；行为层包括功能、使用方式、结合关系与仪式习俗等；反思层包括文化内涵、文化象征和故事传说等。图 5为文化产品的文化特征集举例。
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| 图 5 文化产品的文化特征集举例 Fig.5 Examples of culture feature set of culture products |
4) 将情感意象集记为KD，情感相关造型元素记为k，情感意象集KD={KD1，KD2，…，KDm}，情感相关造型元素集k={k1，k2，…，kn}。
利用感性工学 (kansei engineering, KE) 可以将用户情感解释并翻译为设计参数[22]。这里运用感性工学的方法，首先从企业学校、报刊杂志和书籍文献中收集描述用户感觉的词汇500个，进行分析并筛选，删去意义相近、生僻的词汇，分析讨论，从中挑选出具有代表性的词汇，并筛选出与其意义相对的词汇进行配对，形成200对形容词。对每一个案例进行小组讨论，从200对形容词中选取最恰当的8对形容词。运用语义差异法，结合李克特七级量表，用1~7的分值进行打分，最后取每个语意轴评分的平均值。以油烟机为例，对几款不同型号的油烟机进行感性意象评分，如表 1所示。
| 案例 | 时尚vs传统 | 可爱vs朴实 | 优雅vs俗气 | 清新vs杂乱 | 简约vs华丽 | 优质vs拙劣 | 高科技vs低成本 | 功能齐全vs功能单一 |
 | 5.5 | 6.0 | 5.2 | 4.1 | 2.8 | 5.5 | 4.9 | 6.0 |
 | 2.2 | 4.2 | 2.1 | 3.2 | 3.3 | 1.5 | 2.0 | 2.8 |
 | 1.1 | 1.7 | 2.5 | 1.9 | 1.5 | 1.1 | 1.0 | 3.5 |
 | 3.0 | 3.5 | 3.1 | 3.6 | 5.8 | 2.0 | 2.2 | 1.0 |
5) 将构造法集记为SD，设计理念为T，构成基元为E，构成规则为R，SD=(T，E，R)。
设计理念T={T1，T2，…，Tn}，构成基元E={E1，E2，…，En}，构成规则R={R1，R2，…，Rn}。
1.3 构造法的提出构造法由设计理念、构成基元和构成规则三方面构成。设计理念为产品造型设计的指导方针，构成基元与构成规则为产品形态造型的外在表现，产品造型设计的构成基元与构成规则均是在设计理念的引导下完成的。图 6为构造法的组成。
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| 图 6 构造法的组成 Fig.6 The component of structure method |
设计理念指引着设计灵感的萌生，优良的设计理念使设计的产品别具一格，惹人喜欢。目前比较常用的设计理念包括人性化设计、情感化设计、仿生设计等。
仿生设计方法指导性强，通过该方法能够对文化产品进行最为直观的设计。通过对仿生种类的细致划分，现代产品和文化器物的构造方法将更明确。仿生设计的种类包括仿生物形态、结构、功能、色彩、意象、肌理与质感设计。仿生设计新方向——生物灵感设计，通过类比生物系统而提出创造性的设计理念来解决复杂的工程问题[23]。设计师依靠非正式生物灵感设计的“直接直观的方法”，考虑如何自然解决一个设计问题[24]。仿生设计的种类如图 7所示。
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| 图 7 仿生设计种类 Fig.7 The kind of bionics design |
不过现今使用情感化设计来设计文化产品也逐渐增多，尤其是故宫博物院设计的与时代文化之“萌”文化结合的文化创意产品大受欢迎，如“萌萌哒”系列记事本、御前侍卫手机座、“朕知道了”胶带等文化创意产品。图 8为故宫博物院畅销的文化创意产品。
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| 图 8 故宫博物院畅销文创产品 Fig.8 Best-selling cultural products of the Palace Museum |
构成基元即产品造型的构成元素，包括几何形状 (平面和立体)、自然形态 (动植物形态/无生命物质形态)、人形、抽象形态、有机形态、传统纹样和民族图案等。构成基元分解图如图 9所示。
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| 图 9 构成基元分解图 Fig.9 The resolving drawing of structure elements |
构成规则，即产品造型相关设计元素之间的构成法则，包括平面构成规则、立体构成规则和形式美法则等。其中平面构成规则有重复、渐变、发散、缩放、对称、非对称、拼贴和四方连续等；立体构成规则有模块化、拼接、表面处理和对称等，还包括线/框组合、线/面组合、线/块组合、面/块组合 (块/柱组合) 等组合方式；产品形态的形式美法则主要有变化与统一、对称与平衡、比例与尺度、对比与协调、节奏与韵律五大法则。产品造形构成规则的分类见表 2。
| 构成规则 | 具体内容 |
| 平面构成规则 | 重复、渐变、发散、旋转、对称、非对称、四方连续、拼贴、平面肌理、正负形、特异构成、缩放…… |
| 立体构成规则 | 模块化、浮雕、堆砌、捏塑、拼接、对称、放射、解构、折叠、褶皱、裁剪、穿插、编织、折曲、翻卷、卷曲、排列、螺旋、表面处理、线/框组合、线/面组合 |
| 形式美法则 | 变化与统一、对称与平衡、比例与尺度、对比与协调、节奏与韵律…… |
文化产品设计与普通产品设计和工程设计均存在差异性，主要体现在着重点不一样，对象不同。普通产品设计注重产品造型的美观性和实用性，现代元素如几何造型的运用较多。工程设计注重设计的科学性、合理性和安全性，美观性次之，对尺寸的精确度要求较高。而文化产品设计注重产品的文化性和精神性，在普通产品中加入了文化元素，将文化元素具象或抽象地融入产品。
2.1 文化创意产品转化方法将文物中的文化元素融入设计的方法，即文化创意产品转化方法，分为2种：
1) 先确定采用何种文化元素，再寻找适合该文化元素 (器物造型) 的现代产品以确定产品的类别和与其对应的造型，然后寻找对其进行创意组织的方法，最终得到和某一文化元素相关的不同类别的系列产品。
2) 先确定产品类型 (如手机壳、书签、扇子、文具等)，再确定采用何种文化元素，可寻找适合该类产品的多种文化元素，然后寻找对其进行创意组织的方法，最终得到运用不同文化元素的同类别系列产品。
在文化产品的设计中为更好地传承原有的文化内涵和意象，不能简单地把传统图案纹样绘制在产品表面，而应该深入挖掘文物的文化内涵和灵感来源等。将文化元素与现代产品造型元素融合的同时，应对新的文化产品的重组方法和产品类型进行仔细推敲，不能使现代产品的造型、功能、材质、情感表达等与文物表达出来的文化内涵和情感相悖，最好是有相通之处，做到将传统文化与现代的先进理念相融合，以产品本身为载体将文化内涵自然地展现出来。
2.2 文化创意产品分类文化创意产品按表现手法、文化元素类型和设计目标的不同可分为6类：
1) 素材贴图型。主要是利用已有的图片或矢量素材作为平面元素，将其直接移植到某一载体之上。
2) 图案创新型。根据文化已有的视觉特征，通过抽象、变形、提炼、概括等方式，进行创新设计，并将其应用或延展到载体之上。
3) 平面元素立体化型。将平面文化元素转化为三维立体模型，并赋予其一定功能。
4) 立体造型平面化型。将立体的文化器物造型转化为平面图形。
5) 立体装饰型。将立体文化造型等比缩放后直接作为另一载体的整体造型并赋予其一定功能，或将立体文化造型作为另一载体的局部造型，并承担该部位一定的实用功能或装饰功能。
6) 卡通型。将传统的文化以可爱的卡通形式表现出来。
3 产品造型相关设计元素的多目标优化模型 3.1 适应度函数设计由于本文将产品造型相关设计元素分为功能、行为、文化、情感和构造法五个方面，这里采用遗传算法中的适应性函数，先求局部最优解，再求整体最优解。
1) 初始种群的生成。
初始种群产生方法为：① 随机生成，② 相似案例检索，③ 设计师自行添加现代类产品案例和文化器物类产品案例。初始种群的规模取20~100。
2) 适应度函数的设定。
因与产品造型相关的设计元素分为5个方面，使用权重系数法对产品造型的组成元素进行多目标优化，设定5组子目标函数，并设定相应的权重系数，最后将5组子目标函数值相加，作为产品造型的总适应度。
用满意度M代表遗传算法的子目标函数值，表示某案例的某一造型相关设计元素矩阵Y与用户对该方面造型相关设计元素的目标需求矩阵R的均方差，即：
| $F({X_m}) = \sqrt {\sum\limits_{k = 1}^n {} {w_k}{{({Y_k} - {R_k})}^2}} $ | (2) |
式中Xm表示种群中的第m个个体。
产品造型的总适应度表达式为：
| $\mu \left( {f\left( x \right)} \right) = \sum\limits_{i = 1}^5 {} {w_i}{f_i}\left( x \right)$ | (3) |
式中：fi(x) 为子目标函数，权重wi≥0(i=1，2，…，5)，分别为5个造型相关元素的重要程度。
产品造型相关设计元素的权重和为：
| $\sum\limits_{i = 1}^5 {} {w_i} = 1$ | (4) |
功能适应度为产品功能集对用户功能需求的满足程度，表达式为：
| $f({\rm{FD}}(\mathit{\boldsymbol{\bar x}})) = \sum\limits_{j = 1}^n {} {a_j}{f_j}(\mathit{\boldsymbol{\bar x}})/n,j = 1,2, \ldots ,n$ | (5) |
式中：f(FD (x)) 为该产品功能集的功能适应度；fj(x) 为各个功能特征元素的功能适应度；aj表示功能特征元素存在与否，aj=1表示该功能特征元素存在，aj=0表示不存在；x=[x1，x2，…，xp]T表示约束该产品功能适应度的特征元素。
行为适应度为产品行为集对用户行为需求的满足程度，记为f(BD (x))，文化适应度为产品文化特征对用户文化需求的满足程度，记为f(CD (x))，情感适应度为产品情感意向对用户感性需求的满足程度，记为f(KD (x))，它们的数学表达式同公式 (5)。
构造法适应度为产品构造法集对用户需求的满足程度，其函数表达式为：
| $\eqalign{ & f({\rm{SD}}(\mathit{\boldsymbol{\bar x}})) = \sum\limits_{t = 1}^n {} \left[ {{a_t}{d_t}{T_t}(\mathit{\boldsymbol{\bar x}}) + {b_t}{d_t}{E_t}(\mathit{\boldsymbol{\bar x}}) + {c_t}{d_t}{R_t}(\mathit{\boldsymbol{\bar x}})} \right]/n, \cr & \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad {\kern 1pt} {\kern 1pt} t = 1,2, \ldots ,n \cr} $ | (6) |
式中：f(SD (x)) 表示产品构造法集的构造法适应度；Tt(x) 为设计理念适应度；Et(x) 为构成基元适应度；Rt(x) 为构成规则适应度；at，bt，ct为Tt(x)，Et(x) 和Rt(x) 的权重系数，且有at+bt+ct=1；dt表示该构造法特征元素存在与否，dt=1表示该构造法特征元素存在，dt=0表示不存在。
评价产品造型对用户造型需求的满足程度，需要综合考虑产品的功能、行为、文化、情感、构造法这5个方面，因此每个产品造型的总适应度为：
| $\eqalign{ & G(\mathit{\boldsymbol{\bar x}}) = {w_1}f({\rm{FD}}(\mathit{\boldsymbol{\bar x}})) + {w_2}f({\rm{BD}}(\mathit{\boldsymbol{\bar x}})) + \cr & \quad \quad \quad {w_3}f({\rm{CD}}(\mathit{\boldsymbol{\bar x}})) + {w_4}f({\rm{KD}}(\mathit{\boldsymbol{\bar x}})) + \cr & \quad \quad \quad {w_5}f({\rm{SD}}(\mathit{\boldsymbol{\bar x}})) \cr} $ | (7) |
设置初始进化代数t=0，设置最大进化代数T，T∈[0, 100]。在案例库中，选取N个案例作为初始种群P(0)，选取N1个现代类产品，N2个文化器物类产品，可凭设计师经验选取，也可随机选取。N=N1+N2，N1∈[10,50]个，N2∈[10,50]个。当进化代数达到最大值T时，则停止进化。计算种群P中各个产品造型的适应度，并将选择算子作用于种群。通过选择算子把优化的产品造型元素直接遗传或者经交叉重组后形成新的产品造型元素再遗传到下一代产品中。
采用适应度比例法，将参与重组的产品造型元素的数量设为n，则适应度fk的产品造型元素的选择概率为：
| ${p_k} = \sum\limits_{j = 1}^k {} {f_j},k = 1,2, \ldots ,n$ | (8) |
某一产品造型元素的累计选择概率则为：
| ${q_k} = \sum\limits_{j = 1}^k {} {p_j},k = 1,2, \ldots ,n$ | (9) |
采用轮盘选择法，按以上概率进行轮盘设计，对产品的造型元素进行选择。
4 产品造型相关设计元素的交叉重组 4.1 基于文化创意产品设计概念原型系统的文化产品衍化过程经过选择操作产生了待交叉产品造型元素集合S，由于本文的目标是实现文化产品的设计，把集合S中的产品案例分为现代产品类A和文化器物类Z两类。新产品造型从现代产品类A中继承了该类产品的共性基因AG，结合文化器物类Z的产品造型基因和用户需求形成新的造型基因X，根据需要加入造型基因X，设计出新的系列文化产品。图 10所示为基于文化创意产品设计概念原型系统的文化产品衍化过程。
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| 图 10 基于文化创意产品设计概念原型系统的文化产品衍化过程 Fig.10 A derived process of cultural products based on cultural and creative product design concept prototype system |
前面提到文化产品造型设计的表达，包括两方面：一方面是产品造型的概念描述，即文字内容；另一方面与产品造型形态的构成相关，即产品造型本身，由多方面的造型元素组成。因此关于产品造型元素的重组也包含两部分的内容：一是产品造型概念描述的重组，二是产品造型形态元素的重组。
4.2.1 产品造型概念描述的重组产品造型概念描述的重组主要采用遗传算法中的交叉操作。将2个不同特征元素集中的特征元素进行交换以得到新的特征元素集。
交叉操作是以产品基因树的形式进行交叉。图 11为产品造型元素集交叉操作。
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| 图 11 产品造型元素集交叉操作 Fig.11 Crossover operation of product modeling element sets |
消费趋势表明，未来消费者将不仅仅满足于材料和颜色的选择，他们也渴望控制形式[26]。本文在产品造型设计元素中引入了构造法的概念，不仅可以用于产品造型的描述，也可以用于产品造型的重组。这里结合形状文法[4]，对产品造型形态元素进行重组。形状文法执行过程见图 12。
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| 图 12 形状文法执行过程 Fig.12 The implementation of shape grammar |
形状文法SG=(S，L，R，I)，其中：S为形状的有限集合；L为符号的有限集合；R为规则的有限集合；I为初始形状，I∈(S，L)。
构成基元集E对应形状集S和符号集L，E=S∪L。规则R的基本形式为α→β，α和β为一个带符号形状，α∈(S，L)。
构成规则R分为：1) 生成性规则GR，包括添加和置换，对应产品特征元素的变异；2) 修改性规则MR，包括重置、删除和修改，对应产品特征元素的遗传；3) 约束性规则LR，包括尺寸约束、形状约束和空间关系约束等。
5 设计实例 5.1 用户需求分解虽然功能、性能、规格和各式各样的设计形式可以直接、客观地测得，但是许多设计师和工程师还是要求在产品的评价标准中加入用户主观评价[26]。对用户的需求进行分析，既可以去掉原有产品一些多余的功能，简化操作，又可以满足用户个性化需求。
假设用户的需求为一款具有贵州文化特色又不失时尚的创意迷你小音箱。将用户的需求分解为功能、行为、文化、情感和构造法五个方面，如图 13至图 17所示。
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| 图 13 用户需求分解——功能需求 (小音箱功能) Fig.13 User requirements decomposition—function requirement (mini speakers function) |
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| 图 14 用户需求分解——行为需求 (小音箱交互方式) Fig.14 User requirements decomposition—behavior requirement (mini speakers interactive modes) |
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| 图 15 用户需求分解——文化需求 (贵州文化特色) Fig.15 User requirements decomposition—culture requirement (Guizhou cultural characteristics) |
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| 图 16 用户需求分解——情感需求 (小音箱情感意象) Fig.16 User requirements decomposition—emotion requirement (mini speakers emotion image) |
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| 图 17 用户需求分解——构造法 (小音箱构造法) Fig.17 User requirements decomposition—structure method (mini speakers structure method) |
文化创意产品概念原型系统是针对文化产品设计的引导式系统，通过对产品造型相关的特征元素的重组，引导设计人员将新的特征元素集表达为文化产品的设计方案。该概念原型系统是一个资源整合的平台，包括非遗文化库、参考资源库、产品实例库和设计工具库等。该系统采用Visual C++6.0和MATLAB联合开发，人机交互界面由Visual C++6.0实现。前期实验室开发阶段使用客户端协同设计模式，在实验室大型“LAN-SAN”架构磁盘阵列服务平台下开展研发工作，通过测试阶段将布设进入学校云服务平台，供学校工业设计专业及相关领域人员使用。后期将选用云服务模式作为正式运行平台。
5.2.2 功能简介文化创意产品概念原型系统的功能主要包括3个基础模块，即用户管理及设计管理模块、新产品设计模块和设计资源整合平台。其中新产品设计模块又包括需求分析模块、案例检索模块、遗传算法参数设置模块、创意组织模块、产品建模模块和产品渲染模块。
1) 需求分析模块：对用户需求进行分析，并将用户需求分为功能、行为、文化、情感和构造法五个方面。
2) 案例检索模块：根据需求分析所得，选择相对应的设计元素，设置相应的权值，得到与用户需求匹配的相似案例。
3) 遗传算法参数设置模块：初始种群的规模取值范围为20~100；进化代数取值范围为0~100；交叉概率一般取0.4~0.9；变异概率一般取0.001~0.1。文化创意产品概念原型系统采用Visual C++6.0和MATLAB联合开发，人机交互界面由Visual C++6.0实现。
4) 创意组织模块：运用遗传算法对产品造型元素进行交叉重组，选出与用户需求最匹配的造型基因组。重组得到的造型基因组为文字概念描述、矢量图形基元和部件造型的集合。在设计理念指导下，结合形状文法规则的运用和文化产品的分类设计方法，确定设计目标，调用平面软件或以手绘的方式，对产品部件的组合方式进行模拟思考，选择适当的组合方式对产品各部件进行组合，对产品基本轮廓造型线等进行修改优化，得到目标方案的平面表达方案。
5) 产品建模模块：调用三维软件将重组得到的造型基因组直接表达为立体造型方案，或调用三维软件对重组的平面方案进行建模，将平面方案三维化。将产品实例库的模型加载进入三维软件的模型库，方便调用。根据重组造型基因组和文化创意产品分类设计方法，结合平面表达方案和3D模型库，进行新产品立体造型的建模。
6) 产品渲染模块：调用渲染软件对新产品模型进行渲染，得到产品的初级方案。产品的色彩及材质应与文化器物或该产品类别相适应，系统将提供一些色彩搭配方案供设计者参考。
5.2.3 系统基础工作1) 提取产品的造型相关基因并存储是系统实施的基础工作，产品造型相关基因特征信息见图 18。
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| 图 18 产品造型相关基因特征信息 Fig.18 Gene feature information of product modeling |
2) 本文主要研究文化产品的设计方法，对文化元素的归纳、提取是最基本和最首要的工作。目前贵州大学现代制造技术教育部重点实验室正着手构建非物质文化遗产数字资源库，对贵州非物质文化遗产的图像与文字等资料进行分析整理，包括民族刺绣、蜡染、服装、银饰、傩面等，已完成4 000余条非遗文化的二维、三维扫描及数据分析，100余条图形的矢量化处理。关于产品实例库的建立，现已有500多个3dsMax常用模型，包括植物、动物、人物、家具、灯具和日用饰品等。
5.3 产品设计过程1) 利用文化创意产品概念原型系统进行实例检索，选择应用对象为音箱，如图 19。
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| 图 19 应用对象的选择 Fig.19 Select of application object |
2) 选择功能特征，如图 20。
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| 图 20 功能特征的选择 Fig.20 Select of function features |
3) 选择行为特征，并新增一些可能的行为，如图 21。
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| 图 21 行为特征的选择 Fig.21 Select of behavior features |
4) 选择文化特征，如图 22。
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| 图 22 文化特征的选择 Fig.22 Select of culture features |
5) 选择感性词汇，从情感需求分析中选取8个最适宜的感性词汇构成形容词对，选择1~7相应数值，如图 23。
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| 图 23 感性词汇的选择 Fig.23 Select of kansei word |
6) 选择构造法，选择完毕，点击“完成”，如图 24。
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| 图 24 构造法的选择 Fig.24 Select of structure method |
7) 筛选出现代类产品中总相似度最高和单项相似度最高的产品并依次排列，再筛选出文化器物类产品中总相似度最高的产品，如图 25为检索结果。
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| 图 25 检索结果 Fig.25 Search results |
8) 对遗传算法的参数进行设置，选择检索出的相似案例以及随机产生的案例作为初始种群，种群规模为20，设置进化代数为20，交叉概率为0.4，变异概率为0.1。人机交互界面由Visual C++6.0实现，获得遗传算法相关参数等，将其传递给MATLAB进行数据处理，具体操作见图 26。
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| 图 26 遗传算法参数设置 Fig.26 Genetic algorithm parameter setting |
9) 通过遗传算法对产品造型形态元素进行交叉重组，得到新的基因集。结合形状文法知识、构造法基因的内容以及文化产品的分类设计方法，将新的基因集进行创意组织，调用平面软件对产品部件的组合方式进行模拟思考，修改并优化，最终获得目标方案的平面表达方案。创意组织模块如图 27。
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| 图 27 创意组织模块 Fig.27 Creative organization module |
10) 调用三维软件将重组得到的造型基因组表达为立体造型方案。通过平面方案和3D模型库，对新产品立体造型进行推敲。产品建模模块如图 28所示。
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| 图 28 产品建模模块 Fig.28 Product modeling module |
11) 参考色彩搭配方案，调用渲染软件对新产品立体造型方案进行渲染。产品渲染模块如图 29所示。
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| 图 29 产品渲染模块 Fig.29 Product rendering module |
12) 通过创意组织、产品建模和渲染得到新的产品造型集，如图 30所示，将其保存在“我的设计”中。
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| 图 30 新产品造型 Fig.30 New product modeling |
本文通过对产品造型相关设计元素的分类细化，将其融入文化创意产品概念原型系统中，结合形状文法、遗传算法、基于案例的设计技术，对现代类产品和文化器物类产品进行交叉重组，得到新的文化产品设计方案。本文旨在设计传统与现代相结合的文化产品，因此将现代类产品与文化器物类产品先分开研究，再进行产品造型的重组。
由于对产品的分析是基于文化创意产品设计概念原型系统，而最初的设计元素的提取是一项十分庞大的工作。因此产品实例库的不完善，可能导致检索的结果并不是很理想。
在不断完善产品实例库的基础上，今后还将继续研究产品造型相关设计元素概念描述集的收敛问题、产品造型相关设计元素之间的映射关系以及产品设计元素在产品实例库中的存储方式等。
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