应用科学技术实现产品设计创新

郭渝慧

(杭州电子科技大学 数字媒体与艺术设计学院，浙江 杭州 310018)

应用科学技术实现产品设计创新

郭渝慧

(杭州电子科技大学 数字媒体与艺术设计学院，浙江 杭州 310018)

设计艺术与科学技术贯穿于产品创造的研发制造过程之中，是产品创造的两翼。当设计艺术水平领先于科学技术水平时，设计艺术必拉动科学技术发展；当科学技术水平领先于设计艺术水平时，科学技术必引发设计艺术创新；当用户需求与体验主导产品创造时，艺术设计与科学技术融合与协调发展。设计艺术的发展应用科技创新工具、科技图式和科技理论，加快产品创造效能、丰富创作灵感、实现产品设计实践与理论的创新。设计艺术与科学技术看似互不关联，实则相互交叉、关联、互融，既独立又有联系。科学技术对产品创造中的设计艺术产生深刻影响，设计艺术应用科学技术实现创新。设计艺术与科学技术两者融合共同促进产品创造的持续发展。

设计艺术；科学技术；产品设计；产品创造；创新

随着社会进步和人民生活品质提升，中国正在从产品制造向产品创造转型升级，通过产品设计的创新来提升产品品质与价值是产品创造的突破点，而应用现代科学技术来推动用户对产品设计的可视化，增强用户对产品设计的体验已经成为实现中国创造的最佳途径之一，更是设计艺术与科学技术相互融合与共同进步的关键。本文以产品研发、制造和应用为重点，剖析产品创造中设计艺术与科学技术的关系，分析应用科学技术实现产品设计创新的途径与方法。

一、产品创造中设计艺术与科学技术的关系

纵观产品发展历程，我们不难发现无论是实体产品，还是虚拟数字产品，产品内涵都清晰地体现出设计艺术与科学技术两种属性，二者互为依托、相互促进，共同推动满足社会需求和提升生活品质。

(一)设计艺术与科学技术是产品创造的两翼

产品的创造过程包括研发和制造两个阶段。其中，设计艺术是产品研发阶段的主体，工作内容主要是提出产品概念设计方案及解决相关问题：产品的功能、形式、信息的组织方式、产品造型、产品的使用方式、用户心理需求满足以及制造方案等。而科学技术是产品生产制造阶段的主体，工作内容主要是进行产品实现：确定产品的生产方式、选择生产工具及技术，如产品的工装设计、材料设计、工艺过程设计、数据管理、生产管理等。科学技术是制造产品的方法与技术，是设计艺术的实施手段。

从设计理论的角度看“技术”的概念，国内著名设计艺术理论家尹定邦教授对于技术的看法是：“技术包括生产用的工具、机器及其发展阶段的知识，它是生产力的一种主要构成要素。”[1]如若要进一步理解“科学技术”这一概念，可以借鉴西方技术哲学家们的观点，他们把技术理解为人类的活动或行为的方式，技术史和工程技术学家则认为技术就是关于制造或做事的方式；也有人把技术看做是科学的物化或者科学理论的运用或对自然规律的有意识运用。科学被认为是一种知识体系或者是一种获得科学知识的社会活动，科学和技术的关系密切相互交融，科学的理论知识体系和方法论指导着技术的创造和发展，而技术是科学的外化，技术是连接科学与生产的中间人[2]。

设计艺术不仅设计产品外观，而是一场关于产品的综合策划。设计师根据用户的功能和心理需求、应时代要求创造出独具特殊功能之物，这个物或是器物或是数字无形之物；设计师除了设计产品还设计行为，小到人们使用产品的方式，大到人们的生活方式。而这一切是要有科学技术支撑的，产品设计思考的是如何将新的科学技术转化到社会生活之中，设计艺术是科技与生活的媒介。

(二)在产品创造中设计艺术与科学技术是源与流的关系

从产品创造发展来看，尽管设计艺术的发展与科学技术的发展像两条相对独立的平行线，但它们是一个过程里的两个阶段，一个事物的不同组成部分，存在千丝万缕的关系。在一定时期设计艺术的发展与科学技术的发展会显现出相对独立，表现出不一致的发展进度和发展特点，但相互促进，共同发展进步的规律必然千年不变，仅仅是主体角色的互变，两者关系可归纳如下：

1.设计艺术必拉动科学技术发展

当设计艺术发展领先于科学技术时，产品制造表现出“眼高手低”的特点，此时，设计艺术拉动科学技术的发展，以达到产品创造的艺术与技术的协调发展。比如索涅特椅子的成功就是典型案例。

在工业革命初期，经过手工艺时代的洗礼，人们的审美水平非常高。那些手工艺打造的产品、家具造型优美华丽，包含大量曲线设计，是一代代工匠们通过经验传承和历史积淀形成的，并且工匠们经过准确地手作切割、精细地雕刻打磨使产品细节趋于完美，堪称艺术品。之后，工业革命席卷而来。工业革命、技术的发展使生产效率大幅度提升，机械化的生产方式义无反顾地取代了手工生产方式。

当生产工具与技术切换到机械化生产方式时，新的机械工具与生产技术还处于起步阶段，其制造水平不能达到设计艺术的要求，初期木加工技术无法弯曲木材，只能直线加工木材。为使机械化木加工技术能制造优美的曲线造型，德国家具工艺师迈克尔·索涅特(Michael Thonet)发明了蒸汽曲木工艺。设计艺术水平的领先促进了生产技术的研发与创新，拉动了科学技术的发展。新的生产技术实现了新的产品设计造型，新的技术简化了加工工艺，降低了生产成本，新的产品造型与实惠的销售价格成就了索涅特椅子的巨大成功，索涅特14号椅子从1859年推出到1930年为止就生产了3 000万把，销量遍布全球，在19世纪中国的老照片里都能看到索涅特椅子。这把椅子亦获得勒·柯布西耶的喜爱[3]。

2.科学技术必引发设计艺术创新

当科学技术的发展走在设计艺术的前面时，新科学技术的出现，造就了新的设计艺术形式和方式，并引发设计艺术观念的变革，科学技术的进步为设计艺术的创新提供了土壤，带动了设计艺术的发展。

2016年4月初，谷歌发布了一款VR绘画雕塑应用“Tilt Brush”,目前适配于HTC vive虚拟现实装备。使用它我们可以在立体的虚拟空间里作画、做三维造型，并穿梭在你的虚拟现实作品之中，除此之外，这款新创作工具，还提供新的设计素材，使用的笔刷不仅是过去电脑绘图与设计软件里可以提供的点、线、色彩，还提供光线、火、激光、星星等突破性笔刷，就在笔者写作本文之时，谷歌公司更新了“Tilt Brush”，在其虚拟现实创作空间中，加入了音频响应式笔刷，使用它画出的线条会随着音乐跳动或闪烁。我们可以期待在全新的VR绘画雕塑工具的运用下，将产生令人炫目的全新媒体优秀设计艺术作品。

3.艺术设计与科学技术融合与协调发展

当下是用户需求与体验主导产品制造的时代，随着数字技术、多媒体技术不断在视觉设计、工业设计、数字产品设计等各设计领域渗透，媒介边界逐渐模糊化，多媒体或跨媒体融合成为主流发展趋势，推动设计艺术产品形式发生本质性的创新，产品形式由单一媒体向多媒体转变、由单一维度向跨维度转变、由静态转为动态、由平面转为立体、由实体产品转为数字产品、由单一状态转为随时间变化的过程。

数字媒体的交互技术引领了当代设计艺术观念的发展，表现为设计艺术对产品互动性的重视、对产品用户体验的重视。在新的设计观念下，产品的形式向半成品转化，产品具有一定的可变性，产品与使用者的关系也发生了变化，产品的使用者参与到产品的创造中来，由使用者来决定产品的最终状态，并以此来打破工业时代遗留的产品同质化弊端，达到产品的个性化适配和定制化目的[4]。

设计艺术与科学技术是产品的两翼。有时设计艺术比科学技术发展的更快，有时科学技术领先于设计艺术的发展，设计艺术与科学技术两者其中发展相对较快的一方拉动另一方通过创新实现发展。经过短时间的努力，设计艺术与科学技术双方步调一致、协调发展，实现创新与发展的良性循环，才使得产品的研发制造事业一路开疆拓土，不断生成新的人类物质文明与精神文明。

(三)产品创造中设计艺术与科学技术的关系

从产品研发制造向产品设计创造的发展演变可知，设计艺术渗透于产品研发制造的各个阶段，设计艺术不断透现出科学技术的作用和内涵。一方面当代设计艺术活动所使用的工具来自于科学技术的研究成果，比如计算机辅助设计软硬件、配套智能设备及其相关技术。另一方面设计艺术活动的灵感来源之一是科学技术；其三、科学理论是设计艺术的理论指导依据。

二、设计艺术如何应用科学技术实现创新

在设计艺术领域，设计师应用科学技术实现设计艺术创作方式的创新、产品形式与内涵的创新、设计艺术产品创造效能的提高，增强设计艺术的生产力始终是艺术设计与产品设计的主流。从百年前开始的排版机械和摄影插图制版来提高印刷品设计与制作效率，到今天以计算机软硬件为依托，特别是VR与AR技术来革新设计方式，新科技为艺术与设计不断提供新的表现形式、新的创作元素、新的创作手法和创作灵感。设计艺术积极融合科技，极大地拓展了设计艺术的表现力、创造手段和创作灵感。

(一)加快产品创造效能

在设计艺术领域，平面设计(视觉设计)是应用科技创新工具拓展内涵的先锋。在早期，平面设计从印刷分化之初，排版技术的机械化使得设计思维逐渐从耗时的手工劳作解放出来，并利用新的光电、电子和数字的排版技术来实现版式与平面设计内容的实现，不仅提升出版印刷速度和印量，而且提供了印刷产品创造性设计的条件，架起了设计与科技结合的桥梁。

在电脑辅助平面设计之前，画笔、颜料、尺子、剪刀、胶水、纸张是实现平面设计的必备工具。而源于三类科技创新或电脑辅助设计工具的出现改变了平面设计的传统格局。这些工具其一是1984年苹果公司推出的Macintosh电脑，图形用户界面、鼠标控制、专业平面设计软件为版面编排和字体选择提供了前所未有的方便和快捷。其二是专业排版软件，Adobe公司基于PostScript的Illustrator与Photoshop、Aldus公司的Pagemaker、以及Adobe公司新世纪推出的Indesign排版软件，让设计人员非常方便地完成各种图文版面的编排[5]。其三是各种数字化硬件设备以及VR绘画雕塑工具，包括扫描仪、数码相机、数位板、3D扫描仪、动作捕捉设备、彩色数码印刷机等。新科技设备改变了设计中图像的输入方式，改变了产品的输出方式，丰富了设计创作的手段，缩短了设计制作的时间，提高了设计产品的生产效率。创作手段的多样化、工具的丰富，极大地提高了设计产品的创造效能。

数字技术的高速发展，推动设计软件变得更方便与更智能，给设计艺术带来诸多便利。比如字体的选择，从早期预先下载多种不同风格字体并安装到电脑上供设计师选择使用，存在硬件要求高、响应速度慢、众多字体管理复杂等弊端。未来字体将逐渐脱离本地下载使用的陈旧方式，向“字由-云管家”“web font云字库”的海量字库及其应用支持发展。从而让设计师利用成熟的计算机软硬件及关联设备，获得更多的时间来进行设计的创意与构思，实现“所想即所得。”同时，数字媒体技术的发展也为艺术设计的部分自动化奠定基础，比如网络在线词云生成工具将图像简化为剪影图形，然后导入文本，或者指定url链接，可提取网络高频关键词作为构成图形创意的元素以及按关键词的词频进行字号大小不等的自由排版，最终在图像剪影区域自动排版成文字构成创意图形，为非专业设计人员提供了一种自动化的文字信息梳理与文字排版视觉设计服务，即通过事先设计好的视觉样式与程序进行数据分析与图形处理来生产出轻量化的阅读产品。由词云生成工具可以完成文字创意图形的绘制，所有亦可为设计师采用，当有对应的设计需求时可节约大量的制作时间，并获得不错的视觉效果。随着AR与VR渐成主流信息传递方式，设计工具和设计工作方式即将巨变。比如微软的hololensMR头显(混合现实头戴式显示器)能够辅助3D建模，大幅增强产品设计的可视化，设计师将可以一边建模，一边直观地从头显中观看虚拟三维模型，获得更好更准确的设计体验，进而提升三维造型产品的生产效率。不难发现，设计艺术充分应用科学技术带来的设计辅助工具，将使工作更高效更便捷、使设计艺术手法更多样、设计产品表现方式更丰富，设计工具创新正在成为设计艺术创新不可或缺的手段。

(二)实现产品内涵创新

在信息和体验经济的社会环境下，设计艺术应用科学技术深刻改变了产品的物理形态和内涵。桌面电脑开始与更简约的移动智能设备和穿戴智能设备共舞，光盘、移动硬盘蜕变为网盘，实体纸质书刊报演变为电子书[6]，虚拟数字交互产品、与接收者深度互动产品对产品内涵提出了更高的要求。

设计艺术创作的构思立意、形式组织需要寻找灵感来源，此时需要更多的科学技术参与作品和产品的创作构思阶段，以提供新创作方式和创作工具，运用新科技手段进行艺术作品和设计产品的创作支持，以产生非传统形式的产品和作品，创新产品的内涵。比如，设计师为声音可视化做尝试由来已久，而现在能够通过数字软件实现媒体的转换，运用3D打印将声音转化为固态的实体。美国一位女设计师采用数字音频编辑器获取了一个单词发音的声音波形，并经过声音转化为平面图形，经三维建模再转化为旋转立体模型，最终用3D打印将数字模型转化为实物立体模型，应用到首饰设计之中[7]。这种抽象首饰不仅赋予了产品独特的技术内涵、材料内涵，而且赋予了产品额外的意义，体现出当下时代的精神内涵，富有消费心理内涵，即对于新产品、个性化产品的消费心理趋向，实现了产品内涵的创新。

由此可见，科学技术的视觉化具有一些特有图式，如电路板的点线造型、显微镜下的分子结构、化学物质的结晶形状、蒸汽机械的造型等科学技术特有的图式影响着设计艺术产品的造型，正在成为设计艺术产品视觉的灵感来源。当代设计艺术运用科技图式作为形式来源的最典型案例是源于3Dmax软件低面多边形建模的“lowpoly”图式，掀起了一场业界广泛传播和具有较大影响的“lowpoly设计风格”。科技创造的图式丰富了设计艺术的视觉素材库、催生设计艺术产品审美与文化内涵的创新。

(三)实现设计艺术实践与理论的创新

设计艺术实践活动与科学技术理论的指导密不可分。设计艺术创造活动也是源于对自然规律的观察与运用，自Herbert A. Simon于1969年正式提出现代设计开始，现代设计艺术开始成为工业时代独立的社会分工行业，并逐渐发展成为一门独立的科学理论。

在设计艺术理论初创时期，科学技术理论引导设计艺术理论的发展。设计艺术学作为设计哲学与设计方法论之总和，结合了大量的美学、数学与几何学原理。比如运用一系列数学和几何的算法得到和谐比例关系的黄金分割比。运用斐波那契数列比例的书籍装帧的内页版心尺寸、页边距尺寸的设定以及LOGO设计。运用科学理论发展的勒·柯布西耶的栅格系统。

在设计艺术理论成熟时期，科学技术理论支撑着设计艺术实践与理论的发展。伴随工业和信息时代，设计艺术专业从生产制造中分离出来成为独立的职业，包括工业设计、视觉传达设计、服装设计等，逐步发展出较系统化和科学性的设计艺术理论体系，如设计实践中产品与人之间的关系，产品形态及其结构处理中与物理学、机械工程学、人体工程学、产品符号学、信息科学与系统科学、材料科学与工程的关系，视觉传达设计与数学几何学、信息科学与系统科学、传播学、社会学的关系。在专业人才培养上形成了包括设计理论、现代主义导论、艺术与设计历史、建筑史、现代哲学导论、美学导论、市场学、认知心理学、消费心理学、人体工程学、工程学基础、电学基础、材料学基础、电子学基础、市场、经济法规、标准化理论与专利、版权规则、社会学导论、设计伦理理论、生态学与环境保护科学导论等设计理论课程。

在设计艺术理论创新时期，科学技术理论引领设计艺术理论的创新。科学理论的发展推动着设计艺术理论的发展。人机交互界面形式由命令界面、图形界面、多媒体触控界面，到虚拟现实的三维仿真沉浸式交互，不断颠覆性地变革设计艺术理论对人们惯性思维的导引，形成设计艺术理论以目标为导向、以用户或活动为中心，追随最新科学技术趋势。科学技术理论深刻影响设计艺术理论的创新。

三、结论

自现代设计艺术萌生以来设计艺术与科学技术从产品制造到产品创造不断地相互交融、相互影响，逐步融为一体。从最初似乎互不关联的两条平行线，逐步发展为相互交叉、关联、互融的既独立又联系的统一体，并在产品创造各个阶段各自独领风骚与相互推动，显现出发展进度和特色各异的特征。当设计艺术发展领先于科学技术的发展时，设计艺术会拉动科学技术的创新，科学技术的发展领先于设计艺术时，新的科学技术催生设计艺术的创新。因此，科学技术对产品创造中的设计艺术产生了深刻的影响，设计艺术应用科学技术工具实现技术上的创新。未来设计艺术对科学技术的图式或造型元素的更合理运用，将实现产品内容与形式上的创新，设计艺术更科学地应用科学技术理论将更好地指导设计艺术的创作活动，实现设计艺术理论的持续创新和产品创造的永续发展。

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Application of Science and Technology in Product Design Innovation

GUO Yu-hui

(SchoolofMediaandDesign,HangzhouDianziUniversity,HangzhouZhejiang310018,China)

Design art and science-technology are integrated with each other in the R&D and product manufacturing, which are crucial parts of product creation. When the design art level is higher than that of the science-technology, the design art will promote the development of science-technology; while the science-technology level is prior to the design art level, the science-technology will lead to the art design innovation; when the users’ demand and experiences dominate the product manufacture, the art design and the science-technology will be integrated together and develop in harmony. The development of the design art uses scientific and technological innovation tools, technological theory and technological schema to speed up their product creation efficiency, enriching inspiration for innovation and achieving the innovation of design practice and theory. Design art and science-technology are seemingly unrelated to each other, while as a matter of fact, they are connected and blended with each other, mutually independent and connected. Science-technology has a profound impact on the design art of product creation, and the design art relies on science-technology to achieve its innovation. Design art and technology are combined with each other and jointly promote the sustainable development of product creation.

design art; science-technology; product design; product creation; innovation

10.13954/j.cnki.hduss.2017.03.010

2016-08-12

教育部人文社会科学研究一般项目(16YJC860004)

郭渝慧(1984-)，女，江西新余人，助教，视觉与交互设计.

J50-05

B

1001-9146(2017)03-0053-05