基于视觉传达的产品外观设计感知差异建模分析

杜晶晶 周东 李欣

摘  要： 传统模型输出参数无法快速获得产品外观设计方案的初始域，为解决这一问题，提出基于视觉传达的产品外观设计感知差异建模分析。采用连续函数提取感知差异信息，为更好实现模型功能特性，输入神经元链接，得到每个样本最优解。完成上述工作后，基于视觉传达，将简化后区间型参数样本代入感知差异模型，完成基于视觉传达的产品外观设计感知差异建模分析研究。实验通过选取8个实验样本，共实验4次，分别测试2个模型输出参数是否能够快速获得产品外观设计方案的初始域。实验结果表明，所建模型输出参数更接近设定阈值，更符合设计需求。

关键词： 产品外观设计; 感知差异建模; 视觉传达; 信息提取; 初始域获取; 输出参数测试

中图分类号： TN911.73?34; TP54.4             文献标识码： A                       文章编号： 1004?373X（2020）18?0011?03

Abstract： As the output parameters of the traditional model cannot get the initial domain of product appearance design scheme quickly， the analysis on the visual communication based perception difference modeling for the design of product appearance is proposed. The information of the perception difference is extracted by means of the continuous function. The neural link is input for the better implementation of the functional characteristics of the model， so as to get the optimal solution of each sample. After completing the above work， the simplified interval parameter samples are substituted into the perception difference model on the basis of the visual communication， so that the analysis and research on the visual communication based perception difference modeling for the design of product appearance are achieved. In the experiment， 8 experimental samples were selected and 4 experiments were conducted to test whether the output parameters of the two models can quickly obtain the initial domain of the design scheme of product appearance. The experimental results show that the output parameters of the built model are closer to the set threshold and more in line with the design requirements.

Keywords： product appearance design; perception difference modeling; visual communication; information exaction; initial domain acquisition; output parameter testing

0  引  言

產品的外观设计能够让人有最强烈的心理感受[1]。近几年学者们提出，通过自动方法建立合理的设计输入区和设计输出区。对于复杂的产品外观设计案例背景数据，往往会存在实数型数据源和图形型数据源，使得所建立的感知差异模型达不到设计需求。本次研究主要针对产品外观设计的复杂性，以及设计过程中的不确定性和迭代重复性，提出运用感知差异建模分析方法，快速找到合理的设计初始域。结合历史案例，利用视觉传达完成本次设计。

1  产品外观设计感知差异信息提取

使用连续函数的系数重组样本学习，获取实际输出CF。确定CF后，计算CF所在范围内的离散点[2]。其他的样本可以在感性差异模型中进行补充。连续函数的核心思想是通过若干已知连续函数预测一个位置连续函数。基于上述理念，建立样本空间与原始连续函数样本之间的关系，其表达式为：

式中：[m]表示采集数量;[fm]表示同一空间获取的采集数量[3]。为了提高模型性能，选择采用函数组样本。若有符合要求的输入样本，则感知差异建模空间过程表达式如下：

式中，[FGS]表示输入函数个数[4]。函数样本是在同一个离散样本结合产生的，故函数间必然存在联系。为了获得正确的趋势线，利用连续函数对样本进行聚类分析，将其抽象成一条趋势线，见图1。

依据函数样本生成趋势线，得到样本输出函数。由此，完成产品外观设计感知差异信息提取[5]。

2  产品外观设计感知差异神经元链接输入

提取产品外观设计感知差异信息后，在神经网络中，建立感知差异模型，以用于描述产品外观设计的生物细胞[6]。[F1]为接收输入部分，[L1]表示经过调制的输入信号，[U1]表示相邻神经元的链接输入信号[7]。神经元模型表达式为：

式中：[Li]表示输入的像素灰度矩阵;[αL]表示神经元突触输入矩阵;[n]表示神经元内部矩阵[8]。

神经元链接权值矩阵的取值不同，在链接领域内的神经元，要通过链接权值链接，并将相连的神经元发放脉冲，实现视觉感知功能。由式（3）可知，神经元的内部状态变化会促进神经元同步发放脉冲，故需要设置时间阈值。当阈值为0时，时间减慢，固定状态值就会影响神经元的变化[9]。

在调制过程中，要通过[L1]和[F1]调制，得到链接输入部分的信号[10]。完成上述计算后，由式（3）得到神经元内部状态值。由于输入信号比突触输入信号变化速度快，需要在最短的时间内，加快调制信号，实现感知差異神经元链接输入。

3  产品外观设计感知差异建模

先提取产品外观设计感知差异信息，再输入神经元链接，实现感知差异模型功能特性后，构建产品外观设计感知差异模型，保证每个样本都能根据最优规则得到最优解[11]。设计步骤如下：

首先，为了方便设计，简化区间型参数样本组织形式，如下所示：

式中：[Y]表示数据;[X]表示样本;[P]表示区间型参数样本[12]。将简化后的区间型参数样本代入感知差异模型当中[13]，采用3×3的领域，完成感知差异神经元拓扑结构的设计，如图2所示。

在输入的过程中，要考虑外界刺激与领域内的链接输入，将神经元输入量化到一定范围内。当这个神经元相互连接后，计算每个神经元领域内发放的脉冲总强度[14]。实现感知差异神经元捆绑后，要记录神经元关系。为了方便后续建立感知差异神经元的有向图，采用视觉传达方法，确定其他执行秩序[15]。

建立结构矩阵，矩阵中每一行每一列都分别对应某一神经元，若在感知差异神经元中存在信息失联现象，就可以用矩阵中的对角线表示自身关系。重组结构矩阵，在结构矩阵的行表示信息输入，列表示信息输出。结构矩阵中，下三角形表示信息从前到后的顺序传递。若设计过程中存在2个原则，出现局部循环，在重组时，要尽量使用下三角形中的数据集;若存在死循环，就会导致结构矩阵无法成为完全的下三角形。

在满足上述两条原则不变的基础上，实现基于视觉传达的产品外观设计感知差异模型的构建。模型结构如图3所示。

在设计的过程中，当A可以完成产品外观设计，A2就需要任务B2的设计信息，在这种情况下，要开启设计过程，交互完成A和B两个设计任务。根据A和B建立相应的感知差异模型。在设计的过程中，当出现某个任务完成布置需要前一个神经元时，需要提供信息或者是多次迭代的情况。再考虑多个神经元之间的关系，将这些基本型定义范围纳入到模型当中。

4  实验分析

为验证模型的可行性，采用NN3混沌时间序列数据，实验选取的数据是由函数表达式生成的，用NN3数据验证所建模型是合理有效的。

4.1  实验数据

实验中一共使用8个离散数据点，其中5个离散拟合成1个多项式，时间系数设置为-2，-1，0，1，2。将4个离散点作为构建训练样本，4个用于构建测试样本。实验过程中，尽量减少训练离散点的规模。为了验证规模减小与实验结果存在直接关系，将多项式阶数设置为3，样本系数的数据设置为4。

4.2  实验步骤

参照式（4）拟合离散数据点，参照式（1）利用连续函数重建样本空间，参照式（3）利用连续函数建立神经元空间，聚类分析神经元样本，依据聚类模糊规则，初始化所有必要的参数，即最大迭代数、系数取值范围等。首次迭代的代数为1，分别测试两个模型输出参数是否能够获得产品外观设计方案的初始域。

4.3  实验结果分析

为保证实验结果的可靠性，共进行4次实验，分别测试传统模型和基于视觉传达的产品外观设计感知差异模型中的输出参数是否能够快速获得产品外观设计方案初始域。具体参数如表1、表2所示。

经过统计后，发现使用所建的基于视觉传达的产品外观设计感知差异模型获得的案例输出参数相比传统模型的平均相对误差更小，控制在5%以内，符合初始阈值对参数调整范围的要求。由此证明，所建的基于视觉传达的产品外观设计感知差异模型能够实现设计问题的建模。

5  结  语

针对传统模型存在的问题，提出基于视觉传达的产品外观设计感知差异建模分析。先提取感知差异信息，再输入神经元链接。完成上述工作后，实现模型的构建。最后，设置实验环境和实验数据，对比两个模型获得的输出参数是否能够快速获得产品外观设计方案的初始域。实验结果表明所建模型符合设计需求。

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