基于产品族DNA的汽车品牌前脸造型基因研究

程永胜，徐骁琪

（厦门大学嘉庚学院，福建 漳州 363105）

1 引言

回顾汽车工业发展史，从卡尔·奔驰设计制造了世界上第一辆三轮汽油汽车，到早期的福特T型汽车使汽车成为真正意义上的大众交通工具，再到风靡全球的大众甲壳虫汽车。这些知名的汽车企业在经历了上百年的发展历程后，其品牌风格和造型基因依然保持一定的延续性，并不断推陈出新，消费者也总能从众多的汽车品牌产品中将其识别出来。因此，当前汽车企业开发新的车型时，既要考虑到造型设计的继承性，保证汽车品牌视觉形象的统一性；又要考虑到造型设计的多样性和创新性。所以将产品族DNA概念引入到汽车造型设计中，对汽车品牌建立高识别度的造型基因有着非常重要的意义［1-2］。

此前，汽车品牌造型设计风格大多由设计师凭借个人经验、主观感受，设计能力所把控，缺乏客观有效的汽车造型设计开发机制。近几年，一些学者陆续提出一些基于产品族DNA、基因遗传理论等设计方法，帮助设计师更客观的分析和评价汽车造型设计，产品族DNA研究在学术界和产业界得到了广泛的关注和应用［3］。文献［4-5］提出了基于本体的产品族DNA研究方法，探讨了产品族本体知识、产品族DNA的遗传与变异规律、流程和关键技术。文献［6］，运用多种统计方法对产品族设计DNA可遗传因子进行了提取，并在产品设计实践中予以应用和检验。文献［7-8］，总结了国内外产品设计DNA 研究的现状与进展，并提出产品设计DNA研究的热点与趋势。在产业界，文献［9-12］汽车的设计基因为例，研究了品牌认知到产品造型的转化过程，形成了造型特征鲜明的“家族式”设计风格和基因，创造出与品牌定位和发展需求相适应的设计哲学及设计体系［13-14］。

2 产品族DNA及研究方法

2.1 从生物基因到产品族DNA

DNA 分子（Deoxyribonucleic Acid）是组成染色体的主要成分，储存了重要的遗传物质。DNA分子结构主要成分为4种脱氧核苷酸，这4种脱氧核苷酸分别含有A，T，C，G四种碱基，这4种碱基遵循两两互补配对原则形成碱基对，形成DNA双螺旋结构模型。依据生物基因工程学理论基础，父代将自己DNA一部分复制到子代当中，完成性状的传播，实现了基因遗传性。同时，当DNA 双螺旋结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变，导致基因变异，子代性状则随之发生改变，反应了基因的变异性［15］。

研究者将生物学中的基因工程理论运用到了工业设计领域，从而出现了“产品族DNA（Product DNA）”理论。其主要核心点，是将DNA的遗传性和变异性概念引入到设计开发中，通过提取基因的显性特征和隐性特征，为品牌设计赋予独特的造型基因及风格意象，为企业塑造独特的品牌形象提供一种科学有效的研究方法。基于生物基因理论推导产品族DNA理论，须模仿生物基因结构确定造型基因概念，将能够进行基因传递的特征称为遗传基因，并对产品族造型基因重新编码，通过遗传、提取、分类、重组及转录［16］建立产品设计的染色体组合，形成产品族DNA结构，如图1所示。

图1 产品族DNA的造型基因结构Fig.1 Modeling Gene Structure of Product Family DNA

以产品族DNA造型基因结构来看，产品族DNA造型基因可分为显性特征和隐性特征。显性特征可以理解成造型特征与其下的各造型要素，隐性特征则可以理解为各造型特征带来的感性意象和寓意。同时两者之间又可以相互转化，产品族DNA显性特征与隐性特征的转化关系［8］，如图2所示。

图2 产品造型基因的转化关系Fig.2 Transformation of Product Modeling Genes

以消费者认知角度而言，首先是通过对产品的外观造型等显性特征进行识别，然后获取其他的基因信息，进一步感知产品内在语义等隐性意象引发的心理反应。而对设计师来说，则需要将品牌内涵、设计风格和价值观念等隐性特征提取出来，通过设计手段转换为用户认知度较高的显性特征，使用户在最初接触产品时便产生良好的心理反应，从而激发购买欲望。

2.2 研究方法

眼动实验（Eye Tracking）［17-18］通过追踪和记录被测人观察物体时的眼动轨迹特征和信息来探寻被测人的心理活动，是研究产品视觉信息加工机制的有效手段。

形态分析法（Morphological Analysis）［19］主要根据形态的组成情况，把需要分解的形态要素解构，如按材料分解、功能分解、形态分解等，然后用图解法对各要素进行重新排列组合，衍生出新的造型方案；文中通过眼动实验结合形态分析法对产品族DNA显性特征提取，有利于要素提取与分类的准确性。

德尔菲法（Delphi Method）［20］也称为专家调查法。采用背对背方式，利用专家个人经验和学识，对所测试问题作出独立判断。经过几轮反复征询、归纳和修改，直到专家小组得到一致意见。

语义差异法（SD Method）［21-22］是研究感性意象的一种常用描述方法，主要用来梳理用户情感和产品意象之间的关系。近几年SD法被广泛应用在汽车造型感性意象研究领域，运用里克特量表通过统计分析方法来分析用户的心理表现，结合德尔菲法则可以提升产品族DNA隐性特征提取的科学性和有效性。

2.3 研究流程和样本选择

为了提取汽车品牌产品族DNA，首先确定研究样本，这里选取宝马品牌历代3 系车型作为产品族研究样本，从理性和感性视角切入研究宝马品牌产品族DNA。在理性视角下，采用眼动实验结合形态分析法提取产品族DNA显性造型特征；在宏观视角采用德尔菲法结合语义差异法提取产品族DNA 隐性造型意象，最终得到整个宝马3 系产品族DNA 造型特征描述，并以此建立前脸造型特征和造型意象之间的映射关系，得出产品族前脸造型的设计策略，为车型换代提供参考依据，流程图，如图3所示。

宝马品牌在德国汽车中是运动的代表，而3系在宝马品牌产品体系中是最能代表运动的车型。从1975 年第一代宝马3 系E21问世，到2019年第七代G20的推出，44年间宝马3系历经七次换代（E21、E30、E36、E46、E90、F30/35、G20/28），成为宝马品牌当中最具代表性的车型之一，选取宝马3系前脸作为这里研究样本，如图4所示。

图4 宝马3系汽车前脸造型样本Fig.4 BMW 3 Series Front Face Styling Samples

3 产品族DNA显性造型特征提取

在理性视角下，运用眼动实验结合形态分析法提取研究样本的产品族DNA显性造型特征，提取思路，如图5所示。

图5 显性造型特征提取模型Fig.5 Dominant Modeling Feature Extraction Model

3.1 眼动跟踪实验

眼动实验［23］使用Eyelink头戴式眼动跟踪仪进行记录，由Data Viewer软件进行数据分析，实验共选取20个被测者进行每个人20s的眼动实验。首先向被测者介绍实验的方法流程，要求被测者与显示屏保持平视坐姿，相距约90cm；然后将宝马3系汽车前脸造型样本图片投影在显示屏上，要求被测者观察样本图片时尽量关注其造型特征；最后发出测试指令，测试时间为20000ms。通过眼动实验得到热点图、轨迹图，如图6 所示。同时获取注视时间、注视次数、平均注视时间等实验数据，如表1所示。从而分析用户对宝马3 系汽车前脸造型感兴趣区域（AOI）。根据眼动实验得出的数据结合汽车前脸造型组成要素进行分析，可得出宝马品牌3 系汽车前脸显性造型特征主要关注热点集中在引擎罩、前脸上罩、前脸下罩等区域的外观覆盖件。其中，主要包括前挡风、引擎盖、上进气口、大灯组、下进气口、雾灯等造型要素设计，如图7所示。

图6 样本热点图和轨迹图Fig.6 Sample Heat Map and Trajectory Map

表1 眼动实验数据分析Tab.1 Data Analysis of Eye Movement Experiment

图7 汽车前脸造型设计组成部分Fig.7 Automobile Front Face Styling Design Component

3.2 显性造型特征分析结果

运用形态文法，对样本前脸造型特征进行可视化表达并提取汽车前脸显性造型特征。首先通过贝塞尔曲线对宝马3系前脸造型样本的轮廓线、特征线、进气口以及大灯组等外观覆盖件的造型特征进行描绘，如表2所示。贝塞尔曲线在描述汽车造型特征上具有一定的优势，它能很好地概括汽车的造型特征，去除影响造型特征的其他非重要因素［24］。其次根据形态文法中形态分解原则对宝马3系前脸造型特征中各重要造型要素进行解构，归纳出前脸显性造型特征的主要造型要素，从而构建宝马3系产品族前脸造型要素编码库，如表3所示。通过对宝马3系样本前脸主要造型特征进行形态分解，我们可以更好对各造型要素进行直观地对比，分析观察出不同样本车型造型要素轮廓形态上的差异性。同时基于该基因编码库，每一个宝马3系汽车前脸造型样本可通过六个造型特征中的造型要素编码组合形式进行表达，如样本04-E46可由［a2，b2，c2，d2，e1，f1］造型要素进行表达［25］。

表2 宝马3系样本前脸造型轮廓线提取Tab.2 BMW 3 Series Sample Front Face Profile Extraction

表3 宝马3系产品族前脸主要造型要素编码库Tab.3 BMW 3 Series Product Family Front Main Styling Coding

4 产品族DNA隐形造型意象提取

在感性视角下，运用语义差异法与德尔菲法提取研究样本的产品族DNA隐性造型意象，提取思路，如图8所示。

4.1 造型意象词汇的挑选

通过参阅宝马品牌相关车型介绍、网站新闻、媒体报告，提取品牌核心特征用语；并结合文献资料、书籍、访谈、问卷等方式，获取大量有关汽车造型意象词汇。将收集到的意象词汇通过焦点小组讨论剔除意思相近，不适合评价汽车造型的词汇；并根据语义差异法“二级性”原理设定的要求，将意思相反的词语进行配对；替换不准确的词汇，最终整理成60 组造型意象词库，如表4 所示。将60 组意象词汇和宝马3 系前脸造型样本加以结合制作成调查问卷，邀请专业汽车设计师15 名和设计专业教师和学生15 名，共30 名测试者进行主观评价调查。最终按照每组意象词汇被选择次数进行排序，选出最能代表宝马3 系前脸造型样本造型意象的6 组造型意象词汇，如表5 所示。

表4 60组造型意象词汇库Tab.4 Vocabulary of 60 Groups of Modeling Images

表5 6组造型意象词汇Tab.5 6 Groups of Modeling Image Vocabulary

4.2 隐性造型意象分析结果

将最具代表性的6组感性词汇和宝马3系前脸造型样本结合，以利克特量表的形式制作成7级意象词汇SD量表，分别记为3、2、1、0、-1、-2、-3分，如表6所示。采用德尔菲法邀请汽车设计领域共12名专家学者对SD量表进行评分。

表6 宝马3系前脸造型SD意象词汇量表举例Tab.6 BMW 3 Series Front Face Shape SD Scale

评分开始前，先向专家学者介绍测试目的，举例说明影响前脸造型特征的主要造型要素；然后发放测试问卷，每位专家单独对各车型前脸造型样本体现的感性意象词汇进行评分，正值代表的是左侧的形容词，负值代表的是右侧的形容词，数值的绝对值越大，代表样本所体现的意象越强烈。通过专家测试问卷得出宝马3系汽车前脸造型样本在每一个感性意象词汇上的评分，共获得12份有效测试问卷。

运用SPSS软件通过平均值算法，对样本感性意象评分数据进行统计，得到各样本车型每个意象词汇的均值，如表7所示。

表7 样本感性意象得分均值Tab.7 The Mean Score of the Kansei Image of the Sample

5 造型特征和造型意象之间的映射

5.1 显性造型特征和隐性造型意象的映射分析

通过上述对宝马3系汽车前脸造型样本的显性造型特征提取和隐性造型意象评价可以得出；造型意象的形成取决于产品外部造型特征，而不同的造型特征则体现出不同的造型意象；因而产品族造型基因主要是由产品族显性造型特征和隐性造型意象二者之间的映射关系所构成［26］，如表8 所示。然后对宝马3系汽车前脸造型特征和造型意象进行联合分析，将产品族造型特征对造型意象影响量化为造型特征的权重和造型要素的贡献度并基于这两个指标构建产品族造型特征和造型意象评价值之间的映射模型。可以更加直观的反造型意象感与造型特征之间的联系和规律。

表8 样本前脸造型特征与造型意象映射关系Tab.8 Styling Feature and Styling Image of Mapping Relation

运用SPSS20.0 软件进行多元回归分析［27-28］；将显性造型要素设为自变量，隐性造型意象设为因变量，建立线型回归分析方程，分析得到汽车前脸造型特征中各个造型要素和造型意象词汇评价的偏相关系数，以“S1硬朗的-柔和的”造型意象词汇为例，分析结果，如表9所示。

表9 “硬朗的-柔和的”分析结果Tab.9 "Hard-Soft" Analysis Results

表9 中P值（Sig）分别为0.000，0.000，0.000，0.013，0.025，0.046，0.081小于α=0.1的显著性水平，表明有意义。偏相关系数的大小反映汽车前脸造型特征中各造型要素对于造型意象影响相关性，即偏相关系数越大则表示对造型意象的影响则越大。其中各造型要素偏相关系数值有正有负，值代表正向相关的意象，负值则代表反向相关的意象。以此类推，可得其他造型意象与造型特征的多元线性回归关系对应表［29-30］，如表10所示。

表10 造型要素与造型意象关系对应表Tab.10 Styling Element and Styling Image of Correlation List

5.2 汽车前脸造型基因设计策略

汽车造型设计是一种兼变传衍、持经达变的过程［31］，相同品牌的不同车型其内在造型基因也是具有一定的相似性，然而品牌各车型之间又不能完全相似，还需具有一定的差异性。通过上述研究可以发现，造型特征与造型意象之间的映射关系中偏相关系数较大的造型要素，在构建相对应的造型意象中占主导因素，说明此类造型要素对汽车前脸的造型意象影响较为强烈，可将其定义为汽车前脸造型设计当中的主要造型基因。因此通过表7和表8对“硬朗的-柔和的”造型意象与造型特征映射关系做进一步推导，可以得出：梯形前挡风A11、直线引擎盖A21、长方形上进气口A31、梯形下进气口A52，这四项显性特征数值越大，则汽车前脸造型意象就越趋向“硬朗”；而开眼角大灯A44、多边形雾灯A63，这两项显性造型特征呈明显负相关，则汽车前脸造型意象就越趋向“柔软”。

其中，长方形上进气口A31（偏回归系数维2.082）与多边形雾灯A63（偏回归系数为-1.748）对“硬朗的-柔和的”造型意象影响尤为强烈。由此可以定义梯形前挡风A11、直线引擎盖A21、长方形上进气口A31、梯形下进气口A52，为汽车前脸样本表现“硬核的”造型意象主要造型基因，因此在后续汽车品牌产品族应用的时候，无论其他的造型要素如何变异，这四种造型基因的应用仍能让产品造型特征保持硬核的造型风格意象。反之，当需要对产品族造型意象重新进行定位的时候，就可以避免相似造型基因在产品造型特征当中的应用，帮助汽车品牌获取在特定造型意象定位下的汽车前脸造型基因，同时提升汽车企业在造型方案决策中的准确度和效率，找出属于品牌独有的那份造型基因。

6 结束语

造型基因是塑造汽车品牌认知的重要途径，基于产品族DNA理论下的汽车造型基因的研究重点在于显性造型特征和隐性造型意象的提取和应用。这里主要运用眼动实验和形态分析法、专家分析法和语义差异法对宝马产品族前脸造型样本显性造型特征及隐性造型意象进行分别提取与分析；基于多元回归分析构建造型要素和造型意象两者之间的映射关系，从而推导出汽车产品族前脸造型基因设计策略。该策略适用于汽车造型设计阶段，可以帮助汽车品牌准确定位其产品造型风格意象和指导设计人员合理把控造型特征中各重要造型要素，并为其他汽车品牌产品族前脸造型设计研究提供了参考意见。在接下来研究中，还需将汽车前脸造型和车身其他造型基因进行组合研究，完善产品族造型基因理论，形成具有广泛性和系统性的分析和设计方法。