人工智能技术介入家具设计的现状、问题和应对策略研究

黄 河 唐婉莹 史 逸

（常州大学美术与设计学院,江苏 常州 213159）

近年来，随着人工智能技术与工业设计的不断融合发展，设计步入了“工业4.0”的新时代。在家具设计领域中，传统设计方式也正发生着深刻的变化，从传统的设计师创作转变为设计师与大数据、虚拟现实、机器设计等结合的人机合作新兴模式[1]。在这一时代背景下，设计师创作与人工智能设计的差异在哪里、设计师未来的角色是什么、设计师如何应对人工智能技术所带来的机遇与挑战，都将成为家具设计领域新的热点问题。针对上述问题，本文阐述了人工智能技术在家具设计领域中的应用现状及带来的设计变革，分析了人工智能技术在家具设计中的优势和局限，探讨了人工智能技术介入家具设计背景下设计师的应对策略，以期为人工智能背景下的家具设计创新提供思路。

1 人工智能与家具设计

1.1 人工智能技术在家具设计中的应用现状

人工智能（Artificial Intelligence，AI）的发展最早可以追溯到1936 年艾伦•麦席森•图灵（Alan Mathison Turing）发表的《论数字计算在决断难题中的应用》，该文设想了一种将数学算法与机器结合的理论，并为早期人工智能技术研究奠定了基础[2]。随着近年来数据处理与计算科学的高速发展，人工智能技术开始逐渐渗透于各个行业，并初步在家具设计中展开尝试，取得了一定进展。一方面，基于深度学习、生成式对抗网络等技术的人工智能具备一定的创造力[3]，此类人工智能可以通过程序设定学习某一领域的知识，并依照设计需求和约束条件完成设计创作。设计师将设计信息输入机器中，然后人工智能通过深度学习来辨别和处理家具设计的各种语义，最后机器通过设计师设定的条件生成作品。另一方面，人工智能技术可以辅助创作，在设计师对某些知识不足或缺失的情况下，人工智能辅助设计可以使产品在程序的优化中形成结果的最优解[4]。例如，设计师Joris Laarman利用人工智能软件设计了椅子《Bone Chair》。软件模拟动物骨骼生长方式对工程结点进行优化计算，通过设定的a.坐姿、b.椅子与地面的三个接触点、c.椅子的荷载阈值三个初始条件，在不断的迭代运算中形成类似骨骼系统的造型，其过程如图1 所示。

图1 人工智能迭代优化椅子工程结点的设计过程Fig.1 Artificial intelligence iteratively optimizes the design process of chair engineering nodes

1.2 人工智能技术带来的设计变革

纵观人类的设计发展史，在不同的时代契机下，设计方式也会相应地呈现出不同的表现形态，而每一次的设计变革都受到科技发展浪潮的影响。如今，以人工智能等先进技术所形成的“第四次工业革命”，带来了新一轮的设计变革[5]，传统的设计工具、方法、范式开始逐渐发生改变，具体如表1 所示。其一，传统的设计工具开始转向数字化，设计师通过人工智能技术视觉化呈现设计方案，如3D模型构建、动画渲染等。其二，设计师不再拘泥于问卷调查、用户访谈等传统设计方法去寻找需求点，而是介入产品的整个生命周期，通过数据反馈，利用人工智能技术自动生成用户画像（Automatic Persona Generation，APG），从而形成以用户经历为中心，不断升级优化的设计循环。其三，以人工智能技术所形成的新设计方式使设计师不再局限于传统的方案构思，而是通过与人工智能的合作，构建具备自动设计能力的系统，形成一条自动化的生产线，生成批量化的设计方案[6]。

表1 传统设计与人工智能设计的比较Tab.1 Comparison between traditional design and artificial intelligence design

2 人工智能技术介入家具设计的优势和局限

2.1 人工智能技术在家具设计中的优势

2.1.1 高效的数据处理能力

人工智能技术具有强大的运算能力，在家具设计活动中可以更加高效地处理和分析数据[7]。首先，在设计前期一些重复性的数据获取和处理工作，如用户需求调研、用户偏好分析等，依靠人工智能高效的数据处理能力可以节省设计师的时间，使设计师有更多的精力聚焦于家具设计的创意，从而缩短家具的设计周期。其次，从大数据中获取的用户行为数据，通过智能分析整理可以更精确地了解到用户的需求和偏好。最后，人工智能还可以将大部分人类的生理感知信息数据化，更好地分析用户与家具之间的人机关系，使家具设计更符合人体工程学、实用并且舒适[8]。例如，国内设计师张周捷利用人工智能技术设计的"Sensor Chair"，通过由弹簧相连的66个传感器实时读取用户坐姿的各项动态数据，计算机基于数据的变化会自动生成无穷多的座椅形态并实时显示在屏幕上（图2）。这种基于用户坐姿数据实时生成的座椅不仅具有独特性，也更符合个体的人机工程尺寸差异。相比之下，传统的人体测量多依赖静态的、统计学的、耗时费力的、反应滞后的数据处理工作。

图2 利用人工智能技术的数字“传感椅”生成过程示意图Fig.2 Schematic diagram of digital "Sensor Chair"generation process using artificial intelligence technology

2.1.2 高产的方案生成能力

对于许多设计师来说，家具创新设计是一个从“0”到“1”的过程，设计师往往需要冥思苦想、耗费大量脑力，才能得出几个备选的方案进行挑选。但是，对于人工智能来说，家具创新则是从“1”到“∞”的过程，人工智能可以依靠强大的运算能力，从互联网的海量素材中选取元素，通过算法生成丰富而无穷的作品，完成设计从提出到结果产生这一闭环只需几秒钟[9]。例如，设计师Philipp Schmitt和Steffen Weisss使用生成式对抗网络（Generative Adversarial Networks，GAN）开展的椅子设计项目"ChAir"，如图3所示。系统由判别图片是否像椅子和自我学习生成椅子模型的两个神经网络构成，通过对椅子设计数据的自主学习就可以即时生成千百种方案，而这样的设计方案数量是人工设计无法想象的。

图3 "ChAir"大量设计方案的产生过程Fig.3 The generation process of a large number of design schemes of "ChAir"

2.2 人工智能技术在家具设计中的局限性

2.2.1 被动的创造性

现阶段的人工智能还处于弱人工智能阶段，实际上并不具备真正的创造力，其所谓的“创造力”往往依赖于程序设计者预先输入的信息和制定的运算程序，生成的作品也只是输入的程序和数据处理的逻辑结果[10]。与设计师相比，人工智能是通过不断的学习来模拟人的创作，从而达到语言上的相似，其本质上并不能主动思考、自主地提出问题和创造性地解决问题。

2.2.2 算法的局限性

家具设计是感性和理性相互结合的产物，除了造型、色彩、人机等要素之外，还包含着人的情感、地域特色和民族文化等多重因素。人工智能设计并不是情感驱使下的创作活动，作品只是在人类所定义的规则下，通过算法被动地输出结果。因此，人工智能设计作品的过程中不会受到人类的非理性因素和偶然因素的情感主导，而这也导致了家具设计中的感性表达被人工智能本身算法所“局限”。此外，人工智能也不具有人的社会属性，对人类所形成的地域文化和社会因素缺乏理解和共鸣，不会去思考如何通过一件家具设计来传承和发展地域文化，生成的作品难以被赋予深刻的文化内涵。设计师与人工智能的特征比较见表2。

表2 设计师与人工智能设计比较Tab.2 Comparison between designer and artificial intelligence design

2.2.3 数据包容性的欠缺

对人工智能技术下的家具设计而言，其作品是在数据基础上生成的结果，设计服务的对象大部分是信息时代用户。尽管利用人工智能技术可以获取和分析海量的用户数据，但对于落后于数字化时代的弱数据群体或社会中的少数群体，如儿童、老人、残疾人等，人工智能的算法很可能会忽视或者遗漏该部分特殊群体，难以全面，在最后生成的作品中则会出现偏差[11]。

3 人工智能技术介入家具设计背景下设计师的应对策略

人工智能技术介入家具设计使得原有的设计模式将发生巨大的变化，尽管人工智能能够取代设计师繁重的基础工作，但那些依赖主动创造和想象力、需要考虑感性和人文社会因素，以及用户中心的设计过程仍然是设计师的主要阵地。因此，设计师应及时转变思维，充分发挥人的主观能动性，实现设计师与人工智能的优势互补、协同创新[12-13]，具体途径如图4所示。

图4 人工智能技术介入家具设计下设计师的应对策略与途径Fig.4 Strategies for designers to cope with the involvement of artificial intelligence technology in furniture design

3.1 关注审美特点和用户差异

在现实生活中，受内外因素（年龄、性格、习惯、社会意识和时代背景等）的影响，个体对“美”的定义往往大相径庭，这种差异具有普遍性、相对性和多层次性。譬如，在现代家具设计中基于不同的用户需求存在着赛博朋克、极简主义、性冷淡风等不同风格类型的产品[14]。同时，在不同的社会群体之间也有着不同的审美倾向。例如，以年龄差异来看，儿童时期具有好奇、模仿的天性，他们更倾向于选择具有自然亲和力的造型、丰富多彩的图案以及趣味化的家具产品；青年群体则更喜爱多功能、舒适、智能化的家具产品；而对于老年群体来说，他们更偏爱安全舒适、易用耐用的家具产品[15-16]。

在设计过程中，设计师可以利用人工智能技术来针对用户审美特点和需求差异，比如通过机器学习语意与设计要素（功能、材质、色彩等）之间的转换关系，创建设计元素库，通过输入目标用户的偏好和使用需求，让系统提取关键特征并快速生成多种设计方案，在此基础上设计师进行筛选和细节优化，以满足不同用户的需求。

3.2 扎根地域文化和社会因素

家具设计除了满足人们实用性需求以外，还成为了特定时期社会精神和物质文化的象征之一。对于设计师来说，家具不仅仅是一件产品，也是设计师的自我表达，它除了解决人的需求以外，还蕴含设计师对文化要素和时代背景的理解[17]。譬如，中国明式家具以线塑型，表达出刚柔相济、浑厚隽永、富于节奏感和韵律感的艺术效果；哥特式家具则呈现出整体竖直向上的形态，突显出西方宗教的庄重肃穆和神圣之感，而这些文化内涵正是家具设计过程中需要设计师去深究的[18-20]。

在家具设计过程中，设计师可以利用人工智能的数据和逻辑优势，但感性因素则要求设计师扎根于地域文化和社会因素[21]。一方面，设计师可以利用人工智能超强的计算和存储能力，仔细搜集与整理文化瑰宝，对家具风格与造型信息进行分析与提取，对富含民族与文化特色的家具元素建立数据库。另一方面，设计师还需仔细分析家具风格背后的时代因素和人文社会因素，分析提炼家具风格元素，运用造型语意，以文化为基石，结合人工智能的分析能力与设计师对地域文化因素的理解，创造出具有鲜明地域特征和时代特征的家具。

3.3 关注用户情绪与内心情感

家具本身的造型、功能和与其所在的空间关系，影响着用户在整个体验过程从本能、行为、反思三个层面的感受[22]。家具—用户—环境三者连接起来所产生的情感纽带和用户在体验过程中所产生的微妙情感是人工智能所无法理解的。设计师应当从用户动机、行为、使用场景等多个维度分析，关注用户的情绪与内心情感，解读用户在家具使用过程中的情感诉求和情绪变化，包括探寻用户的潜在需求以提升家具设计的“温度”[23]。例如，医院环境对儿童的情绪与行为有着较大的影响，因此在儿科诊室的家具设计上应当充分考虑儿童心理特点[24]，通过营造轻松愉快的诊疗氛围转移儿童的注意力，消除儿童就诊时的紧张情绪(如图5a所示的荷兰朱丽安娜儿童医院的家具设计)。此外，家具设计同样可以照顾到社会特殊群体（如抑郁病患者）的情感需求，利用人工智能技术对于人体工学数据的分析和智能体感控制技术的优势，结合设计师对柔和造型的理解，创造出能够舒缓病人身体、抚慰其消沉情绪的产品（如图5b针对心理疾病病人设计的体感疗愈椅，来源：顺企网）。

图5 儿童医院家具设计（a）和 体感疗愈椅（b）Fig.5 Furniture design of children's hospital (a) and Body sensory healing chair (b)

3.4 聚焦用户体验与交互过程

当代家具设计应在以用户为中心的理念下满足用户的体验需求，重视家具设计和使用过程的交互感受。一方面，设计师可以充分利用人工智能技术的数据处理进行用户的偏好分析，结合用户参与设计方法（Participatory Design，PD），在用户与设计师的合作下形成独特的个性化设计。设计过程中，人工智能基于模块化提供偏好关键词和备选方案，用户提出自己的意见和想法，而设计师则对设计结果进行把控和优选，并对用户提出决策建议[25-26]。另一方面，设计师还可以利用人工智能分析用户的动态数据，更加全面地考虑家具的使用场景和使用方式，为用户带来舒适惬意、富有趣味的交互体验[27-28]。比如，可以结合当前兴起的虚拟现实技术，创造等比例的家具使用虚拟场景，让用户可以在虚拟场景中自定义整个房间，体验不同的家具、墙面色彩和灯光色调组合后的室内环境，丰富其家居环境的感受[29-30]。图6所示为国外某知名家居品牌结合人工智能和虚拟技术开发的室内与家具设计应用程序（来源:映维网）。

图6 结合人工智能和虚拟技术的室内与家具设计应用程序Fig.6 Interior and furniture design application program combining artificial intelligence and virtual technology

4 结语

人工智能技术介入家具设计中，加快了设计与科技的融合，并形成了新的设计模式。传统的设计理念、设计方法以及设计师的角色都将受到很大的影响和转变。可以预见，未来的家具设计将进入一个人工智能辅助的时代。人工智能虽然有着高效高产的优势，但同时也存在一定的局限，对设计师而言，机遇与挑战并存。设计师可以把繁重的基础性工作交给人工智能处理，而将更多的时间和精力聚焦于对用户的审美、体验和情感研究，以及对地域文化和社会因素的探究，实现与人工智能的优势互补和协同创新。