基于符号演化的木制民居装饰构件设计方法与流程

本发明属于产品设计领域，具体地说是涉及一种基于符号演化的木制民居装饰构件设计方法。

背景技术：

传统木质民居是中国古代建筑文化中最具代表性的建筑类型之一，它普通平凡，但又与人们的生活密切相关，极富生命活力。近年来，随着经济全球化趋势和现代化进程的加快，尤其是目前城镇化建设的推进，建筑文化遗产的保护与传承面临严峻的考验。如何将祖先们所创作的各种建筑形态通过现代化技术和手段更好利用起来，使其能走入寻常百姓家，让人们都能享受到这笔文化财富具有重要意义。

文创产品设计承载和体现着特定的区域文化意象，包括区域文社会风貌、历史、文物、传统服饰、生活器物等内容，通过对各种文化形态的符号进行整理、分类，总结出产品的造型、色彩、材料和肌理等主要元素，来表明文创产品的符号特征和实际使用功能。现有技术中，台湾艺术大学的rung-tai林提出的案例研究的跨文化产品设计模型，并在产品设计中得到应用。以及知识工程、可拓关联等设计方法已经广泛引用到产品设计的整个过程中，提高了设计的效率和质量。但是，苗侗民族文化元素不能更好地融入现代木制民居设计中，有效的满足用户的个性化定制需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种将苗侗民族文化元素融入现代木制民居设计中，实现苗侗民族纹样的形态演化与文化传承的基于符号演化的木制民居装饰构件设计方法。

本发明的一种基于符号演化的木制民居装饰构件设计方法，由形状文法和可拓基元表征组成的符号演化方法，包括下述步骤：

(1)文化元素提取与简化：将苗族和侗族中的传统文化元素进行提取，并根据苗侗民族文化元素造型特点和特征元素，通过归纳、概括和删减突出其本质特征，进行简化；

(2)可拓基元表征：根据用户对产品需求进行定位，确定文化元素，筛选代表性较强的原始图案，结合图解语义与可拓学基元理论，提出图解语义基元，通过图形化语义基元及其图解语义可拓空间实现产品实例的知识表征，确定可用于形状推演的形态元素；

(3)形态推演：根据步骤(2)中确定的形状元素，基于形状文法，按照一定的推演规则生成新的产品形状元素，形状文法推理规则包括置换、增删、缩放、复制、旋转；

(4)方案生成与优化：方案生成包括过程方案和最优方案，从初步过程方案中筛选出多个方案，并从多元与开拓的角度采用语义差异法，进行详细打分，对用户心理意象测试，最后取每个语意轴分数的综合平均值作为最优方案，即可。

上述的基于符号演化的木制民居装饰构件设计方法，其中：在步骤(1)中，苗族和侗族中的传统文化元素包括刺绣、蜡染、银饰或傩面；

上述的基于符号演化的木制民居装饰构件设计方法，其中：步骤(4)中，从初步方案中筛选出3个木质民居装饰窗户的组成方案。

本发明与现有技术的相比，具有明显的有益效果，由以上方案可知，结合形状文法与可拓学基元表征的符号演化方法，以可拓学基元为表征模型，对传统苗侗木制民居中的符号进行可拓基元解构、解析和发掘；在经典形状文法基础上，结合可拓基元表征，构建图案创意配置过程模型，实现苗侗民族纹样的形态演化与文化传承，以及客户化的个性定制。

以下通过具体实施方式，进一步说明本发明的有益效果。

附图说明

图1为本发明的设计流程图；

图2为纹样演化、简化过程示意图；

图3为目标图案初始形状图；

图4为推演过程示意图；

图5为用户心理意象测试图；

图6为产品最终三维模型；

图7为产品最终效果图；

图8为木制民居装饰构件图；

图9为苗族工艺纹样图；

图10为蜡染图案筛选与形状分析图；

图11为测试结果综合统计图。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的基于符号演化的木制民居装饰构件设计方法结构具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

如图1所示，本发明的基于符号演化的木制民居装饰构件设计方法，由形状文法和可拓基元表征组成的符号演化方法，包括下述步骤：

(1)文化元素提取与简化：对黔东南地区文化元素内涵的提取是将苗族和侗族独有的刺绣、蜡染、银饰、傩面等传统元素中所蕴含的丰富寓意进行提取。根据苗侗民族文化元素造型特点、特征元素等方面来提取具有代表性、典型性、和独特性的元素，通过归纳、概括、删减等进行简化并突出其本质特征，使得形象特征的更加明确、整体、易识别。图2为纹样演化、简化过程示意图。

(2)可拓基元表征：根据用户对产品需求进行定位，确定文化元素，筛选代表性较强的原始图案，结合图解语义与可拓学基元理论，提出图解语义基元，通过图形化语义基元及其图解语义可拓空间实现产品实例的知识表征，确定可用于形状推演的形态元素。如图10所示为蜡染图案筛选与形状分析。

将图解语义与可拓学基元理论相结合，提出图解语义基元，通过图形化语义基元及其图解语义可拓空间实现产品实例的知识表征其中，在图解语义基元中，o，c，v均为图例表征，p1为产品实例图，pc1为图形特征，pv1和pv1-1均为图形特征值。

(3)形态推演：根据步骤(2)中确定的形状元素，基于形状文法，按照一定的推演规则生成新的产品形状元素，形状文法推理规则包括置换、增删、缩放、复制、旋转，其中：

1)置换：将其他产品的部分特征单元曲线更换到新产品的形态单元曲线的转化中，可表示为：

置换：tp＝p'，即

2)增删：增加或删减原始形状的部分单元或全部形状曲线，可表示为：即

t2p＝p！p1，即

3)缩放：缩小或放大原始相撞部分单元或全部曲线，可表示为：扩缩变换：tp＝αp，即

当α＞1时为扩大变换，当0＜α＜1时为缩小变换。

4)复制：对原始形状曲线进行复制、移动操作。

即tp＝{p,p^*}.复制变换分为：

增大复制：tp＝{{p,αp},α＞1}.

收缩复制：tp＝{{p,αp},0＜α＜1}.

相似复制：tp＝{{p,p^*},p≈p},其中“≈”是近似符，

多次复制：tp＝{{p,p,^*p^*,...,p^*},p^*＝αp}.

5)旋转：对原始形状进行角度变换。tp＝pθ

其中，θ为绕坐标轴原点顺时针旋转的角度。

具体的推演过程如图4所示，首先对目标图案的初始形状进行编码，目标图案的形状由曲线集合{a1a2,a2a3,a3a4,a4a5,a5a6,a6a1}构成(如图3)。从图10中的同族图案中选择p2,p5,p6，特征提取中选择p1,pv2,pv4,pv1-1，与目标产品形状同时进行形状推演过程，作为推演的初始形状，推演尺寸约束设为2100mm≤l(长)，2100mm≤w(宽)，2100mm≤h(高)。

(4)方案生成与优化：方案生成包括过程方案和最优方案，从初步过程方案中筛选出3个木质民居装饰窗户的组成方案，并从多元与开拓的角度采用语义差异法，进行详细打分，对用户心理意象测试(如图5)，最后取每个语意轴分数的综合平均值作为最优方案，即可。

组织了30位年龄在30岁至50岁之间的用户代表，测试结果综合平均值统计如图11所示。

综合统计结果显示，方案1的多元化与开拓性较强，同时具备民族特色，综合来看，p1＞p2＞p3，p1的测试综合平均值最高。对p1进行方案优化并构件三维模型，形成最终三维模型(如图6)和最终效果图(如图7)。

此外，在文化元素素材中，苗侗民族木质民居装饰构件包括屋顶、盖瓦、美人靠、窗户动能，如图8所示。苗族、侗族民间艺术中，工艺美术的种类繁多,有刺绣、蜡染、编织、绘画、剪纸、雕刻、银饰锻打等方面，如图9所示。苗族蜡染中的传统纹样种其中蝴蝶、鱼、鸟、植物和几何纹样造型复杂程度适中，同时具有较强的装饰性和代表性，适合用于房屋装饰构件当中。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。