基于形状文法与TRIZ原理的文化创意产品定制方法与流程

本发明属于文化创意产品创新设计领域，具体地说是涉及一种基于形状文法与triz原理的文化创意产品定制方法。

背景技术：

产品形态是产品的物质载体，传达着产品的物质功能与精神功能，是用户与设计者沟通的重要媒介。产品形态设计活动起于设计者的构思传达，其核心在于用户的情感和产品寓意的传递。现有技术中，hsiaosw，chiufy等研究了采用计算机以自动生成产品设计方案的方法，并应用于产品形态、产品选色的创新设计过程。chaofanglin，hungchialienetall对中国京剧脸谱、中国传统灯具、韩国的寺庙文化等应用于时尚文化产品的设计开发进行了研究。triz理论方法的研究者通过解析了250万项专利，综合和多学科知识，提出创新问题的一系列可遵照的原理和规则。汇总出人类进行发明创造解决技术难题所遵照的原理和规则，创建了实现技术创新的种种途径、工具所组成的方法学系统。但针对传统的文化创意产品，没有在传统文化产品形态设计中，根据客户需求进行个性定制化的计算机创新设计方法。

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能对传统的文化产品形态进行描述，并在形态设计中结合进化模式进行计算机创新设计的基于形状文法与triz原理的文化创意产品定制方法。

本发明的一种基于形状文法与triz原理的文化创意产品定制方法，包括下述步骤：

(1)产品形态表征：利用形状文法，对传统的文化产品的形态进行描述，产品的形态包括功能、造型、机理、色彩；

(2)产品形态解析与重构：基于步骤(1)中的产品形态表征，利用triz理论进行形态的演化，结合形状文法的推理规则，建立形态推演规则，实现产品形态重构，建立基于triz理论的产品形态推演模型，即利用triz理论，针对产品形态整体进行进化设计，在形态设计中结合进化模式进行创新设计，获得整体功能最优的文化产品；产品形态整体进化设计包括几何造型、功能设计、色彩搭配、材质混合；

(3)创新设计：分析用户诉求、传统纹样和产品形态之间的关系得到形态之间的冲突，根据triz发明问题解决理论，以用户的诉求和文化创意产品形态的要求为起点，结合形状文法进行思维发散与整合，进行创新设计，生成设计方案，实现文化产品的定制化设计。

上述基于形状文法与triz原理的文化创意产品定制方法，其中：所述步骤(2)中的形态推演规则包括：

1)置换；

2)分割；

3)合并；

4)复制；

5)动态化：即对形状进行缩小、放大部分或全部形状；

6)抽取：即提取时改变形状的坐标值的方法。

上述基于形状文法与triz原理的文化创意产品定制方法，其中：所述步骤(3)中的创新设计是在triz发明问题解决理论中的发明原理1，2，5，6，15，26和空间分离原理的引导下完成。

本发明与现有技术的相比，具有明显的可行性效果，由以上方案可知，以形状文法进行产品形态表征，对传统文化产品构件进行基于形状文法的解析与重构，再结合triz发明原理，构建产品形态推演创新模型，以用户的诉求和文化创意产品形态的要求为起点，进行文化产品定制化的创新设计，不仅实现了传统文化产品形态创新和个性化定制，还实现了传统非物质文化的数字化保护和传承。总之，本发明具有对传统的文化产品形态进行描述，并在形态设计中结合进化模式进行计算机创新设计的特点。

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为本发明的产品重构过程流程图；

图2为本发明的基于triz理论的产品形态推演模型；

图3为实施例中的蜡染纹样推演过程示意图；

图4为实施例中的木质民居定制过程示意图；

图5为实施例中的木质民居单体式构件库图样；

图6为实施例中的木质民居组合式构件库图样；

图7为实施例中的木质民居材质库a；

图8为实施例中的木质民居材质库b；

图9为实施例中的木质民居个性化定制效果图；

图10为实施例中的蜡染产品定制过程示意图。

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形状文法与triz原理的文化创意产品定制方法具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

本发明的一种基于形状文法与triz原理的文化创意产品定制方法，包括下述步骤：

(1)产品形态表征：在产品设计中引入了形状文法的概念，不仅可以对传统纹样的形态进行描述，也可以用于传统纹样的重构。结合形状文法对设计元素进行重构。

形状文法可以按照人们的设计构思和需求，依据特定的规则形成新的形状，是一种行之有效的计算机辅助设计方法。形状是指有限直线段的组合，并有符号作为标记，以指示形状产生的方向；规则是指对形状进行更改的规定。

triz提供了多种解决问题的工具和方法，常用的triz解决问题过程是：首先从目标产品和可用资源分析及确定冲突等方面对问题进行初步分析，如果存在技术冲突和物理冲突，则选择发明原理或分离原理解决如果是由其他原因导致的不理想结果，则选择效应、标准解或进化理论等工具求解。并给出triz解决问题的流程模型；

(2)产品形态解析与重构：在triz理论中，进化理论是针对产品形态整体而言的，同时包括进化概念，并与新型材质研发、功能设定、色彩搭配等流行趋向演化密切相关。在形态设计中结合进化模式进行创新设计，以获得整体功能最优的的产品(如图1)。

从创新设计的角度出发形状文法解决问题的特点是自上而下，而triz理论则具有较强的直观性和可操作性。triz理论弥补了形状文法欠缺的具体问题解决方法，作为形状文法的创造流程后端，可以很好的解决创新问题。将triz理论与形状文法结合，再运用形状文法相关推理规则，总结出基于triz理论的文化创意产品形态推演模型，如图2所示。

(3)创新设计：以贵州苗族蜡染为例，分别分析了用户诉求、蜡染传统纹样和文化创意产品形态之间的关系得到形态之间的冲突。因此，在造型设计上包含蜡染纹样整体造型(兼容性)、纹样造型轮廓(系统的复杂性)、纹样特征元素(可操作性)和应用环境(产品的美观)之间的冲突。

根据triz发明问题解决理论所提供的40条发明原理和4条发明原理进行认知与研究，在发明原理1，2，5，6，15，26和空间分离原理的引导下，以用户的诉求和文化创意产品形态的要求为起点，结合形状文法进行思维发散与整合，进行产品形态创新设计。

创新推演规则：

通过分析triz创新原理并结合形状文法而总结出的形态推演规则：

1)多元化：包括置换和复制。

置换r1：用异族产品部分形态替换本族产品现有形态，本族现有产品形态可表示为fs＝s'。例如，

2)分割r2：即删除：f2s＝s-s1。例如：

则

3)合并r3：即增加：例如，

则

对于形状合并推理，s∩s1可为空，但对于分割操作则需要

4)复制r4：将本族产品初始形状复制或移动操作。

5)动态化r5：动态化是指对形状进行缩小、放大部分或全部形状。可表示为：

当λ＞1时，为扩大变换；当0＜λ＜1时为缩小变换；当sx＝sy时，为等比变换；当sx≠sy时，为自由变换。

6)抽取r6：即提取时改变形状s的坐标值的方法，在秉承以往形状特征的同时进行改变，可表示为：其中nx和ny分别为s在x和y方向上的抽取量。

实例分析与形态推演：

选取蜡染纹样中的植物纹样，对其进行图像描摹、简化、抽取特征，再结合以上创新推演规则对纹样进行重构、推演。如图3所示，为蜡染纹样推演过程示意图。确定推演尺寸为

1800mm≤l(长)，1800mm≤w(宽)，1800mm≤h(高)。

(4)设计实例：运用rhino建模软件将创新重构得到的造型元素组转换成立体造型方案。另外还有多套构件库，将其全部导入autoshowcase中作为文化创意产品个性化定制备选方案。

实施例如下：

根据triz发明问题解决理论所提供的40条发明原理和4条发明原理进行认知与研究，在发明原理1，2，5，6，15，26和空间分离原理的引导下，以用户的诉求和文化创意产品形态的要求为起点，结合形状文法进行思维发散与整合，进行产品形态创新设计，表1为冲突对应的发明原理/分离原理及最终选用原理。

表1冲突对应发明原理/分离原理

发明原理1：分割。把一个物体分成相互独立的部分，并满足重新组合。

发明原理2：抽取。将物体中的的特征部分提取出来。

发明原理5：合并。将相同或近似的物体在空间上加以操作或组合。

发明原理6：多元化。将物体中具有复合的功能以代替其他物体的功能。

发明原理15：动态化。将物体或部分自动调整，使其在每个动作阶段的性能达到最优。

发明原理26：复制。将物体的局部或整体进行复制或移动操作。

根据triz发明问题解决理论所提供的40条发明原理和4条发明原理进行认知与研究，在发明原理1，2，5，6，15，26和空间分离原理的引导下，以用户的诉求和文化创意产品形态的要求为起点，结合形状文法进行思维发散与整合，进行产品形态创新设计。

创新推演规则：

通过分析triz创新原理并结合形状文法而总结出的形态推演规则：

1)多元化：包括置换和复制。

置换r1：用异族产品部分形态替换本族产品现有形态，本族现有产品形态可表示为fs＝s'。例如，

2)分割r2：即删除：f2s＝s-s1。例如：

则

3)合并r3：即增加：例如，

则

对于形状合并推理，s∩s1可为空，但对于分割操作则需要

4)复制r4：将本族产品初始形状复制或移动操作。

5)动态化r5：动态化是指对形状进行缩小、放大部分或全部形状。可表示为：

当λ＞1时，为扩大变换；当0＜λ＜1时为缩小变换；当sx＝sy时，为等比变换；当sx≠sy时，为自由变换。

6)抽取r6：即提取时改变形状s的坐标值的方法，在秉承以往形状特征的同时进行改变，可表示为：其中nx和ny分别为s在x和y方向上的抽取量。

实例分析与形态推演：

选取蜡染纹样中的植物纹样，对其进行图像描摹、简化、抽取特征，再结合以上创新推演规则对纹样进行重构、推演。如图3所示，为蜡染纹样推演过程示意图。确定推演尺寸为

1800mm≤l(长)，1800mm≤w(宽)，1800mm≤h(高)。

(4)设计实例：产品定制过程

以传统的木质民居为例，如图4所示，为木质民居定制过程示意图。

运用rhino建模软件将创新重构得到的造型元素组转换成立体造型方案，包括窗户、门、角花等，如图5所示。另外还有多套构件库，如图6所示，将其全部导入autoshowcase中作为木制民居个性化定制备选方案。

在房屋所有构件都确定后，可以选择适合的房屋材质，如青瓦、瓷砖贴片、大理石等材质。色彩搭配也可进行自由切换。实现木质民居个性化定制过程，如图7，8所示。如图9所示为木质民居个性化定制最终效果图。

以传统的蜡染为例，选取苗侗民族蜡染中最具有代表性的原始图案，运用triz理论与形状文法表征与构建方法模型，对原始图案进行解构、简化、重用和演化。结合用户诉求分析得出同时具备造型设计和文化内涵的文化创意产品设计，最后将设计应用到现代产品生产当中，完善贵州地区传统的文化创意产品的数字化设计。如图10所示，为蜡染产品定制过程示意图。

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。