艺术设计视角下的汽车造型描述手段研究

周涛

摘要：汽车造型描述手段是谈论汽车造型方法的前提之一，已有的汽车造型描述手段并不适合艺术设计师使用。通过论述各种成熟的汽车造型描述手段的优劣性，结合艺术设计学科的特征与汽车设计流程特点，建立新的汽车造型描述手段。并尝试在此基础之上提出一种适合艺术设计师使用的汽车造型方法。该方法的特点是能给予设计师在进行汽车设计时予以参考并发挥其主观性，而非通过计算机等手段衍生出最后的汽车造型结果。

关键词：汽车造型;造型描述手段;造型关键点;热区图

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2018）07-0028-03

汽车造型属于设计领域中较为典型的一类，其产品造型具有美学需求多样、曲面转折关系复杂、多学科知识交叉、多方案选择与迭代的特点，是一个典型的“高技术——高情感”设计领域[1]。关于汽车造型方法的研究有很多，然而无论是从哪个角度切入來研究汽车造型，都需要一种或多种技术手段来描述汽车造型特征。这些技术手段是根据研究者的学科背景和研究的切入点来选择的。汽车造型描述手段的研究是汽车造型方法研究的重要组成部分，因此对汽车造型特征的描述手段的研究和开发具有重要的意义。

1 汽车造型描述手段

无论是对已有车型的研究还是对概念车型的表达都需要媒介，这个媒介需要可以被人识别且运用。这个媒介便是汽车造型描述手段，本段将根据描述手段的不同对已有的研究做一个分类：

1）语言。人可以应用语言来描述他们的感知，在意象研究里，经常有人采用口语分析法来进行相关的研究。在汽车造型知识里，同样可以用语言来对造型知识进行描述。比如在《汽车造型设计中的节奏与韵律》[2]一文中，伍国俊使用节奏与韵律来总结描述汽车造型的规律。在汽车造型中，伍国俊认为可以应用节奏韵律的手法求得造型的统一协调，以达到更加优秀的造型结果。缺点是难以定量地进行研究且文本量较大。

2）贝塞尔曲线。在电脑二维图像处理软件中，贝塞尔曲线是一种常见的绘制曲线方式。它使用复数的节点来确定曲线的形态，在计算机软件中是一种非常重要的参考曲线。在汽车造型知识的相关领域研究中，贝塞尔曲线实际上是在描述汽车造型的特征线。如胡伟峰在《汽车品牌造型基因提取及可视化研究》[3]一文中，利用贝塞尔曲线量化汽车特征线的方式，来描述汽车造型的轮廓线、腰线、进气栅格以及车大灯的形态。贝塞尔曲线在描述汽车造型特征线上具有一定的优势，它能很好地概括汽车的造型形态，而且贝塞尔曲线可以被准确地测量，方便定量化地研究汽车造型。

3）点云。点云技术以海量的点来描述线或者面的特征[4]，且描述结果较为准确。点云的劣势是他对硬件的要求较高且多用于汽车的逆向设计中。

4）几何特征建模。车身表面几何建模工作随着计算机技术的发展而变得更加容易。乌晴辉使用几何建模的方式探讨了车身表面几个基本特征[5]，包括汽车造型的基本特征、附加特征、变形操作特征、复合特征、总特征。通过几何特征建模的方式来描述汽车造型是比较准确直观的，但是数据处理难度较大。

5）关键点。有相关的研究表明，可以用点来有效地描述汽车造型形态[6]。孙建宁在《产品多意象造型进化设计》中[7]，首先利用网络文献等渠道收集了234款汽车的侧面图片。使用专家测评的方法选出45张图作为研究样本。利用曲线控制法将汽车轮廓进行参数化，定下27个坐标点。包括了4个绝对坐标点和23个相对坐标点。并利用软件将所有坐标数据进行统计汇总。最后将坐标输入数据库作为研究汽车造型知识的基础。使用关键点进行描述的优势在于点能通过坐标的方式进行描述，非常方便进行统计和处理。劣势在于使用关键点来描述汽车造型相对于线、面来讲显得不够直观，准确。

汽车设计作为一门交叉学科，艺术设计在其中占据着重要的地位，上述研究多站在自身学科角度来选择汽车造型描述手段，追求的是准确且易被计算机进行处理。其研究成果对艺术设计师来讲帮助不大（本观点在下一章节论证）。因此本文需站在艺术学科角度下来探讨汽车造型特征的描述方法，为今后汽车造型设计方法打下基础。

2 艺术设计学科下的汽车造型

本课题在艺术设计学科下来探讨汽车造型，因此在汽车描述手段的研究上会根据艺术设计师的理论知识与行为习惯来确定。汽车设计过程较为复杂，传统的正向设计过程包含了三大部分：外形设计、内室设计、色彩设计[8]。从艺术设计角度来看，汽车造型也分为三个板块：形态、色彩、材质。汽车正向设计涉及了几个基本的步骤[9]：（1）市场调研并制定市场计划的开发流程;（2）汽车总布置设计;（3）创意方案设计;（4）方案初审筛选;（5）建立汽车数字模型;（6）等比例缩小的模型制作;（7）等比例缩小模型的评审;（8）绘制全尺寸的效果图与胶带图;（9）全尺寸模型设计制作;（10）部件造型细节设计;（11）风洞实验;（12）设计项目冻结。在上述流程中，创意方案设计过程是汽车造型设计师所主导的过程。这一步骤在整个设计流程中位置靠前。在这一过程里，设计师能发挥自身的主观能动性，对汽车的造型结果起到重要的影响作用。在创意阶段开始的时候，一般会对汽车造型结果提出一种要求。在汽车生产中这个要求是由市场规律和企业相关部门共同制定的。汽车设计师会根据这些要求来对汽车造型进行创意发散，这个发散过程一般是从手绘稿开始。而在传统的手绘阶段，类似点云、贝塞尔曲线、几何特征建模等描述手段并不能被很好地用来表达创意，因为上述描述手段过于精确且数据化。而在传统的汽车设计方法之中，有一种根据轮胎尺寸比例来限定汽车形态的方法被较为广泛地运用，如图2所示。绘制不同种类汽车所参考的比例完全不同。这种比例可以作为设计师绘制汽车草图时的参考，这种参考可以帮助设计师抓住基本的车型比例，同时不会限制设计师的思维发散从而可以发挥设计师的主观能动性。本课题正是要寻找出一种类似的描述手段来给予设计师参考，而非通过造型描述手段来确定造型结果。

3 以热区图为汽车造型描述手段

形态作为造型的重要元素，具有重要的研究价值。点、线、面是形态最基本的组成元素。从几何学的角度来讲，点是两条线相交或相切的重复位置，点是没有面积只有位置。但是从视觉的角度来看，点同时具备位置、面积或体积。从造型师顺序的角度来讲，点的运动轨迹可以形成线，不重复的两个点之间可以连成线，线的扫描轨迹可以形成面，封闭的面形成体，所以点是视觉造型设计语言的出发点[10]。单独的点在不同的环境中会带给人完全不同的认知。比如在点处在平面的中心时，会给人稳定的感觉。如果点处在非中心的位置时，又呈现一种动态感和不稳定感[11]。当复数的点存在于一个空间里，随着点分布状态的不同，又会给人更多不同的体验（复数的点可以给人类似线、面、体的视觉体验）。同时从统计的角度来讲，点的分布密度可以通过热区的方式进行演示。热区图（或热点图）在统计网页点击数量和采集注意力热点图上有很多的研究。前者通过分析网页每一个板块的点击热度来进行版面的設计安排和验证设计成果。通常用低色温（如红、黄）来表示高点击量，用高色温（蓝、绿）来表示低点击量。后者通过眼动仪等技术手段来收集人们认知观察的热点。当人们在某个点上观察时间越多，则该区域色温越低，反之则色温越高。因此点在视觉中的应用非常的灵活，且容易被描述（点可以通过独立的坐标描述、点的分布可以通过热区的方式展现）。

因此使用以点形成的热区图来描述汽车造型有如下优势：

1）点本身在空间中的位置能很好地被描述和统计（通过坐标）。

2）通过复数的点可以轻松衍生出线或面，线被证明是可以高效地描述汽车造型知识，面则是能准确地展示汽车造型。

3）点与点之间可以形成有限的线段，但是通过点的分布可以形成面，而面与面之间可以形成无限种连线的方法。无限种的连线方式意味着可以很好地提供设计师发挥自身主观能动性的空间。

4）点形成的热区可以很好地展示点的密集程度，可以反映汽车造型的规律变化。

4 基于热区图的汽车造型方法展望

众多案例表明，使用造型语义作为切入角度来研究汽车造型是比较有效的手段。本章节将使用热区图为汽车造型描述手段，结合汽车造型语义的相关研究成果，来探讨可能的汽车造型方法的创新。艺术设计师在创意方案设计阶段一般以语义形容词来开始设计项目的推进，这里的语义形容词指的是汽车造型形容词。语义形容词的相关研究有几个不同的方向，针对汽车造型的主要有以下两种：朱毅在《汽车造型语义研究与设计流程构建》中提到了在汽车造型领域中造型语义是相对固定的，但是如果将所有形容词运用在汽车领域是不现实的，因此有必要进行筛选[12]。朱毅最终通过他的研究筛选出30个形容词以及他们的反义词作为研究汽车造型的关键词汇。苏建宁在他的研究中并未使用反义词作为语义形容词，在产品多意象造型进化设计》一文中，苏建宁在建立一套汽车造型评价系统过程中直接使用“流线”“豪华”“稳重”等形容词汇作为研究对象。在朱毅的研究成果中有一些形容词并常出现在艺术设计师对汽车造型的评论中。比如“友好”和“敌对”、“杰出”和“平凡”等。而后者选择的词汇则在汽车评论中较为常见。比如“大气”、“流线”、“豪华”等。本课题并不比较两者的优劣，而是单纯地从艺术设计人员的使用习惯角度出发，选择后者作为意象描述的方法。同时选择轴距在2700-2750mm区间的SUV侧面为研究对象。邀请5位拥有汽车设计经验的设计师来对样本进行评价，挑选出“商务”与“运动”两个组别的车型，来区分每款汽车的造型特点。实验结果显示有20款车型在商务感上表现较好，有17款车型在运动感上表现较好。其中重复的车型有9款。

选择七个点来对每款汽车的造型进行记录，七个点分别对应车侧面轮廓的转折点，分别计al、a2、a3、a4、a5、a6、a7。如图3所示。其中al、a2为车前脸在侧面轮廓的两端;a3为引擎盖与A柱在车侧面轮廓的交点;a4为A柱与车顶在侧面轮廓的交点;a5为C柱与车顶在侧面轮廓的交点;a6、a7为车后脸在侧面轮廓的两端。最后建立坐标系，将车后轮作为坐标系的原点，车头方向为X轴正方向。提取每一个点在该坐标系下的世界坐标数据将两组车型（商务组20款，运动组1 7款）上七个点的坐标散布在坐标系中，利用Execel自带的插件Powermap对数据进行处理。Powermap是一款可以支持用户绘制可视化的地理和时态数据的软件，可以很方便对Execel表格中的数据加以识别处理。得到如下热区图。

观察热区图发现，造型关键点在散布上呈现出了一定的规律，总结规律如下：

1）商务组在点的分布上较为分散，除了al点与a7点以外，其余五点都是向“红区”外侧进行延伸。

2）运动组在点的分布上较为集中，除了al点与a7点以外，其余五点都是向“红区”内侧进行延伸。

3）商务组在al，a2两个点上存在两组聚落。查询数据源可见，有5款车型al、a2两个点全部在内侧。

4）横向对比发现运动组所有七个点的“红区”相对于商务组都要低，在al、a4、a5、a7点尤为明显。

5）横向对比发现运动组a5点与a6点的距离相对于商务组要小。

该对比在一定程度上是符合人对车型的一般认知的，比如运动感较强的车在视觉上要显得有速度感，要更加“贴地”，给人“低风阻”的感觉;商务感较强的车则因为内室空间较大，外观显得外扩。对应的是总结出的第4条规律，运动组所有七个点的“红区”相对于商务组都要低。再比如运动感较强的车在溜背的处理上要更加紧经凑、与车顶的连接更加顺滑;商务感较强的车在溜背的处理上要更加挺拔，解决的是后车座车顶的空间问题。对应的是总结出的第5条规律，运动组a5点与a6要小。关于热区图展示的造型规律还可以进一步的挖掘。从目前的成果来看，通过热区图的方式来描述汽车造型的方法的确可以反应出一些造型规律。但如何通过热区图衍生出新的汽车造型方法需要进一步的探讨。但可以确定的是，热区图作为一种新的汽车造型描述手段可以增加对汽车造型方法的研究角度，特别是针对艺术设计学科下的汽车造型方法的研究。

5 结语

本文首先论述了几种主要的汽车造型描述手段，并分析每种描述手段的主要特点。发现已有的方法并不适合艺术设计学科下的设计师使用。其后从艺术设计特点与汽车设计流程的角度出发，发现需要探索出一种新的描述手段，来给予设计师“参考”而非决定汽车造型结果，以此来发挥设计9币的主观性。接下来从点的特征出发，提出可以以点形成的热区图的方式来描述汽车造型的设想。最后本课题尝试以热区图结合语义形容词的方式来描述汽车造型，取得一定成果。一方面热区图能给设计师汽车形态的比例关系（类似轮胎比例绘制法）;另一方面热区图还能反应汽车造型的规律，使得设计结果更为准确，证明了该描述手段具有一定的研究前景。本课题还有诸多不足之处和可以发展的地方，比如造型关键点的取得方法;热区图的制定标准;造型语义与热区图的映射方法;通过热区图进行汽车造型设计方法的有效性等问题都需要进一步的研究与论证。

参考文獻

[1] Zhao Jianghong， Wu Chao. Internet-based computer aided industrial design. ChinaMechanical Engineering， 1999， VoI.10（Supplement）： 53-54

[2]伍国俊，汽车造型设计中的节奏与韵律[J].装饰，2005，11：110 111.

[3]胡伟峰，陈黎，刘苏，赵江洪，汽车品牌造型基因提取及可视化研究[J]，机械设计与研究，2011，02：65-68+79.

[4]钟婷婷，基于特征的车身典型复杂曲面点云数据的分割吲，吉林大学，2015.

[5]高三德，周济，张新访，邬睛辉，付勇智，马仙源，基于特征的车身几何建模与汽车总布置设计系统的研究[J]，交通与计算机，1995，02：4-9.

[6]陈鸿源，张育铭，汽车轮廓形态特征关系之研究[J]，设计学报（台湾），2004 （2）：87 105.

[7]苏建宁，张秦玮，吴江华，刘芸，产品多意象造型进化设计[J]，计算机集成制造系统，2014，11：2675 2682.

[8]刘振玲，朱志冬，汽车造型设计流程概述[A]，河南省汽车工程学会，第九届河南省汽车工程技术研讨会论文集[C]，河南省汽车工程学会，2012：3.

[9]赵丹华，汽车造型的设计意图和认知解释[D]，湖南大学，2013.

[10]黄卢健著，平面构成[M].广西：美术出版社，2003.

[11]王冠，田平.点张面抽象符号在视觉艺术设计中的应用——浅议形式语言的秩序感[J].家具与室内装饰，2012，04：44-45.

[12]朱毅，汽车造型语义研究与设计流程构建[D]，湖南大学，2009.