色彩設計的通用知識與特別知識結合的一種方法

色彩設計的通用知識與特別知識結合的一種方法

顏色設計領域存在著獨特的復雜性，其中經驗、創(chuàng)造性和設計規(guī)則相互作用。色彩設計領域的知識模型非常不完整。為了充分利用人們在產品上色度設計中積累的豐富經驗知識，有必要進一步研究和研究系統(tǒng)結構、知識組織、設計修改和知識收集。設計知識一是關于明確設計要求,尋找設計優(yōu)化解決方案的知識;二是原有的滿足一定設計要求的設計方案所代表的實例知識。Hua等將上述2類知識稱為領域知識和設計知識。在國內外已有的對基于知識的設計系統(tǒng)研究中,將如何組織和使用上述2種知識闡述為通用知識與針對特例的知識之間的協(xié)調問題。事實上兩者之間的關系,以及如何將兩者結合在設計知識體系中加以應用,仍然存在需要研究的問題。1產品設計的知識產品色彩設計工作是繼承性和創(chuàng)造性的辯證結合。在這個過程中,設計者根據一定的邏輯模型和規(guī)則進行分析和做出決定,并參考已有的設計方案和思路,根據具體設計要求進行適當?shù)男薷?。為了明確對設計要求的定義,設計者通常會遵循一定的工作過程,逐步考慮有關色彩設計方案的限制條件和設計原則等約束。在此之后,設計者通常會面臨2種選擇:①根據設計要求,從原有的滿足類似要求的設計中選擇一個原型,然后根據當前的設計要求,逐步對這個原型進行修改;②遵循一定的設計原則,在設計要求的限制下,創(chuàng)建全新的設計方案。設計過程被描述為多約束空間中求最優(yōu)化解的過程。圖1描述了設計領域知識和實例知識在設計求解過程中的地位和關系。在設計的解空間中,設計約束條件Ri將解空間劃分為2個互斥的區(qū)域,滿足條件Ri的解空間區(qū)域的并集構成了設計的可行解空間。在實際的設計條件下,設計的約束條件不會被簡化為線性的描述,并且在各設計約束條件間存在非線性的關聯(lián)關系。從不同的設計初始條件開始,可以經過不同的求解過程得到最終的設計可行解空間。這里就包含了設計過程方面的知識。此外,在設計的解空間中,存在一些孤立的已知解。在這些解周圍存在一個臨域,這個臨域中包含對已知解進行局部修改的知識。產品設計的領域知識很難用確定明晰的規(guī)則加以描述,使得定義上述模型的工作變得十分復雜。為了簡化設計知識的建模工作,將上述的設計加以分化,就形成了設計領域知識和設計實例知識2個部分,然后可以根據其特點分別處理。2色彩設計方法Pu等將設計的通用知識描述為設計原型或設計規(guī)則,并發(fā)展了采用設計知識模板的創(chuàng)成式設計方法和利用語義網絡的推理設計方法。另一方面,Domeshek等則注重于設計特例及其中包含的設計知識的組織和使用,并且在設計實例的查詢、修改和解釋算法等方面開展了大量的工作。根據對色彩設計知識模型的分析,我們考慮采用對領域通用知識和實例知識分別進行組織和管理的解決方法,來實現(xiàn)綜合利用色彩設計知識的目的。領域通用知識包含了進行產品色彩設計工作時通常采用的工作步驟,每一步工作所面臨的選擇,以及在進行選擇時需要考慮的原則。這些知識被設計過程控制模塊處理之后,通過用戶界面管理機制,用來指導設計者逐步地確定設計需求的各個約束條件。設計實例包含的具體知識記錄了曾經采用的各種色彩設計方案,這些方案對設計需求的各種約束條件的匹配情況,以及對這些方案所達到的效果的評價。設計者認為已經明確了已知的設計約束條件后,可以使用搜索工具,尋找與確定的設計約束條件相匹配的設計實例。設計者對該系統(tǒng)的使用可以采取2種形式:①根據領域通用知識形成對設計需求的描述,然后在領域通用知識提供的設計原則指導下進行創(chuàng)新設計;②在形成對設計需求的描述之后,不是直接創(chuàng)成全新的設計方案,而是通過搜索設計實例知識庫,尋找從前在類似的設計需求環(huán)境下完成的設計方案,并加以適當?shù)男薷?。系統(tǒng)通過向用戶提出問題,將色彩設計工作中應遵循的一般原則和方法以建議的形式提供給用戶,并且提供可用作參考的已有設計方案,幫助用戶對已有方案進行修改,最終形成完整的設計方案。形成的新設計方案可以存入實例知識庫,供后續(xù)設計參考(見圖2)。由于色彩設計工作中包含了設計師大量的創(chuàng)造性工作,以現(xiàn)在的技術水平難以提供自動的設計評價工具,色彩設計系統(tǒng)中的方案評價工作是采用人工手段完成的。其實現(xiàn)采用如下2種方式:①生成產品的色彩渲染效果圖,用于專家對設計方案的評價;②要求專家給設計方案對需求的滿足程度量化評分,綜合成為方案評價。3主體色彩、主色調和面飾工藝設計色彩在產品設計中的使用目的,是為了滿足產品的結構、人機工程和美學要求。這些要求構成了產品色彩設計的效果空間。對色彩設計方案的評價也是以能否滿足在效果空間中的要求為標準的。根據上述的考慮,通常在色彩設計過程中采用整體配色的方法。下面是一個簡化的色彩設計流程:①確定主體色彩的配色數(shù);②給出設計的限制條件,如用途、市場和產品類型等;③確定主體色彩和配色;④以主體色彩為條件確定輔助部件的色彩;⑤由產品各部件的功能來確定色彩的分布;⑥安排商標銘牌等附件。色彩設計主要遵循下述基本原則:①重視主色調的選擇;②符合基本美學法則;③符合產品的功能和結構特點;④利用材料的質感和面飾工藝;⑤滿足宜人性要求,符合色彩的時代和地域喜好。4設計過程控制模塊的設計式中,S為設計步驟,即在逐步進行設計工作時需要完成的每一個決定;A為設計選擇,是在每一個設計步驟中可以進行的選擇;R為設計原則即設計者進行選擇時需要考慮和遵循的基本判斷準則。Pu等采用設計知識模板的創(chuàng)成式設計方法中,設計步驟和設計選擇被表達為靜態(tài)的、層次的設計方案分類樹狀結構。在整個層次樹的每一層,用戶針對一個設計約束條件進行選擇。每一個選擇節(jié)點都映射到設計方案知識庫中的一定實例。這種方法的優(yōu)點在于設計規(guī)則知識的表達簡單直觀,易于收集整理,實例搜索算法簡單可靠;缺點在于回避了設計規(guī)則知識的非線性結構,限制了設計者進行自由設計工作的可能性,無法滿足在某些設計過程中設計步驟之間局部次序和層次的調整要求。可以考慮將設計步驟S和設計選擇A定義為一個屬性對(S,A)=(F,PL,BL)式中,F為設計步驟和選擇的實際功能;PL為允許用戶采取該設計步驟和選擇的前趨必需的設計步驟和選擇列表;BL為禁止用戶采取該設計步驟和選擇的前趨可能的設計步驟和選擇列表。構成一個設計步驟和選擇之間的語義網絡關系,該網狀關系可以用有向圖表示。在節(jié)點之間的關系上,可以附加權值屬性,表達這種關系的強弱程度,更進一步地細致描述設計規(guī)則之間的非線性關系。通過查詢操作,確定用戶在當前設計環(huán)境下可以進行的設計步驟和采取的選擇。該查詢操作可以被簡化地描述為從上述的網狀結構中選擇滿足一定條件的節(jié)點。圖3對比了樹狀結構和網狀結構的區(qū)別。圖中虛線箭頭表示禁止前趨;實線箭頭表示使能前趨。在廣義的網狀結構中,設計過程中的各個步驟不再像樹狀結構中那樣有固定的層次,而是可以存在如圖中右例a4指向a1的禁止關系和b4指向b2的使能關系。這樣,就可以支持用戶從多個入口開始設計工作,并通過多變的設計過程完成設計任務。而不是被樹狀結構限制在固定的入口,通過固定的步驟來進行設計。在用戶進行選擇時,會遵循通用的原則,即設計原則R。這些原則針對具體的設計步驟,存在(S,R)的關系。在系統(tǒng)中,由設計過程控制模塊根據設計者當前面臨的設計步驟,通過查詢記錄(S,R)關系的知識庫獲得。設計原則R以文字條目的形式出現(xiàn),在設計過程中的使用是建議性的。5設計需求描述設計實例知識包含的內容,是原有的各種色彩設計方案,以及方案的修改方法。實例知識可以被分為復雜實例知識(包括設計實例的描述和對設計實例形成歷史的說明)和簡單實例知識(僅包括設計實例的描述)。在本文采用簡單設計實例。設計方案的內容組成可以概括為DC=(C,D,I)式中,DC為設計實例;C為配色與色彩布局方案的描述,包括配色組成中各種色彩的定義數(shù)據,色彩在使用中的專門用途,色彩布局和使用比例;D為對該方案特點的介紹、評價和描述,以文字的形式存在;I為針對上一節(jié)產生的設計需求約束進行查詢的匹配關鍵字,具體的形式可以是規(guī)則知識庫中的(S,A)對的主鍵。設計者在設計知識庫的幫助下完成的設計需求描述,是由知識規(guī)則庫中的(S,A)對來描述的。利用上述I中的(S,A)對,就可以建立設計需求描述同設計實例知識之間的映射關系。但在這一步驟中仍然存在著一個關鍵問題沒有解決,就是上述的映射關系是一個不完全的、模糊的映射關系,即設計需求描述同I中的(S,A)對存在不完全一致的情況。模糊查詢算法是基于實例的設計系統(tǒng)的一個核心問題,更為完善的查詢算法還需要在基于實例的推理理論方面做深入的研究。設計方案的修改,從較低的層次來觀察,包括的操作為配色組成中色彩的改變和色彩布局的調整;在較高的層次上,則表現(xiàn)為根據色彩設計需求和對已有方案的評價,按照一定