產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計中的認(rèn)知耦合度評價指標(biāo)體系構(gòu)建研究

摘要：文章以認(rèn)知耦合理論為視角，建立科學(xué)合理的產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計中的認(rèn)知耦合度評價指標(biāo)體系，以客觀真實地量化產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計中的認(rèn)知耦合問題。結(jié)合認(rèn)知耦合的理論背景，闡述認(rèn)知耦合度評價在產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計中的意義。通過文獻(xiàn)研究法、歸納法，總結(jié)現(xiàn)有認(rèn)知耦合分類，并從心理空間認(rèn)知耦合、交互空間認(rèn)知耦合、表征空間認(rèn)知耦合這三個維度對產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計進(jìn)行分類，并作為一級指標(biāo)，針對不同的分類歸納相應(yīng)的二級指標(biāo)，其中心理空間包含保真度與復(fù)雜度，交互空間包含平衡性與一致性，表征空間包含凸顯度、簡潔性、傳承度、相似度與審美性，從而構(gòu)建評價指標(biāo)體系。在收集評分?jǐn)?shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用層次分析法計算出各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，并通過最大特征根和一致性指標(biāo)對其進(jìn)行一致性檢驗，形成了評價指標(biāo)體系。文章總結(jié)了產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計中的認(rèn)知耦合度評價指標(biāo)體系，填補了現(xiàn)有研究的空缺，能夠為其他學(xué)者進(jìn)行認(rèn)知耦合度評價提供參考。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知耦合度；產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計；評價指標(biāo)體系；層次分析法

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2023）09-0-03

0 引言

隨著全新消費時代的到來，消費者的需求發(fā)生了變化。人們不再滿足于基本功能，而是更加關(guān)注使用產(chǎn)品時的情感需求。產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計過程中，存在認(rèn)知耦合的模糊性，導(dǎo)致設(shè)計師無法準(zhǔn)確地將產(chǎn)品的內(nèi)涵情感傳遞給用戶。因此，如何更好地將內(nèi)涵情感等相關(guān)信息準(zhǔn)確地傳遞給用戶，成為設(shè)計師主要思考的問題。

認(rèn)知耦合是指用戶的認(rèn)知特征與外在系統(tǒng)相應(yīng)的認(rèn)知特征之間的關(guān)系。用戶基于自身經(jīng)驗，通過聯(lián)想與設(shè)計的產(chǎn)品形態(tài)進(jìn)行認(rèn)知交互，達(dá)到交互穩(wěn)定時即滿足了用戶的需求［1］，達(dá)到這種狀態(tài)的程度即認(rèn)知耦合度。如今，設(shè)計人員往往根據(jù)直覺評價產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計中的認(rèn)知耦合度，具有偶然性。須將其轉(zhuǎn)化為更科學(xué)客觀的定量評價，以科學(xué)地指導(dǎo)設(shè)計。

1 認(rèn)知耦合與產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計

認(rèn)知耦合是克拉克基于擴(kuò)展認(rèn)知理論提出的概念［2］。用戶在驅(qū)動認(rèn)知過程中發(fā)揮正確的作用時認(rèn)為其認(rèn)知發(fā)生了擴(kuò)展［3］，而當(dāng)認(rèn)知擴(kuò)展過程中用戶的認(rèn)知特征與系統(tǒng)相應(yīng)的認(rèn)知特征之間形成穩(wěn)定的動態(tài)平衡時，則形成認(rèn)知耦合。斯蒂格［4］等在2013年提出交互認(rèn)知框架，任小帆［5］48-50在此基礎(chǔ)上進(jìn)行總結(jié)，提出交互認(rèn)知耦合模型。心理空間中影響認(rèn)知耦合強(qiáng)度的要素為用戶的認(rèn)知特征與認(rèn)知活動，交互空間中為用戶與外在系統(tǒng)的交互要素與交互行為，表征空間中為可調(diào)節(jié)的視覺要素，計算空間中主要為用戶與外在系統(tǒng)組成的交互系統(tǒng)［5］56-57。

產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計是設(shè)計師將情感滲透進(jìn)產(chǎn)品中，以此塑造產(chǎn)品形態(tài)的重要方法之一［6］。因此，基于認(rèn)知耦合的產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計即在設(shè)計產(chǎn)品的過程中從用戶與外在系統(tǒng)這兩方面綜合考慮，通過產(chǎn)品這項媒介實現(xiàn)用戶對產(chǎn)品形態(tài)的認(rèn)知與用戶對生物特征認(rèn)知的耦合，達(dá)到用戶對產(chǎn)品的期待。

2 產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計中的認(rèn)知耦合度評價

認(rèn)知耦合度反映了用戶認(rèn)知特征與外在系統(tǒng)認(rèn)知特征的感知交互狀態(tài)的程度，認(rèn)知耦合度評價本質(zhì)上是將用戶認(rèn)知特征與外在系統(tǒng)認(rèn)知特征進(jìn)行量化匹配的評價結(jié)果。本文通過歸類總結(jié)分析產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計的認(rèn)知耦合度一級與二級評價指標(biāo)、計算評價指標(biāo)權(quán)重的系數(shù)，建立產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計中的認(rèn)知耦合度評價指標(biāo)體系。

3 產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計中的認(rèn)知耦合度評價指標(biāo)確立

3.1 一級評價指標(biāo)選取

認(rèn)知耦合程度的量化評價，可有效提升用戶與外在系統(tǒng)的信息認(rèn)知匹配程度，方便設(shè)計師尋找賦予產(chǎn)品情感的途徑，實現(xiàn)產(chǎn)品與用戶的情感共鳴。認(rèn)知耦合屬于用戶認(rèn)知特征與外在系統(tǒng)認(rèn)知特征進(jìn)行認(rèn)知交互的產(chǎn)物，該過程屬于復(fù)雜的認(rèn)知活動，即內(nèi)部心理空間與外部環(huán)境的認(rèn)知活動［7］。羅仕鑒等［8］通常以綜合和動態(tài)的方式組合處理來自內(nèi)部和外部表示的信息。

本研究綜合分析現(xiàn)有的研究成果，根據(jù)認(rèn)知契合性、系統(tǒng)性、功能性、數(shù)據(jù)易取性的原則選取各級指標(biāo)。認(rèn)知契合性指評價指標(biāo)應(yīng)與用戶的認(rèn)知特征密切相關(guān)，系統(tǒng)性指評價指標(biāo)應(yīng)能較全面地反映被評價對象系統(tǒng)的整體性能和特征，功能性指評價指標(biāo)的可觀測性及觀測成本的問題，數(shù)據(jù)易取性即指標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取和計算過程應(yīng)相對容易。

本文整理和歸納了國內(nèi)基于認(rèn)知耦合的產(chǎn)品設(shè)計評價研究中較為成熟的指標(biāo)體系。劉曉梅等［9］提出形態(tài)耦合、結(jié)構(gòu)耦合、材料耦合、行為耦合、特性耦合，張阿維等［10］提出物理特征認(rèn)知耦合、心理特征認(rèn)知耦合，蘇建寧等［11］提出復(fù)合意象認(rèn)知耦合，陸冀寧等［12］提出造型意象認(rèn)知耦合，任小帆［5］56-57提出心理空間認(rèn)知耦合、表征空間認(rèn)知耦合，朱赫［13］提出形態(tài)認(rèn)知耦合、意象認(rèn)知耦合，許永生等［14］提出生物美感認(rèn)知耦合、實用功能認(rèn)知耦合、象征語意認(rèn)知耦合，賀改梅等［15］提出造型認(rèn)知耦合、語意認(rèn)知耦合，張有為等［16］提出造型美感耦合度、結(jié)構(gòu)功能耦合度、象征語義耦合度。

發(fā)現(xiàn)一級指標(biāo)中象征語意耦合、語意耦合等均隸屬于心理空間認(rèn)知耦合，結(jié)構(gòu)耦合、實用功能耦合等均隸屬于交互空間認(rèn)知耦合，形態(tài)耦合、生物美感耦合等均隸屬于表征空間認(rèn)知耦合?；诖?，本文選擇心理空間認(rèn)知耦合、交互空間認(rèn)知耦合與表征空間認(rèn)知耦合作為該評價指標(biāo)體系的一級指標(biāo)，分別記為B1、B2、B3。

3.2 二級評價指標(biāo)選取

選取各一級指標(biāo)下的二級評價指標(biāo)。

3.2.1 心理空間認(rèn)知耦合

在認(rèn)知形態(tài)仿生設(shè)計的產(chǎn)品時，用戶會通過視覺感受器觀察產(chǎn)品外部特征，生成其主要外部特征的感受，并與意象相互匹配，生成認(rèn)知意象。反映產(chǎn)品外部特征中最核心生物特征屬性的認(rèn)知意象，即核心意象。由多個認(rèn)知意象形成的認(rèn)知意象組則為多重意象。當(dāng)用戶能優(yōu)先識別出產(chǎn)品的核心意象時，會聯(lián)想溯源至對應(yīng)的生物原型，從而形成精確的認(rèn)知匹配，即認(rèn)知的保真度；而當(dāng)用戶能準(zhǔn)確識別多重意象時，則會對產(chǎn)品建立更立體的情感，產(chǎn)生強(qiáng)烈的情感共鳴，即認(rèn)知的復(fù)雜度。

綜上，本文將保真度與復(fù)雜度定為心理空間認(rèn)知耦合維度的二級指標(biāo)，分別記為C1、C2。

3.2.2 交互空間認(rèn)知耦合

用戶在認(rèn)知事物時，不僅通過產(chǎn)品形態(tài)的視覺要素感知信息，而且通過產(chǎn)品的交互行為與產(chǎn)品互動，并與記憶中仿生生物行為或結(jié)構(gòu)關(guān)系匹配，此類形成感知的過程即交互認(rèn)知。設(shè)計師在設(shè)計過程中應(yīng)保持產(chǎn)品的交互行為與用戶對與其對應(yīng)的仿生生物的行為或結(jié)構(gòu)關(guān)系認(rèn)知一致，促使用戶形成認(rèn)知匹配，即認(rèn)知的一致性；同時，在形態(tài)仿生設(shè)計中，產(chǎn)品的功能由產(chǎn)品本身功能及仿生生物的行為或構(gòu)造結(jié)構(gòu)決定，產(chǎn)品的形式由產(chǎn)品自身結(jié)構(gòu)及其所借鑒的仿生生物形態(tài)特征決定。設(shè)計師應(yīng)當(dāng)在設(shè)計中實現(xiàn)兩者的平衡取舍，在保證產(chǎn)品適用性的同時充分傳達(dá)產(chǎn)品的內(nèi)涵特征，即認(rèn)知的平衡性。

綜上，本文將平衡性與一致性定為交互空間認(rèn)知耦合維度的二級指標(biāo)，分別記為C3、C4。

3.2.3 表征空間認(rèn)知耦合

（1）用戶在認(rèn)知事物時，一般會重點關(guān)注事物的主要特征，即事物的核心特征，而較少關(guān)注其次要特征區(qū)域。設(shè)計師在設(shè)計產(chǎn)品時要讓產(chǎn)品形態(tài)中仿生生物核心特征的區(qū)域在整體形態(tài)中處于更易感知的狀態(tài)，以降低用戶的識別難度，即核心特征的凸顯性。

（2）為使用戶高效識別生物特征信息，理解產(chǎn)品內(nèi)涵，在產(chǎn)品形態(tài)仿生過程應(yīng)提取一定數(shù)目的生物特征并應(yīng)用于產(chǎn)品形態(tài)的主要區(qū)域，以此達(dá)到吸引用戶注意的目的，避免因特征過多干擾用戶識別，即產(chǎn)品形態(tài)的簡潔性。

（3）在認(rèn)知事物的過程中，用戶會憑借感受到的事物獨有的特征，在認(rèn)知系統(tǒng)中匹配事物原型，從而達(dá)到認(rèn)知事物的目的。當(dāng)再次遇到相似的刺激時，依然能夠憑借認(rèn)知系統(tǒng)識別客觀事物。產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計中通過產(chǎn)品形態(tài)對生物特征的繼承提取，轉(zhuǎn)譯為用戶可認(rèn)知的設(shè)計語言，即形態(tài)特征的傳承度。

（4）自然界的事物擁有獨特的美學(xué)特征，通過仿生設(shè)計，保持仿生生物原有的美學(xué)特征，即視覺要素的審美性，以保證產(chǎn)品形態(tài)符合用戶的審美。

（5）生物的形態(tài)是生物生命內(nèi)涵信息的表征載體，生物生命的內(nèi)涵信息通過仿生設(shè)計與產(chǎn)品形態(tài)中的視覺要素匹配，即視覺要素的相似性。

綜上，本文將凸顯性、簡潔性、傳承度、審美性與相似性定為表征空間認(rèn)知耦合維度的二級指標(biāo)，分別記為C5、C6、C7、C8、C9。

4 產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計中的認(rèn)知耦合度評價指標(biāo)的權(quán)重確立

4.1 指標(biāo)權(quán)重計算

指標(biāo)權(quán)重系數(shù)指各指標(biāo)對評價結(jié)果的影響程度［17］，所有評價指標(biāo)權(quán)重的系數(shù)和為1。任英麗等［18］采用層次分析法排序評價指標(biāo)權(quán)重的系數(shù)大小。不同指標(biāo)對產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計中的認(rèn)知耦合度評價的影響程度不一致，須確定其影響程度大小，計算各項權(quán)重，合理評價。

本研究采用層次分析法，邀請5位相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍Ω骷壷笜?biāo)的兩兩相對重要性進(jìn)行評價，借助Yaahp軟件處理數(shù)據(jù)，確定最終指標(biāo)權(quán)重［19］123-124。其中一級指標(biāo)B1為0.32，B2為0.29，B3為0.39；二級指標(biāo)C1為0.11，C2為0.19，C3為0.09，C4為0.18，C5為0.08，C6為0.10，C7為0.10，C8為0.09，C9為0.06。

綜合來看，表征空間認(rèn)知耦合權(quán)重較高，交互空間認(rèn)知耦合權(quán)重較低。說明用戶對產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計的認(rèn)知著重在視覺感受，其次是心理意象。二級指標(biāo)中，保真度和一致性權(quán)重較高，凸顯性和相似性的權(quán)重相對較低。說明保真度和一致性較為重要，專家更加關(guān)注產(chǎn)品與生物核心意象的匹配及產(chǎn)品交互行為與生物的匹配。

4.2 一致性檢驗

對判斷矩陣采用一致性檢驗。求出各矩陣的最大特征根λmax和一致性，指標(biāo)CI=（λmax-n）/（n-1），一致性比率CR=CI/RI，λmax小于0.1即為通過一致性檢驗［19］124-126。由此，確立評價指標(biāo)體系。結(jié)果顯示λmax均小于0.1。

5 結(jié)語

本文從認(rèn)知耦合理論入手，研究了產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計的認(rèn)知耦合度評價指標(biāo)體系。通過系統(tǒng)梳理現(xiàn)有理論和實踐研究，結(jié)合層次分析法，得到了產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計中的認(rèn)知耦合度評價指標(biāo)體系，包括心理空間認(rèn)知耦合、交互空間認(rèn)知耦合、表征空間認(rèn)知耦合3個維度9項指標(biāo)及其權(quán)重，量化認(rèn)知耦合度。根據(jù)評價指標(biāo)體系，現(xiàn)階段產(chǎn)品形態(tài)仿生設(shè)計中的認(rèn)知耦合度受到用戶的心理感受與交互認(rèn)知影響，尤其是心理認(rèn)知的復(fù)雜度、交互認(rèn)知的一致性、心理認(rèn)知的保真度。本研究也存在不足，各級指標(biāo)的選取具有一定的主觀色彩，且部分指標(biāo)數(shù)據(jù)的可獲得性需重新考究，后續(xù)研究將進(jìn)一步細(xì)化和完善。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 羅仕鑒，朱上上.用戶和設(shè)計師的產(chǎn)品造型感知意象［J］.機(jī)械工程學(xué)報，2005（10）：28-34.

［2］ 克拉克，查爾默斯.擴(kuò)展思維［J］.分析，1998，58（1）：7-19.

［3］ 科倫坡，歐文，斯臺普爾頓M.安迪克拉克和他的批評者［M］.牛津：牛津大學(xué)出版社，2019：123-125.

［4］ 斯蒂格，帕森斯.基于視覺表征的復(fù)雜認(rèn)知活動交互設(shè)計：一種基于模式的方法［J］.人機(jī)交互學(xué)報，2013，5（2）：84-133.

［5］ 任小帆.大數(shù)據(jù)可視化交互模式構(gòu)建方法與設(shè)計［D］.南京：東南大學(xué)，2019：48-50，56-57.

［6］ 孫寧娜.仿生設(shè)計［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2014：5-6.

［7］ 斯蒂格，帕森斯.以人為本的可視化手冊［M］.紐約：斯普林格出版社，2014：693-715.

［8］ 德瓦勒M.管理風(fēng)格與決策輔助設(shè)計［J］.歐米茄，1978，6（1）：5-13.

［9］ 劉曉敏，王建輝，李嬌蓉，等.基于生物原型的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計［J］.中國工程機(jī)械學(xué)報，2017，15（6）：504-512.

［10］ 張阿維，高小針，陳彥蒿，等.基于認(rèn)知耦合的產(chǎn)品造型仿生設(shè)計研究［J］.機(jī)械設(shè)計，2018，35（6）：120-124.

［11］ 蘇建寧，陳彥蒿，景楠，等.產(chǎn)品意象造型設(shè)計中的耦合特性研究［J］.機(jī)械設(shè)計，2017，34（1）：105-109.

［12］ 陸冀寧，徐伯初，支錦亦，等.高速列車頭型的意象仿生設(shè)計［J］.機(jī)械設(shè)計，2017，34（9）：106-110.

［13］ 朱赫.基于認(rèn)知耦合的產(chǎn)品意象形態(tài)仿生進(jìn)化設(shè)計方法［D］.蘭州：蘭州理工大學(xué)，2018.

［14］ 許永生，李麗麗，王超，等.耦合仿生在產(chǎn)品造型設(shè)計中的應(yīng)用研究［J］.機(jī)械設(shè)計，2019，36（8）：140-144.

［15］ 賀改梅，王時英.基于認(rèn)知耦合的加濕器設(shè)計［J］.包裝工程，2021，42（10）：157-162，185.

［16］ 張有為，孫虎.基于形態(tài)仿生的海上溢油回收裝置設(shè)計與評估［J］.圖學(xué)學(xué)報，2022，43（5）：927-935.

［17］ 潘萍，楊隨先.產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計評價體系與評價方法［J］.機(jī)械設(shè)計與研究，2013，29（5）：37-41.

［18］ 任英麗，王子躍.產(chǎn)品意象仿生設(shè)計中的耦合邏輯研究［J］.機(jī)械設(shè)計，2019，36（8）：130-134.

［19］ 張曉宇，薛翔，朱慶華，等.移動政務(wù)服務(wù)App適老化設(shè)計的評價指標(biāo)體系構(gòu)建及實證研究［J］.情報資料工作，2023，44（2）：124-126.

作者簡介：陳榕（1998—），男，江西贛州人，碩士在讀，研究方向：認(rèn)知耦合。