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草图在汽车造型概念设计中的作用

摘要：本文旨在研究草图在汽车造型设计中的作用。之前的研究已经表明，草图在设计的早期阶段发挥着重要作用。一个基于中间表示和心理表征的定义将使我们能够更好的理解草图是如何产生的。由此提出了两个截然不同的实验:面向40位专业汽车设计师的一系列面试和一个对于六个初级汽车设计师的方案研究。对比研究表明，两个主要阶段出现在特定的汽车设计过程，包括“常规”和“非日常”活动与外部的灵感来源。

1 引言

在过去的十年中，一个传统工具向数字工具的转变发生在工程设计上:传统模型往往被数字模型所取代。CAD工具也已经被证明在具体化细节化的设计阶段是有用的。它们使伴随着增强了性能的快速开发成为可能。在传统的设计过程中，或多或少的结构化的图形信息是由设计师所产生。而CAD则相当于传统生产中的高级结构化的图形表示方式，比如平面图或截面图。就草图而言，我们可以发现在传统的过程中有更加非结构化的与创造力和创新的设计有关的形式。现在设计师们更喜欢在概念设计的早期阶段使用传统草图法，因为他们能够满足自己的自然和直觉的需要在他们的设计过程中。草图省力的的特点，使设计人员更多地集中在概念设计创意的一面。与草图活动相关的新数字工具依然可以保持这些特性。在开发的早期阶段，新的数字工具的集成是最关键的，因为形态和空间体量等属性会在这个阶段被赋予到该产品上。据推测，在设计过程中，任务澄清或结构设计等早期阶段将对未来产品的开发成本有极大的影响。

在接下来的论文中的主要假设是，一个关于设计师认知活动的研究可以有助于更合适的数字设计工具的开发，旨在支持设计阶段的早期阶段，如任务澄清和概念设计。因此需要一项着重于传统工具（如草图）的作用和具体效果的调查。

本文提出了两种不同的实验:一项基于一系列对于40名专业设计师面试的调查和一个对于六个初级设计师(学生)在特定环境下的汽车设计过程的研究调查。汽车设计对于我们来说似乎是一个具有特殊应用的领域，因为它根据一个非常复杂而正规的关于中间表示和外部表征的程序而进行。

2 理论背景：概念设计及其表现

在设计活动中，设计师的目的是改变他们的环境。通过对结果的观察和解释，如果这个环境需要改变他们就会做出决议。他们的概念可能会因为他们在曾经所做过的事情中所观察到的而改变(Gero，2002)。设计活动是设计师同时通过独特和共同的方式产生解决方案的一个过程。新解决方案的生成是基于各种中介的解释和同化。直到最近，除了珀塞尔和Gero的研究(珀塞尔和Gero，1998)，很少有人注意到这类表征在概念设计的功能。几年前，他们提出的一个综述性论文成为了一个重要的起点。论文的目的是通过审查工作记忆、图像重新解释和心理综合等几个方面，来检验他们对设计研究尤其是设计草图的含义。论文中许多来自该领域研究者的相关观点都有所强调，如Gross， Goldschmidt， Goel， Schouml;n 和 Wiggins， Suwa 和 Tversky， Finke， Katz 等人(Purcell and Gero， 1998).经过探讨表明，图画，与再解读或观察和绘画的新方法的出现相联系着，并且再解读又触发了其他相关知识的联想，并由此能够得出进一步的推论。通过图画，知识积累可以被感知并与由图画所呈现的设计的物理属性相关联。另一个问题是与工作记忆有关。图画在设计中扮演的角色可以被理解为把设计过程当做一个需要读取长期记忆内不同类型的知识，涉及思维、意向、图画和再解读并依次进行的活动，其中再解读与知觉的模糊图像和精神的形态综合相关联。最后，该论文的作者们认为解决设计问题应该做出分解，包括不同类型的推理论证，宏观上的顺序处理以及外部存储工具的使用。

Rouml;mer 等人的另一项研究旨在表明草图作为外部援助的优势以及除了制作模型之外CAD增加的用途。设计师们认为外部表征不仅作为外部信息的存储介质，同时也是一个对于示范性解决方案的形成，测试和沟通来说重要的外部辅助工具，这项研究特别强调设计中使用的外部表征的横向的特定的功能。沟通的功能被认定为所有类型的外部表征的一个横向的主要的功能。而草图的特殊功能与解决方案的发展以及记忆的支持，解决方案的模型，用于测试解决方案的CAD和用于检核需求的综合模型都有关。

为了掌握在草图阶段中传统工具对设计师具有吸引力的原因，首先要研究概念设计阶段的具体表现形式。陈述概念的一个主要问题是它们的性质。事实上，中间表示可以是内部的或外部的。设计者必须将自己的内在心理表征转化为外部的表征，才能被他人分享、理解和使用。我们将中间表示作为一个精神或物质上的从开始到最终产品的设计过程中都被使用的方法。

2.1 概念设计的内部表征 心理表征可以被定义为在给定的情况下创建的偶发结构，以满足当前任务的要求（Richard，1983）。他们不同于构建一个对于当前缺失的对象的唤醒机制，或借助于其他图像来加倍对于眼前对象的感觉的方式（Piaget，1948）。在设计活动中使用的心理表征是一脉相承的，并链接到特定的目标。这种方式下，它们是一时性的和进化性的：它们会随着形势演变而发生改变。它们快速易得并能提供一个可操作的存储空间，如设计师为了探讨情境而阐述的内部模型（Falzon，1969）。在这些表征中，象征符号维持在模型的内部（Norman，1991）。根据引述自Gero（2002）的概念的“情境性”，这个内部模型是一个基于情境数据的分析和对记忆知识的唤醒的设计结果。Ochanine (2001)引入的有效图像的概念通过同时引入理解，唤醒和可操作性明确了表征的概念：充分反映了一个物体主要特点同时适于人为干预的图像。联系到设计上，当不确定性逐渐减少，得益于可以学习的解读过程的应用（一个符合预期的表征的建立），源于简要处理方式的初始表征会逐步形成，并最终通过知识引导（知识由长期记忆向工作记忆的激活和转化）而作为形成表征。一个设计问题的特征在于伴随众多的解决方案和不完整的数据之下的问题和解决方案的同步构建。设计师逐渐构建了这个问题/解决方案的空间的独特表征。通过这种方式， Schouml;n 和Wiggins (1992) 将设计定义为一场材料和设计师之间的，材料得以被鉴赏的对话，作为鉴赏的结果，设计过程中设计程序的目标将因此发生改变。结果将在任何情况下都是独创，特别并且不同于那些已经由同一领域的不同专家小组所产生的，即使他们在相同的约束条件下（bisseret et al.，1988；Carrol and Moran，1991）。

2.2概念设计中的早期外部表征： 图形草图的完成可以确定一个意象并在空间上给予其物质属性，并由此逐渐接近于生产空间。在涉及不同技能的团队合作的背景下，无论团队成员拥有什么学术背景和专长，物理上的对象都能向整个团队传达一个明确的表征。除了可操作的特征，其完成性也有助于交流。而且，图形显示也因为能够显示对象不变的表征而被认为是有用的。草图的使用是一种直觉的效率的不会造成不必要的时间浪费的方式 (Rouml;mer et al.， 2001)。它们允许设计早期阶段由于不完整的产品定义而产生的零散的定义存在 (Rouml;mer et al.， 2001)，由此产生一个记忆并使之能够被交流。它们因为快速的执行速度，模糊的定义，对交流的影响并且使人能自由地专注于创新工作而成为首选。作为一般设计的转化，Schouml;n 和 Wiggins (1992)定义了步骤作为设计程序的基本单位并且将步骤实验定义为做出一个步骤并观察其结果。草绘活动可以认为是一个将是否有活跃的草图活动在这个步骤内，设计师是否思考并且采纳了一副草图作为判断依据的步骤。这意味着设计师使用的是来自草图的支持或者是个人思维的创造力(Purcell and Gero， 1998)。草图往往是设计师首先使用的正式的辅助方式。在汽车设计的特定领域，图象可以被视作一个来源于一个符号（草图）和所指车辆之间的的关系的符号系统。图形具体化的过程对应于该系统的改进。草图体现抽象和高层级的设计思想，允许特定的物理属性存在一定程度的不确定性。车辆的属性，如形状和空间配置将在草图阶段被描绘。

本文中的主要假设是，对于设计师认知活动的研究可以为合适的数字化设计工具的细化提供建议，旨在支持设计过程的早期阶段，任务澄清和概念设计。因此需要重点调查是传统工具如草图的作用和具体效果。

本文提出了两种不同的实验:一项基于一系列对于40名专业设计师面试的调查和一个对于六个初级设计师(学生)在特定环境下的汽车设计过程的研究调查。汽车设计对于我们来说似乎是一个具有特殊应用的领域，因为它根据一个非常复杂而正规的关于中间表示和外部表征的程序而进行。

3问题

为了分析草图在汽车造型概念设计中的作用我们关注以下几个问题：

bull;在草图过程中有哪些输入数据被汽车设计师集成在概念设计过程中和他们有意识的心理图像感知中?
bull;什么是设计任务在整个汽车设计过程和由此产生的外部表征中的连续?
bull;在特定草图任务中，什么是任务和由此产生的外部表征的连续?

4实验

我们通过汽车设计师进行的分析，研究了设计过程的最初阶段，从简介的改进到实现第一个草图。 研究包括两个独立的阶段：

bull;问卷

bull;协议研究

4.1研究1：问卷调查

调查问卷集中在我们的目标，即确定汽车设计师在设计过程中集成的输入数据，以及他们在素描中感知到的有意识的心理图像。

4.1.1受试者（见表1）

调查问卷分发给150位设计师。我们只从三家欧洲汽车公司的专业设计师那里获得了40个答案，28个来自汽车设计学生（见程序P7）。因此，我们通过调查收集了第一组信息，样本主要由学生（75％）和专业设计师（25％）组成。专业设计师从艺术背景到技术背景。专业设计师的答复相对于学生来说，不可能对这两个不同的组进行严格的比较，即使我们提出了与这一点有关的定性评论，在3.1.4部分中，与三种不同的组专业水平。这项研究更侧重于设计师使用和生产的信息，而不是对设计专业知识的理解。但是结果部分将会强调一些差异。在分析中考虑了三个变量：汽车设计的专业知识程度（三个层次），设计师的背景（三个学校的区别）和母语（对所用词汇的影响以及对各种语言的重要性的影响词或概念）。他们被认为是目前在分公司工作的专家专业人员，中级专家，参加几个工业项目的学生已经获得了汽车造型的具体技能，新手学生是那些尚未获得实地经验的学生。考虑到学生，14名是新手，14名是中级专家（终止学位课程）。其他因素，比如性别或受试者的年龄没有被考虑。

表1设计师简介

新手 中级 专业

艺术中心（欧洲） 3 4 2

考文垂（英格兰） 7 5 4

Ensaama（法国） 4 5 6

共 14 14 12

从这项调查中，我们可以列出六个额外的特征点，揭示专业的特点：

bull;没有女性

bull;设计师比较年轻（20-35岁）

bull;我们可以在每个汽车设计学校（意大利语，日语，法语，西班牙语，德语，希腊语，斯洛文尼亚语...）找到非常国际化的国籍。

bull;在设计选择之前的初始背景是各种（艺术性，工业设计应用或技术与工程技术人员）

bull;汽车设计培训揭示了学科，方法，技术和工具方面的多样性。小规模的自我歧视（在我们的调查中有两个）

bull;手工设计师（而不是艺术形式）或使用数字工具（而不是技术培训）的设计师。

汽车设计师的人口多元化，在各种初始培训，国籍，手工或数字工具的方向及其在年龄和性别方面的一致性方面是独一无二的。

综合在三家提供汽车设计专业化的机构（Art Center Europe，Strate College and Coventry University）的具体培训内容，揭示了与汽车认为必不可少的知识和技能相关的八项科学和技术的共同名单 设计师：

bull;工程空气动力学，制造技术和材料

bull;汽车设计与工业设计史

bull;产品和汽车设计

bull;2-3 D物化技术（素描，手动和数字建模）

bull;社会和人文科学（人体工程学，市场营销）

bull;沟通

bull;设计策略和设计方法。

根据学校的情况，与手工和数字工具相关的培训显着不同：30％的受访者表示他们在某些学校学习使用数字化工具，而70％的学生承认他们只使用手动的2D和3D建模技术）。 学校文化传播的价值观和教训通过对形式特征的特殊处理，对造型活动采取行动，对特定目标领域的具体方向进行教学，采用不同的方法。 它们通过渲染或建模规则的实际应用可见，例如颜色混合。 除了理论教学外，其中很大一部分研究专门用于发展个人技能和实现学校集体项目，同时也致力于与汽车行业保持特权联系的工业项目。

4.1.2仪器

无论目前的职业和背景如何，向设计师分发了相同的问卷。唯一的区别是使用的语言，生成了三种不同版本的英文，法文和德文。调查问卷由八页组成，初步简要说明了研究目标（见图1）。以下内容是一组60个问题，其中一半和一半是封闭的和开放的。预期内容与以下信息相关：
bull;设计师的身份：年龄，性别，国籍，专业经验，公司设计领域，背景，学校名称的初步培训
bull;文化：设计师的风格和设计定义，最后他习惯使用的词汇，用于定义汽车零件的词汇，与同事使用的最熟悉的单词
bull;草图的方式（具有不同视图，车辆部分，体积，心理图像和综合数据的顺序）
bull;灵感来源（田野，进化）<br

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