基于形状文法和交互式遗传算法的产品形态推演设计研究

发布时间：2020-08-03 08:59

【摘要】：随着科技高速发展,产品日趋同质化,市场经济发展质量的提升,使得消费者越来越注重产品形象与品牌形象,企业的品牌竞争力不仅取决于产品性能,工业设计在产品开发设计中的重要性愈加凸显。与此同时,消费时尚快速变化,消费者对产品造型的个性与创新性的要求越来越高,留给企业的产品开发周期大大缩短。然而传统设计活动中,产品设计十分依赖设计师的个人经验与能力,无法满足企业形象延续与快速开发设计的要求。为快速响应市场,在进行产品创新设计的同时保持品牌风格延续性,在产品造型风格连续性和创新性之间取得平衡,论文提出一种基于形状文法和交互式遗传算法的产品形态推演模型:首先对品牌现有产品进行形态分析,设计眼动追踪实验提取产品造型形态要素;利用特征线对产品形态进行描述,并制定形状文法,定义形状推理规则和约束规则;然后将参数化的形状作为个体进行编码并引入交互式遗传算法中,在算法中针对形状进行修改性规则的应用,生成不同形状方案并反馈至人工交互界面;最后以多目标优化的适应度函数对产品进行功能约束,以人工评价的方式对产品形状直接进行适应值赋值,进行进化算法的优化计算,在获得满意解时停止运算并将参数输出。文末以德玛吉品牌数控车床为例对产品形态推演模型进行了说明与验证。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP18;TB472
【图文】：

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基于形状文法和交互式遗传算法的产品形态推演设计研究2.1.2 形状文法理论根据 George Stiny 对形状文法的定义，形状文法是一个四元组，包括了形状元素、标签状规则和初始形状四大元素集合，可以表示为：SG=(S,L,R,I) （2-其中，S 为形状的有限集合；L 为标签的有限集合，标签中含有标签（字符串）和该标位置坐标；现有的形状和标签可以组成标号形状（Labelled Shapes），则标号形状的集合可示为(S,L)+，而经过形状推理产生的新的标号形状的集合记为(S,L)*；R 为推理规则的有限，形式是 α→β，其中，α 为左标号形状，β 为右标号形状，α∈(S,L)+，β∈(S,L)*；I 为带标初始形状，I∈(S,L)+。执行形状文法生成新的形状的过程可以简单概括为，在初始形状的基础上，遵循一定的规则，得到最终形状的过程（图 2.1）。

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图 2. 2 参数化形状文法推演示意图[44]在执行形状文法的过程中，针对不同的初始形状，将不同的形状推理规则进行反复应用，可以得到大量的形态各异的造型形状，所以在形状推理规则应用中需要注意以下事项[47]：（1）当按照统一的顺序应用相同的形状推理规则进行形态推演时，初始形状不同，最后生成的造型形状也不一样，如图 2.3 所示。

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图 2. 2 参数化形状文法推演示意图[44]行形状文法的过程中，针对不同的初始形状，将不同的形状推理规则进行大量的形态各异的造型形状，所以在形状推理规则应用中需要注意以下事当按照统一的顺序应用相同的形状推理规则进行形态推演时，初始形状不形状也不一样，如图 2.3 所示。

【参考文献】