基于脑认知神经机制的工业产品形态创新设计理论与方法

As the high homogeneity of technology, product form design has become an important way of enhancing added value and market competitiveness of industrial products. In recent years, bad product form designs have been proved to be one main reason of low price with high quality and lack of competitiveness. The visual aesthetic feeling of a product is difficult to attract consumers, so the product can not reflect its real value and reduce the people's psychological satisfaction, leading to the deviation on aesthetic cognition, value judgment and purchase decision of industrial products. The project starts from the brain mechanism research of visual information cognition, and carrying out industrial product form design research through a perspective that close to the origin attribute of human cognition, exploring the mapping relationship between industrial product form design, visual cognition and brain cognitive neural mechanisms, constructing the quantitative analysis model between industrial product form design and the brain cognitive neural mechanisms, and researching on the creative theory and methods of industrial product form design and users' emotional satisfaction evaluation based on the cognitive brain neural mechanisms. The outcomes of the project will improve the creative level of form design, added design value and market competitiveness of industrial products, which will have important strategic significance and practical significance. It has great theoretical and academic value on promoting and facilitating the interdisciplinary cross among design science, ergonomics and cognitive neuroscience.

随着技术的高度同质化，产品形态设计已成为提高工业产品附加值和市场竞争力的重要手段之一。产品形态设计不佳被证实是近年来工业产品质优价低、缺乏竞争力的主要原因之一，产品在视觉美感上难以吸引消费者，无法体现产品的真实价值，从而降低了人们的心理满意度，导致人们对工业产品的美学认知、价值判断、购买决策上出现偏差。本项目从视觉的脑认知神经机制出发，以贴近人类认知本源属性的角度开展工业产品形态创新设计研究，探寻工业产品形态设计与视觉认知、脑认知神经机制间的映射关系，构建工业产品形态设计与脑认知神经机制间的量化分析模型，最终建立基于脑认知神经机制的工业产品形态创新设计理论、方法和用户情感满意度脑电评价方法。项目成果对提升工业产品的形态设计水平、设计附加值和市场竞争力，具有重要的战略意义和现实意义；同时也推动和促进了机械工程学、设计科学、人机工效学与脑认知神经学科间的交叉融合，具有重要的理论意义和学术价值。

项目主要完成了下述工作，并取得了相应研究成果：. 1. 基于构成工业产品形态视觉信息元的编码方式及表征的分析，建立了产品形态设计特征感性意象结构；通过研究意象集与潜在因子之间的归属关系，提出了工业产品形态视觉信息元特征的“布局、菜单/按键结构、文字、颜色、图标/图形5大元素”描述编码体系及视觉元素多层次评价VMEM模型；通过分析工业产品视觉信息元呈现规则及信息编码方式，完成了产品形态视觉信息设计脑电生理实验样本的构建。. 2. 运用认知神经科学和事件相关电位（ERP）学科理论和实验技术，提出了产品形态元素的脑电实验刺激呈现范式和产品形态视觉认知的脑电生理实验方法；通过开展以图标元素为主的产品形态元素脑电生理实验，获取了产品形态视觉认知的脑神经活动的典型成分和产品形态元素的对应关系；结合脑电成分的潜伏期、波幅等指标，构建了产品整体形态及元素的脑电评估方法与原则。. 3. 开展了产品形态视觉信息认知各阶段的脑生理反应机理研究，通过脑电波潜伏期分析和脑功能区溯源分析，构建了高时空分辨率的脑成像反应与感知和行为反应间的内在联系，通过研究工业产品视觉特征，获取了视觉信息认知失误的生理证据，构建了“视觉特征要素—生理行为绩效—脑认知神经反应”的映射关系模型。. 4. 通过研究“产品形态信息-视觉认知”映射模型的知识表征和规则推理，以及从行为到神经的多研究角度不同实验方法所揭示的产品视觉信息认知间的关系，构建了基于认知脑机制的产品视觉信息设计方法及认知绩效脑生理评价方法，实现了产品形态认知量化分析。. 项目实施以来共发表9篇论文，其中SCI/SSCI/ EI检索5篇，中文核心4篇。发明专利授权1项，发明专利实审1项，外观专利授权2项。人才培养上，培养博士1人、硕士5人，其中3人已毕业。参加国际会议报告共3次。. 项目理论研究成果应用到产品外观研发设计中，取得了3项与产品设计相关的授权专利，取得了显著成果，显示了本研究的理论现实意义和社会经济价值。