“威武感”语义下的军用有源外骨骼形态设计 曾雅枫 干静 李晨关键词：语义研究 形态抽象 形态设计 现代军事风格 有源外骨骼引言在现代高科技战争背景下，单兵作战需携带的装备种类与数量越来越多，士兵的行军速度、机动性与持续作战能力受到严重影响，同时士兵的运动健康与安全愈受关注[1] 因此，能够增强人体生理机能、提供运动防护的军用可穿戴外骨骼机器人应运而生，其中有源外骨骼机器人的潜力最受关注有源外骨骼机器人是一种模仿人体骨骼运动，穿戴在人体表面的新型机电一体化装置，集成了信息感知、智能控制和便携能源等技术，能够为穿戴者提供额外力量支撑、运动辅助等功能在军事领域，有源外骨骼在单兵作战、助力搬运、负重行军、运动防护等领域发挥出独特优势有源外骨骼根据作用部位主要分为上肢外骨骼、下肢外骨骼、膝关节外骨骼、全身外骨骼套装，用户可根据不同的应用场景选择合适的外骨骼一、国内外军用外骨骼形态发展概述与问题描述有源外骨骼机器人作为单兵装备领域的新发展点，各军事大国相继开发出多款军用外骨骼美国在军用外骨骼方面的发展最快，法国、俄国也积极开展外骨骼技术研究最具有代表性的是俄国开发的“未来士兵”套装，在2018年莫斯科国际军事技术论坛上展出。
从图1中可以看到多款国外军用外骨骼产品，其开发时间长，技术应用较为成熟，产品外观整体性与风格一致性良好，且个性化特点明显我国在有源外骨骼领域的研究起步较晚，部分科研机构制作出了较完整样机2015年由我国研制的国产单兵外骨骼首次亮相;2019年举行的“超能勇士-单兵外骨骼系统挑战赛”中，各机构研制的多款外骨骼参赛，见图1目前我国主要进行技术领域的突破与应用，多款军用外骨骼尚处于测试中，在外观造型方面的研究处于初步探索阶段其外观遵循功能至上原则，不够重视产品外观的风格一致性，很多电器结构暴露在外，缺乏整体感;对人机舒适性的关注少、产品缺乏情感表达;造型多用盒型外壳在原机械结构件上进行简单包覆，与人体曲线格格不入，显得笨重呆板，无法适应外骨骼向轻量化方向发展的新趋势纵观有源外骨骼机器人领域，其外观造型的发展受到机器人技术、应用场景、审美变化等多种因素的影响对于军用外骨骼现阶段较为可行的外观优化方案之一，是在原型机基础上增加覆盖件，作为保护性外结构件或纯粹的外观件，遮挡包覆繁琐的内部结构，减少零碎无序的零部件形象，整合产品造型并统一设计语言，以达到优化产品总体形象并形成明确的造型风格的目的二、威武感语义研究过程（一）产品语义学理论产品语义是产品的语言，是设计师与用户沟通的桥梁。
产品语义表现主要分两个层次，功能层面与精神层面功能层面语义通过明示或暗示的方式告诉用户产品如何使用，传递信息;精神层面语义通过视觉联想或使用体验的方式与用户产生情感连接，传递信念产品语义研究产品的形态在使用环境中的象征意义产品在语义上可以通过关联来实现它的象征意义，主要的关联要素包括以下几点：1.同功能物品;2.同领域物品;3.使用环境;4.文化习俗;5.时期或风格;6.产品不同位置;7.产品运动过程;8.产品操作与反馈在这些关联中，只有6、7、8三点与产品如何使用相关，其余都与产品象征意义相关[3] 如调节旋钮，造型基本形态为圆柱体，圆柱体在三维空间中由矩形旋转运动产生，在使用过程中按钮发生旋转运动，同时外圈的指示灯带随着按钮旋转亮起，其形态语义与产品运动过程及操作反馈产生关联，让用户非常容易理解并记忆其使用方式，因而成为一种广受推崇的調节器设计又如电子大提琴，造型特意保留了传统大提琴优美的特征曲线，其形态语义与同功能的大提琴产品产生关联;这样的设计对产品功能没有贡献，但其象征意义对于提升用户的对产品的认同感与亲切感是必要的，如图2总结来说，产品语义通常以符号的形式给人以提示与联想以用户为中心是现代产品设计的核心设计理念之一，现代人们精神物质生活丰富多样，产品在某种程度上也受时尚、个性化、文化、经济等因素影响。
信息技术、智能机等高科技让各类信息能够在短时间内高速传播，用户在常年累月中接触并积累了多种的信息，在接触到产品传递的视觉信息或心理感受时，人们往往通过联想在自己的符号储备中寻找共鸣，挖掘具有象征意义的元素二）现代军事风格与“威武感”词汇选定产品的设计风格是一种艺术形式，是高度概括大众审美经验的基础上将其外化的表现，它包含着深刻的能引起观众共鸣的一种视觉形式[4] 随着时代变迁与技术进步，现代军事装备及设备设施也逐渐形成了具有鲜明特色与广泛认可度的现代军事风格军用外骨骼作为一种新型军事装备，其造型也应当契合现代军事环境，融入现代军事风格如何准确使用设计语言阐述现代军事风格特点，并应用于军用外骨骼造型设计上，成为工业设计师需要研究的问题风格的形成过程与大众的认可过程两者是相辅相成的风格形成需要大众的认知与普遍认可，大众的认知又能巩固与强化风格特征具体来说，某种风格产品的外在形态包括造型、材质、色彩、质感等视觉层面的要素向大众传递风格特征;大众通过与该风格的产品直接或间接接触产生对风格的感性认知后，常常用形容词汇来描述对该风格的心理感受，如科技感、现代感、简约感等，这些词汇又将风格具体化人们使用词汇来描述对风格的认知时，脑海中呈现的形象是多方面的，设计师研究这些形象，能够更准确地把握风格特征，从而将该风格应用到其他产品设计上[5] 。
因此，要研究现代军事风格，可以选择一个具有代表性的形容词，探索背后的含义与包含的意象为选定一个合适的形容词用于研究现代军事风格，首先从几个大众容易接触到的领域进行意象的搜集：（1）大众媒体展现的现代军事风格军事装备;（2）古今文娱作品中的军事英雄形象根据大众传媒中搜集到的资料，军事装备主要分军事载具与单兵装备，根据其功能的不同，造型也各具特色军事载具主要造型分类有坦克类、装甲车类、战舰类、战机类;单兵装备主要有枪械类、火炮类、铠甲类受到大众青睐的军事英雄形象主要从历史架空小说如《三国演义》《水浒传》等，以及近代军事英雄如抗日英雄中获得广泛搜集并筛选出具有代表性的图片与影视资料备用通过头脑风暴的方式，在观看这些军事装备与军事英雄形象的同时，各设计人员分别写下多个脑海中出现的形容词然后，评估与筛选出最具有概况意义与代表性的形容词该形容词含义需满足几点要求：（1）符合军事背景;（2）代表正面的军事形象;这是由于一些描述军事形象的形容词容易让人联想到暴力而具有负面意义，对本研究无利;（3）其描绘的象征与形象丰富，具有较好的研究价值最终，筛选出的“威武感”形容词，符合军人的职业形象与应用场景;普遍认为其描述的正面形象;表达的形象涵盖视觉层面与精神文化层面，具有积极的象征意义;描绘的风格兼具科技感、力量感、机械感的部分含义，具有高度概括性。
三）“威武感”語义研究流程参考产品语义的关联要素，本文从两方面研究大众认可的“威武感”语义：能够表现威武感的形容词，和表现威武感的视觉形象，包括人物、动物、军事装备形象，以及几何元素及构成方式、色彩、材质等运用感性工学及统计学的方法，广泛搜集、联想能体现威武感的词汇以及人物、动物、装备形象等，进行初步筛选与整理;同时根据搜集到的代表性图片，归纳军事风格分类;最后制作实验样本图片以问卷调查的方式对众多形容词和形象分别进行比较，选出最符合人们对威武感认知的词汇和形象对实验结果进行分析总结，将“威武感”语义解码为设计元素，用于设计实践语义研究流程如图3四）具有“威武感”语义的形容词和形象的选取“威武感”语义的涵义可分为两个部分：一是抽象的形容词和相关名词、动词等，这类词汇在不同人认知中是不同的，没有固定的图像绑定，属于心理层面;二是具体的形象，如人物，动物、装备所表现出的威武感，包括线、面、体的构造和组合等，属于视觉层面1.词汇的搜集与整理：首先，通过接近联想、类似联想、对比联想的方法，考虑到历史文化对大众认知潜移默化的影响，也参考我国古代文学中对“威武”一词的描写，权威字典、百度百科对“威武”一词的解释，以及相关近义词、同义词的描述，从不同方面对“威武感”进行解读。
总结来说，“威武感”的词义包括有威力、有气势，强大的形象近义词：霸气、威风、雄壮等按照描述事物本质的深层次逻辑关系，按照由表象到内涵的顺序将这些词汇分类，同一分类的形容词按对比关系再分为两个形容词最后通过与团队成员的反复讨论分析，每个种类筛选出一个具有代表性的词汇具体选择的词汇可以分为视觉感受、气质感受、功能性三个维度，筛选出的20个词汇如下：视觉感受类：色彩鲜明/色彩朴实;造型夸张/造型理性;线条硬朗/线条优美;结构分块多/一体感强;尖锐感/坚固感;肌肉感/骨感气质感受类：威慑感、可靠感、声势浩大、独行侠功能性：攻击、防守、格斗搏击、高科技战争其中，视觉感受类词汇配上图片，辅助被调查者的联想记忆2.形象的搜集、筛选及图片的选取：生活中常见的可能具有威武感的形象，大致分为三大类，人物、动物、装备除此之外，还可以从不同的军事装备风格，探索其体现威武感的程度从经典文学作品、书籍、影视作品等大众传媒渠道中广泛搜集以上四类的各种形象图片再按照一定的逻辑进行分类，如动物可按照体格大小、栖息地分布等分类，装备可按照体量大小、使用场景等分类搜集分类之后，每个种类筛选出具有代表性的一张图片作为该种类的代表。
注意应选择展现完整形象的清晰图片，背景简单，且任何一张图片不能表现出强烈的主观导向意识最后筛选出的图片见图43.问卷调查与结论：设计调查问卷，列出上述按一定逻辑排列的词汇和形象相关图片，让受访者选出最贴合其认知的具有“威武感”的形容词和形象该研究需要被调查者对“威武感”或军事风格有一定基础的了解，遂将大量问卷在工业设计专业各个年级发放，少量问卷于化学专业、医学专业发放最终回收问卷93份，有效问卷87份其中男女比例约为1：2统计问卷并分析后的实验结果如下：在风格上，人们普遍认为现代和未来军事风格更具有威武感在表现威武感语义的词汇方面，“攻击”相对“防守”更具有威武感;“肌肉感”相对“骨感”更具有威武感;“威慑感”和“可靠感”的威武感语义程度相近;“坚固感”相对“尖锐感”更具有威武感，“高科技战争”相对“格斗搏击”的更具有威武感 “独行侠”，“声势浩大”“格斗搏击”的威武感语义很弱，“肌肉感”，“威慑感”的威武感语义最明显各种词汇的语义感强弱根据选择人数的多少，最具有威武感语义的词汇前三分别是“肌肉感”、线条硬朗、“威慑感”在军事艺术形象方面，相对色彩鲜明的形象，色彩朴实协调的更具有威武感;相对造型夸张的形象，整体造型理性合理的更具有威武感;相对线条优美的形象，线条硬朗的更具有威武感;结构分块多的相对一体感强的更具有威武感。
将这些形容词对进行对比，其中，人们最认同图片中线条所表现的威武感;其次是整体造型所表现的理性或夸张，关于结构分块的语义最不明显在人体肌肉表现的威武感方面，胸肌和腹肌表现的威武感语义最强，小腿表现的威武感语义最弱在大型军事装备方面，坦克表现的威武感语义最强，战斗机其次，然后是战舰和装甲车在动物表现的威武感方面，老虎的语义感最强，狼的语义感较强、蛇的语义感最弱其中，动物富有野性的肌肉曲线最具有威武感在材质表现的威武感方面，几乎不反光材质和亚光材质的语义感最强总结来说，威武感语义条与整体形状方面表现最强烈在人们的认知中，要在军事装备上体现威武感，从视觉层面看，需要有硬朗的线条、特别要有一定的肌肉感，体量感大者威武感较强，同时色彩协调统一;从表现的功能层面看，造型需要有理性严谨、坚固之感以及科技感三、军用膝关节外骨骼机器人形态设计实践（一）膝关节外骨骼结构与设计约束分析首先进行结构分析：膝关节外骨骼机器人主要由人机绑缚系统，传感与控制系统、能源系统与支撑系。