本發(fā)明涉及一種設(shè)計(jì)方法，具體涉及一種面向用戶偏好的飲料瓶產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，通過(guò)工業(yè)設(shè)計(jì)師賦予產(chǎn)品形象。存在設(shè)計(jì)效率低、設(shè)計(jì)方案少和難以滿足不同用戶喜好等問(wèn)題。由于消費(fèi)大眾對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的不斷提高以及感性因素的復(fù)雜性和多樣性，新興用戶群體對(duì)產(chǎn)品的造型有強(qiáng)烈的差異化訴求。不同的用戶具有不同的偏好，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法在面對(duì)廣大消費(fèi)者的個(gè)性化設(shè)計(jì)需要時(shí),有一些難以克服的困難：滿足廣大消費(fèi)者的個(gè)性化設(shè)計(jì)需求，需要大量的設(shè)計(jì)方案，這不僅需要更多設(shè)計(jì)師，而且導(dǎo)致時(shí)間成本和人工成本大大增加；個(gè)性化設(shè)計(jì)需要調(diào)研大量的消費(fèi)人群；從調(diào)研材料到滿足用戶需要的設(shè)計(jì)方案，需要一個(gè)文字表述到圖形表現(xiàn)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，即使調(diào)研結(jié)果準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的產(chǎn)品也未必能準(zhǔn)確地迎合用戶的偏好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種面向用戶偏好的飲料瓶產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:

面向用戶偏好的飲料瓶產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：

步驟1：通過(guò)知識(shí)約束和尺寸約束，明確飲料瓶各個(gè)部分的幾何拓?fù)潢P(guān)系,確定飲料瓶的造型參數(shù)；飲料瓶造型的知識(shí)約束包括：各個(gè)部分的特征形式、各個(gè)部分之間的貼合關(guān)系、平行關(guān)系、同軸關(guān)系；尺寸約束包括各個(gè)部分的高度、各個(gè)橫截面的高度和半徑、轉(zhuǎn)折位置的倒角；飲料瓶造型參數(shù)包括4類：主要尺寸參數(shù)、細(xì)節(jié)尺寸參數(shù)、主要特征參數(shù)和細(xì)節(jié)特征參數(shù)；主要尺寸參數(shù)包括：瓶身的半徑、瓶口的半徑、底部高度、肩部高度、口部底端的高度、蓋子底端的高度、蓋子的高度和蓋子的半徑；細(xì)節(jié)尺寸參數(shù)包括:不同截面高度上,瓶身半徑的變化；底部倒角的半徑、肩部倒角的半徑，各種凸起的高度,各種傾斜的角度；主要特征參數(shù)包括：瓶底、瓶身、瓶口、肩部、蓋子的特征形式；每個(gè)部分有多種特征形式；細(xì)節(jié)特征參數(shù)描述主要特征形式的細(xì)節(jié)變化；

步驟2：所述的飲料瓶三維造型參數(shù)構(gòu)成一個(gè)多元數(shù)組；每個(gè)飲料瓶三維設(shè)計(jì)方案都是由一個(gè)多元數(shù)組決定的造型表現(xiàn)形式；這個(gè)數(shù)組就是飲料瓶造型的染色體,構(gòu)成該數(shù)組的每個(gè)造型參數(shù)是飲料瓶的造型基因；

步驟3：通過(guò)飲料瓶三維設(shè)計(jì)方案的進(jìn)化，得到用戶滿意的設(shè)計(jì)方案；所述進(jìn)化過(guò)程是通過(guò)對(duì)初始種群個(gè)體的染色體編碼進(jìn)行選擇、交叉、變異，產(chǎn)生新一代種群，并對(duì)新種群進(jìn)行適應(yīng)度評(píng)價(jià)，保存適應(yīng)值最高的個(gè)體，進(jìn)入下一代的選擇、交叉和變異操作，直到產(chǎn)生用戶滿意的設(shè)計(jì)方案為止。

作為優(yōu)選：所述步驟3具體包括如下步驟：

步驟3-1：隨機(jī)生成N個(gè)多元數(shù)組作為第一代的設(shè)計(jì)方案種群；將用戶的偏好值作為適應(yīng)度值；用戶偏好評(píng)價(jià)采用有相似偏好的用戶群體對(duì)飲料瓶設(shè)計(jì)方案進(jìn)行共同評(píng)分；

步驟3-2：選擇，根據(jù)各個(gè)設(shè)計(jì)方案?jìng)€(gè)體的適應(yīng)度，按照轉(zhuǎn)輪盤法，從第t代設(shè)計(jì)方案群體P(t)中選擇出一些優(yōu)良的個(gè)體進(jìn)行交叉和變異；先計(jì)算出設(shè)計(jì)方案種群中所有個(gè)體的適應(yīng)度之和，再計(jì)算各個(gè)個(gè)體被遺傳到下一代的概率R_i是第i個(gè)個(gè)體方案進(jìn)入下一代的概率，V_i是第i個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值；將每個(gè)個(gè)體的遺傳概率按照輪盤方式排列；然后，在0-1之間，隨機(jī)取值x；x處于輪盤的位置，決定了哪個(gè)個(gè)體被選擇進(jìn)入下一代；共進(jìn)行N次隨機(jī)選擇，選擇N個(gè)染色體；被選中的N個(gè)染色體，構(gòu)成新的種群p(t’)；

步驟3-3：交叉，被選擇的個(gè)體按先后順序搭配成對(duì)，以某一交叉概率交換它們之間的部分染色體；P(t’)中的染色體，依次兩兩配對(duì)，進(jìn)行交叉操作；兩個(gè)染色體在隨機(jī)位置斷開(kāi)，相互交換部分基因，生成2個(gè)新的染色體；本發(fā)明中，交叉概率H的取值范圍為0.8-1；

步驟3-4：變異，被選擇的個(gè)體以某一變異概率改變某些基因位上的基因值；交叉操作后，產(chǎn)生新種群p(t”)；需要選擇種群p(t”)中的一些染色體，進(jìn)行變異操作；變異概率K的取值范圍是0-0.1；K表示在p(t”)種群中，每條染色體發(fā)生變異的概率；在發(fā)生變異的染色體中，發(fā)生變異的基因的數(shù)量為1-10個(gè)；發(fā)生變異的基因數(shù)量和位置是隨機(jī)選擇的；

步驟3-5：種群P(t)在經(jīng)過(guò)選擇、交叉和變異操作之后，產(chǎn)生新一代種群P(t+1)；當(dāng)某一代種群中，出現(xiàn)適應(yīng)度值大于某一值的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)化過(guò)程結(jié)束。

作為優(yōu)選：所述步驟3-1中N為40。

作為優(yōu)選：所述步驟3-1中用戶評(píng)價(jià)分值采用10分制，1分為最小值，10分為最大值；所述步驟3-5中出現(xiàn)適應(yīng)度值大于9.5分的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)化過(guò)程結(jié)束。

本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明以用戶的偏好為進(jìn)化依據(jù)，各個(gè)染色體之間發(fā)生交叉和變異，促使新生的飲料瓶設(shè)計(jì)方案逐步趨近于用戶的喜好。該方法可以幫助用戶直接參與設(shè)計(jì)方案的進(jìn)化和產(chǎn)生,避免設(shè)計(jì)服務(wù)目標(biāo)的偏離，提高設(shè)計(jì)效率。同時(shí)，用戶的直接參與，可以解決個(gè)性化設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)成本過(guò)高的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為飲料瓶造型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為飲料瓶設(shè)計(jì)方案的二進(jìn)制編碼示意圖；

圖3為遺傳概率按輪盤排列；

圖4為交叉操作示意圖；

圖5為變異操作示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。下述實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。

如圖1所示，本發(fā)明將飲料瓶造型結(jié)構(gòu)描述為瓶底、瓶身、肩部、口部和瓶蓋五個(gè)部分，這五個(gè)部分從下到上依次排布。

步驟1：通過(guò)知識(shí)約束和尺寸約束，明確飲料瓶各個(gè)部分的幾何拓?fù)潢P(guān)系,確定飲料瓶的造型參數(shù)。

飲料瓶造型的知識(shí)約束包括：各個(gè)部分的特征形式、各個(gè)部分之間的貼合關(guān)系、平行關(guān)系、同軸關(guān)系等；尺寸約束包括各個(gè)部分的高度、各個(gè)橫截面的高度和半徑、轉(zhuǎn)折位置的倒角等。

飲料瓶造型參數(shù)包括4類：主要特征參數(shù)、細(xì)節(jié)特征參數(shù)、主要尺寸參數(shù)、細(xì)節(jié)尺寸參數(shù)。所述的飲料瓶造型參數(shù)共65個(gè)，這些參數(shù)變量根據(jù)所述的知識(shí)約束和尺寸約束構(gòu)建飲料瓶的三維造型。

主要特征參數(shù)包括：瓶底、瓶身、瓶口、肩部、蓋子的特征形式。每個(gè)部分有多種特征形式。細(xì)節(jié)特征參數(shù)描述主要特征形式的細(xì)節(jié)變化。

主要尺寸參數(shù)包括：瓶身的半徑、瓶口的半徑、底部高度、肩部高度、口部底端的高度、蓋子底端的高度、蓋子的高度和蓋子的半徑。

細(xì)節(jié)尺寸參數(shù)包括:不同截面高度上,瓶身半徑的變化；底部倒角的半徑、肩部倒角的半徑，各種凸起的高度,各種傾斜的角度等等。

通過(guò)Mel語(yǔ)言，根據(jù)65個(gè)造型參數(shù)，繪制飲料瓶三維模型。Mel語(yǔ)言是Maya軟件平臺(tái)的腳本語(yǔ)言。其基本實(shí)施框架結(jié)構(gòu)如下：

Model(65個(gè)特征參數(shù))//繪制飲料瓶模型

{

{//繪制瓶底部分輪廓線：

產(chǎn)品主要特征A(產(chǎn)品細(xì)節(jié)特征a1，產(chǎn)品細(xì)節(jié)特征a2，產(chǎn)品細(xì)節(jié)特征a3，….)；

主要特征參數(shù)信息；

細(xì)節(jié)特征參數(shù)信息；

主要尺寸參數(shù)信息；

細(xì)節(jié)尺寸參數(shù)信息；}

{//繪制瓶身部分輪廓線：

產(chǎn)品主要特征B(產(chǎn)品細(xì)節(jié)特征b1，產(chǎn)品細(xì)節(jié)特征b2，產(chǎn)品細(xì)節(jié)特征b3,……)；

主要特征參數(shù)信息；

細(xì)節(jié)特征參數(shù)信息；

主要尺寸參數(shù)信息；

細(xì)節(jié)尺寸參數(shù)信息；}

{//繪制瓶子肩部輪廓線：

產(chǎn)品主要特征C(產(chǎn)品細(xì)節(jié)特征c1，產(chǎn)品細(xì)節(jié)特征c2，產(chǎn)品細(xì)節(jié)特征c3,……)；

主要特征參數(shù)信息；

細(xì)節(jié)特征參數(shù)信息；

主要尺寸參數(shù)信息；

細(xì)節(jié)尺寸參數(shù)信息；}

{//繪制瓶口部分輪廓線：

產(chǎn)品主要特征D(產(chǎn)品細(xì)節(jié)特征d1，產(chǎn)品細(xì)節(jié)特征d2，產(chǎn)品細(xì)節(jié)特征d3,……)

主要特征參數(shù)信息；

細(xì)節(jié)特征參數(shù)信息；

主要尺寸參數(shù)信息；

細(xì)節(jié)尺寸參數(shù)信息；}

放樣這四個(gè)部分輪廓線；

{//繪制瓶蓋部分輪廓線：

產(chǎn)品主要特征E(產(chǎn)品細(xì)節(jié)特征E1，產(chǎn)品細(xì)節(jié)特征E2，產(chǎn)品細(xì)節(jié)特征E3,……)

主要特征參數(shù)信息；

細(xì)節(jié)特征參數(shù)信息；

主要尺寸參數(shù)信息；

細(xì)節(jié)尺寸參數(shù)信息；}

放樣瓶蓋部分輪廓線

}

上述框架結(jié)構(gòu)語(yǔ)法比較簡(jiǎn)單，主要是繪制特征截面的輪廓線，通過(guò)多個(gè)輪廓線的放樣，構(gòu)建整體模型。

步驟2：將步驟1所述的飲料瓶三維造型參數(shù)合并為一個(gè)多元數(shù)組G(x₁,x₂,x₃,…x₆₅)。在本發(fā)明中，每個(gè)飲料瓶三維設(shè)計(jì)方案都是由一個(gè)多元數(shù)組決定的造型表現(xiàn)形式。數(shù)組G就是飲料瓶造型的染色體。

步驟3：飲料瓶造型的染色體編碼是產(chǎn)品進(jìn)化設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，是衍生新設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)。本發(fā)明中，采用二進(jìn)制編碼。初始種群中每個(gè)設(shè)計(jì)方案的參數(shù)變量是十進(jìn)制數(shù)值。進(jìn)化計(jì)算前，要將每個(gè)參數(shù)變量的十進(jìn)制數(shù)值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼。每個(gè)設(shè)計(jì)方案的造型用1條染色體表示。每個(gè)參數(shù)變量代表染色體上的1個(gè)基因G_i。每條染色體有65個(gè)基因(G₁，G₂，G₃,G₄……G₆₃,G₆₄,G₆₅)，如圖2所示。

每個(gè)參數(shù)變量的二進(jìn)制編碼均采用8位長(zhǎng)度。相等長(zhǎng)度編碼確保了每個(gè)基因發(fā)生變異和交叉的幾率相等。每個(gè)設(shè)計(jì)方案的參數(shù)變量有65個(gè)，整個(gè)染色體的長(zhǎng)度L＝65*8＝520。

參數(shù)變量的十進(jìn)制數(shù)值d，轉(zhuǎn)換為2進(jìn)制編碼，見(jiàn)公式1，2：

E＝INT{(d-d-_min)/[(d_max-d_min)/(2⁸-1)]}；(公式1)

U＝F_a(E)；(公式2)

E是正整數(shù)，INT是取整函數(shù)，d是該參數(shù)變量的十進(jìn)制數(shù)值，d_min是該參數(shù)變量的最小值，d_max是該參數(shù)變量的最大值。U是該參數(shù)變量的二進(jìn)制編碼，F(xiàn)_a是十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)值的函數(shù)。

步驟4：隨機(jī)生成40個(gè)步驟2所述的多元數(shù)組，每個(gè)數(shù)組描述一個(gè)飲料瓶三維設(shè)計(jì)方案。按照步驟1，用這40個(gè)數(shù)組分別生成40個(gè)飲料瓶設(shè)計(jì)方案，它們作為初始的飲料瓶設(shè)計(jì)方案種群p(t)。

步驟5：按步驟3，將所述的40個(gè)多元數(shù)組分別轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)組。每個(gè)二進(jìn)制數(shù)組代表一個(gè)飲料瓶設(shè)計(jì)方案的染色體編碼。

步驟6：進(jìn)行進(jìn)化操作。本發(fā)明中飲料瓶三維設(shè)計(jì)方案的進(jìn)化操作包括：選擇、交叉和變異。

選擇：用戶對(duì)種群p(t)的40個(gè)飲料瓶設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)分。用戶評(píng)價(jià)分值采用10分制，1分為最小值，10分為最大值。該發(fā)明中將用戶對(duì)設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)值作為每個(gè)方案(個(gè)體)適應(yīng)度值。每個(gè)方案(個(gè)體)的適應(yīng)度值是設(shè)計(jì)方案種群進(jìn)化的依據(jù)，決定了個(gè)體基因遺傳到下一代的可能性。

先計(jì)算出設(shè)計(jì)方案種群中所有個(gè)體的適應(yīng)度之和，再計(jì)算各個(gè)個(gè)體被遺傳到下一代的概率，見(jiàn)公式3。某個(gè)設(shè)計(jì)方案適應(yīng)度值越大，表明設(shè)計(jì)方案質(zhì)量越能滿足用戶的需要，它的基因有更大概率遺傳到下一代。

R_i是第i個(gè)個(gè)體方案進(jìn)入下一代的概率，V_i是第i個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值。

將40個(gè)設(shè)計(jì)方案的遺傳概率按照輪盤方式順序排列，如圖3。然后，在0-1之間，隨機(jī)取值x。x處于輪盤的位置，決定了哪個(gè)個(gè)體被選擇進(jìn)入下一代。共進(jìn)行40次隨機(jī)選擇，選擇40個(gè)設(shè)計(jì)方案(染色體)，這保證每代種群個(gè)體數(shù)量與第一代種群個(gè)體數(shù)量相等。被選中的40個(gè)染色體，構(gòu)成新的種群p(t’)。

交叉：被選擇的設(shè)計(jì)方案?jìng)€(gè)體按先后順序搭配成對(duì)，以某一概率(交叉概率)交換它們之間的部分染色體編碼。P(t’)中的染色體，依次兩兩配對(duì)，進(jìn)行交叉操作，如圖4所示。兩個(gè)染色體在隨機(jī)位置斷開(kāi)，相互交換部分基因，生成2個(gè)新的染色體。本發(fā)明中，交叉概率H的取值范圍為0.8-1。交叉操作后，產(chǎn)生新種群p(t”)。

變異：需要選擇種群p(t”)中的一些染色體，進(jìn)行變異操作，如圖5所示。本發(fā)明中，變異概率K的取值范圍是0-0.1。K表示在p(t”)種群中，每條染色體發(fā)生變異的概率。在發(fā)生變異的染色體中，發(fā)生變異的基因的數(shù)量為1-10個(gè)。發(fā)生變異的基因數(shù)量和位置是隨機(jī)選擇的。變異操作后，產(chǎn)生新種群p(t+1)。

種群P(t)在經(jīng)過(guò)選擇、交叉和變異操作之后，產(chǎn)生種群P(t+1)。如果種群P(t+1)中，出現(xiàn)適應(yīng)度值大于9.5分的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)化過(guò)程就結(jié)束了，說(shuō)明被試已經(jīng)找到了滿意解。否則，需要反復(fù)進(jìn)行選擇、交叉和變異操作，直到出現(xiàn)用戶滿意的方案。

綜上所述，本發(fā)明以用戶對(duì)飲料瓶產(chǎn)品的偏好值(適應(yīng)度值)作為產(chǎn)品進(jìn)化的重要依據(jù)，決定個(gè)體基因遺傳到下一代的可能性。某個(gè)設(shè)計(jì)方案適應(yīng)度值越大，表明設(shè)計(jì)方案質(zhì)量越能滿足用戶的需要，它的基因有更大概率被選擇進(jìn)入到下一代。通過(guò)反復(fù)迭代搜索最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。該方法可以幫助用戶直接參與設(shè)計(jì)方案的進(jìn)化和產(chǎn)生,避免設(shè)計(jì)服務(wù)目標(biāo)的偏離，提高設(shè)計(jì)效率。同時(shí)，用戶的直接參與，可以解決個(gè)性化設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)成本過(guò)高的問(wèn)題。