论文选题来源于中国人体头部三维数据库研究课题,结合华为虚拟现实眼镜设计实践需求,系统研究了基于头面部三维形态知识的产品适配设计方法。由于人类能力的局限、生活方式的需要和可穿戴技术的发展,类似虚拟现实眼镜这样直接贴合人体的可穿戴设备日益增多,使产品呈现出由远离人体到贴合人体的趋势。现有与人体直接贴合的产品,主要位于头部、四肢和脚部,其中以头部区域曲面变化最为丰富,对可穿戴产品的适配性要求也最高。之前,像头盔、呼吸面具等产品由于使用人群相对较少,并未引起设计界的广泛关注。然而,如今可穿戴式产品不断扩宽应用场景,人们日常生活、工作、娱乐都有其身影,有些还会被长时间使用,满足遮光性、稳定性、散热性等功能要求前提下,舒适的用户体验成为追求目标,促使适配设计研究范畴的广度和深度不断增加。然而,仅凭传统简单线性尺寸的测量已无法满足头面部产品适配设计需求,来自头面部三维形态的知识变得尤为重要,赋予了产品形态科学与理性的创新契机。基于此,本文针对适配设计两个基本研究问题展开:第一,探讨头面部三维形态知识驱动适配设计的概念内涵、研究范式、设计要素、设计模式、设计形式和设计模型,以及如何借助计算机图形学将大量头面部三维数据,拟合为便于设计师使用的知识承载物;第二,探讨设计实践中如何应用头面部三维形态知识,以及如何客观有效地评价头面部产品原型的适配性,对于探寻头面部产品适配设计方法具有重要的实践意义。本文采用人体几何形态分析、数据统计分析、关联性分析、数据拟合等人体测量学和统计学方法,对人体头面部三维形态数据进行重构,获取更能反映头面部形态本质特征和内在规律性的拟合头型,成为设计师适配设计的工具;采用用户访谈、竞品分析法、口语报告法,了解影响产品适配体验的主要问题,并将其与头面部形态关联,建立产品不同区域的适配评价等级量表;应用AHP层次分析法确立产品适配指标权重,进行虚拟适配评价。本文认为适配性设计是根据人的头面部三维形态知识,研究人、产品、环境相互的匹配关系,使三者之间达到一种共生状态,以保证设计出的产品能让人健康、舒适、安全、高效地使用。将人体头面部形态空间布局、曲面值域和关联属性方面的领域知识,及其生成的知识承载物作为输入对象;在产品适配需求的控制下对收集到的头面部领域知识进行吸收、分析和应用,将功能、行为、结构方面的设计要素方面的对象知识,作为控制因素;将适配模式和适配形式等过程知识,作为支持因素,通过釆用一定的适配设计技术来完成适配产品的设计;这些内容按照一定的结构置于适配系统,适配系统可以视作复杂的“知识处理器”;纳入权重、阈值等参数和加工工艺、设计经验等必要的隐性知识,在适配系统中根据具体设计情境,创造性地解决实际问题;输出产品形态这一具有新的元素和结构的结果知识;设计出的产品形态通过设计要素和设计特征,反作用于头面部形态,产生用户体验。本论文在理论和实践上的创新点主要体现在以下几个方面:第一,通过适配设计概念和研究范式的分析,将适配设计理论拓展到空间范畴。头面部形态知识在设计过程中以领域知识、对象知识、过程知识和结果知识的形式存在,由于头面部形态具有“部分—整体”的关系,并且不同人的头面部形态具有整体层次和曲面结构上的一致性,成为头面部形态本体构建的基础。基于本体技术创建头面部形态知识本体,对头面部三维形态相关的数据进行统一性的描述,实现知识不同层次间的沟通协调。提出了头面部形态知识从适配映射、适配媒介和适配驱动三个方面驱动产品适配设计的研究路径,为设计学科揭示头面部形态知识与产品形态之间深层次的映射关系提供了客观的、综合性的研究框架。第二,本文从宏观层次研究了头面部形态具有数据、信息和知识的层级关系,从微观层次基于本体技术创建了头面部形态空间布局子本体、曲面值域子本体和关联属性子本体,并提出了头面部形态知识分析的框架体系。通过计算机算法拟合不同百分位的人体头部模型和标记点组成的头部框架,为头面部三维形态知识驱动产品形态设计提供了有力支撑。研究成果对头面部三维形态这一形态学细分领域相关研究具有一定的创新意义和研究价值。第三,本文提出以头面部三维扫描数据库为基础,形成以适配测试组为对象、适配评价等级量表为工具、虚拟适配为手段、区域适配权重为指标的头面部产品适配性客观评价方法体系。利于完善现有产品适配设计主观评价手段,充分适应目前产品设计、生产和市场的实际需求,提供针对头面部产品适配性预测与改进的有效的辅助决策工具。