基于手绘草图的概念设计工具研究与设计摘要：从认知心理学的角度，研究了概念设计的过程，探讨性地指出辅助设计工具应当以灵感为中心。阐述了适合概念设计过程的新的设计方法和交互技术，并介绍了基于手势的草图技术及新一代交互范式――PIBG交互范式。全面分析了约束捕捉、约束求解等关键问题，最后在此基础上给出智能图板系统的设计与实现，为用户提供了一种自然和谐的界面。关键词：草图；笔式用户界面；概念设计；手势；约束求解中图法分类号：TP311文献标识码：A：1001－3695(2007)01－0210－03概念设计是设计过程的早期阶段，目标之一是获得产品基本形式或形状[1]。广义上讲，它包含了从产品需求分析到详细设计之前的设计过程，如功能、原理、形状、布局和初步的结构设计等。这一阶段所做的工作对其他阶段有着重要的影响，占设计工作10%左右的概念设计工作一旦被确定，产品设计的75％左右也就被确定了[2]。??传统CAD系统虽然能产生精确和完整的几何造型，但其本身并不是为概念设计而开发的，仅仅作为在设计方案基本定型之后的绘图工具，而非辅助设计工具[1]。而且，大多CAD系统仍采用基于传统WIMP的交互方式，设计者的思路往往会被频繁的菜单选择、按钮操作和键盘命令输入所打断，其繁多复杂的菜单、按钮也非常容易产生误操作，降低效率，不利于创新设计。其实，设计者需要关注的应该是自己稍纵即逝的创作灵感，而不是设计工具本身。只有提供自然和谐的用户交互方式，CAD系统才能真正成为支持创新设计的辅助设计工具[3]。??剑桥大学的Ferguson指出，设计者可以利用草图探索新的想法，比较不同的方法并且捕捉灵感。Ullman认为由于人的STM（ShorttermMemorySystem）效应，及时将各种构思具体化是非常必要的。通过对机械设计人员的调查发现，利用草图进行设计是设计人员最习惯用的方式，通过概念设计而得到的图形几乎100%都是以草图形式存在的[4]。??本文着重分析了概念设计的规律，探讨性地提出了以灵感为中心的交互模式。以笔作为交互设备，以手势作为交互载体，以草图作为信息载体，给出了智能图板系统的分析与设计。??1草图研究现状??草图是符号系统的一种特殊形式，具有语义、语法和模糊的特征，能满足设计人员纵向和横向的思维活动。通过手绘草图，设计师可以定义图形的大致轮廓形状（以草图形式表达的拓扑结构），将手绘图形的信息转换为几何特征，将图形的线型、线宽及其他信息转换为属性特征，对一个具体的图形对象进行定义。当然，设计师可以随时调整思路、修改草图。可以认为草图是形状构造过程中一个不确定的状态，设计师最为关注的信息便于保存于草图中。国际上对草图技术方面进行了大量研究，也开发了不少原型系统，如UCBerkeley大学基于SATIN自由笔迹应用开发工具包，开发了DENIM和SketchySPICE两个应用实例[5]。DENIM是个网站设计工具，支持概念设计阶段的信息处理，允许设计者快速勾画网页，并支持手势设计和笔划处理；SketchSPICE系统是一个简单的电路设计工具，用户可以勾画与或非门电路及其连接情况，其中加入了特定的识别特征和领域知识。但目前这些系统大多集中于构思结果的表达上，而且对形状构思过程的辅助支持力度不够，并且国内对草图技术的研究也完全停留在探索阶段。??2以灵感为中心的交互模式??2．1概念设计过程分析??软件开发是一项庞大无序的工程，尚可从中提取规范，建立统一的开发过程。同理，虽然不同领域，其概念设计的具体实现过程不尽相同，但总有一定的规律，发掘并遵循统一的设计过程可以提高设计效率。??为达到某个目标，人们必须将目标转换为意图[6]，意图接下来转换为心理活动中的一系列指令，即满足意图所需要的一系列动作的顺序，最终加以执行，才能在外部世界中产生效果。同样，概念设计体现为一种连续的、过程化的操作。为设计出最终造型，设计师冥思苦想，激发自己的创造性思维，产生灵感，进而执行勾画的动作。对应关系如图1[6]所示。??图1概念设计的行为模型一般来说，概念设计大多数需要持续几个小时，甚至几天，其中有一连串的信息反馈，一个周期的结果被用来指导下一步的活动，一个模型有多个子视图，大目标也可以细分成若...