基于符号学的智能头盔语义设计研究.pdf

智能包装22023年第7 期总第3 2 7 期上海包装D0I:10.19446/ki.1005-9423.2023.07.009.基于符号学的智能头盔语义设计研究*洪思展，吴凡，贺欢，黄浩文广州软件学院，广东广州5 10 9 8 0摘要：近年来，伴随着5 G、V R、A R 等技术的迅速发展，具有蓝牙通话、佩戴检测、碰撞检测、自感应尾灯等核心安全功能的智能头盔横空出世，广泛受到消费者的喜爱。从符号学的产品语义角度出发，阐述了头部保护装置的发展历史、功能属性以及文化属性；结合符号学使用情景下的造型语义、色彩语义、图案语义等，对智能头盔的语义运用进行了分析；对智能头盔的AR技术整合和未来设计方向进行了探索与展望。关键词：智能头盔；符号学；产品语义学；产品设计；VR;AR分类号：TB4721头部保护装置概述1.1头部保护装置的发展历史用来保护使用者头部的保护装备，如遮阳帽、工程帽、运动头盔等，被广泛应用于交通行驶、运动、工作、军事等领域，在社会活动场景中发挥着重要作用。在近代工业化的生产活动中，煤矿工人、建筑工人等开始戴上安全头盔来保护头部。同时，头盔也延伸到很多运动项目中，如摩托车赛事、自行车比赛、滑雪运动比赛等。体育运动赛事的发展，促进了运动头盔的普及。早期很多运动员由于注重个人形象，不喜欢佩戴头盔。环法自行车赛历史上最早佩戴头盔的是著名运动员让罗比克（1947 年环法自行车赛冠军），其因幼年导致颅骨损伤，在比赛中偶尔会佩戴一个皮质小帽，以防脆弱的颅骨再次受到损伤。那个时代的真皮制品远比发泡塑料要容易制造，现在这种造型的皮头盔一般被称为“Danish Helmet”。由于这个不起眼的头部保护装备能够有效保护人的头部，许多运动员收稿日期：2 0 2 3-0 5-0 6*基金项目：广东省科技创新战略专项资金立项项目“攀登计划”(pdjh2023b0718)作者简介：洪思展，男，硕士，工程师，研究方向为产品创意思维、家电设计。30开始重视它并佩戴它，但受限于技术，其实际保护范围比较有限。1.2头部保护装置的功能属性保护头部安全是头部保护装备最重要的功能属性。结合当代的新兴技术，头部保护装备出现了各种细分市场。同时人们对头部保护装备的要求逐步提高，单一的头部安全功能已经远远不能满足人们在不同场景中的各类需求。随着现代化场景细分点的增多，人们对头盔的功能属性提出了更多的需求，如遮光、防晒、防雨、轻量化、保暖、防眩光、信息交流等。例如，在日常使用场景中，人们在骑行时往往会受到太阳光、降雨、夜晚霓虹灯的影响，使用者对头盔挡风玻璃提出了进一步要求，如遮光、防晒、防雨、防眩光等。在滑雪运动使用场景中，高速的个人手动滑行运动需要考虑重量对头部压力的影响，对头盔提出了轻量化需求、耳朵保暖需求、防眩光需求、与团队沟通交流的信息交换需求等。然而，在何种场景下，头盔的核心功能属性都是确保头部安全。1.3头盔的文化属性在中国古代，头盔被称为“兜鎏”，兜鎏种类多以形象设定，有虎头兜、凤翅兜鎏、骏貌兜鎏等，不同的动物形象代表不同的身份地位。例如，古代将军所佩戴的兜鎏，与士兵相比，制作工艺会复杂得多，其制作成本相应会更高。而功能单一的安全属性很难区分将军和士兵的层级关系，因此复杂的制作工艺水平赋予了头盔阶级文化属性功能。随着现代经济的不断发展，进人建筑工地的人员被要求佩戴安全帽。不同颜色的工地安全帽代表不同的职业或等级，如红色代表技术人员或管理人员，白色代表监理或甲方，黄色代表普通工人等。区分头盔颜色不仅有助于工地管理，还有益于规范工人的穿戴。由此可见，各类场景下的头盔具有阶级属性或团队建设的文化属性内涵。上海包装总第32 7 期2 0 2 3年第7 期智能包装?2符号化的语义运用2.1符号化在产品设计中的运用符号学与设计学结合，形成了一个独特的理论体系，被称为符号设计语义方法学。基于符号学的产品设计流程，符号化的运用范围很广，包括产品的造型、色彩、图案等，而符号学语义的产品运用在很多领域可以看到。例如，电池的正极、负极关系是里面材料的能量输出端口，摆放错了位置关系会引起短路或者发生其他安全问题，必须使用一个符号化的语义来表示输出端口的位置，除了“+”“二”符号，还特意增加了凸出的圆柱体和底部的平底设计，为视障人士判断电池的正负极提供了更为有利的辅助性产品语义设计。由此可见，符号化对产品设计非常重要，能帮助用户更加方便地理解和使用产品2.2产品符号化指导作用因素产品符号化就是将产品和服务转化为符号的过程，通过符号来交流与传递。交流与传递的实践中，产品的开发离不开规范化的指示文本。文本的性质，即符号，不是单一的图像或语言单元，而是一个包含多种元素和层次的复合结构。同时，符号的意义不是固定的，会随着文化和社会的变迁而发生改变。只有对文本进行符号化提炼，对使用场景中的诸多细分化情景进行合理运用，才能更好地发挥符号化产品的指导作用。结合现代头盔场景的发展历史和智能化头盔的设计方向，可以从传统头盔的造型、色彩、图案、灯光等方向进行符号化产品语义设计，为智能头盔的设计带来更多的便利性，更好地满足使用者在细分化场景下的不同需求。3智能头盔符号化语义运用3.1造型符号化语义智能头盔的现代化使用场景，以外卖员为研究对象更为合适，因为外卖员在当今头盔市场使用人群中占比较高。相关统计数据显示，2 0 2 0 年全国外卖员发生交通事故432 7 起，造成45 2 0 人次伤亡，其中电动车事故占比超过90%。分析这些交通事故的成因不难发现，很多外卖员在驾驶过程中未正确佩戴头盔、低头看导航定位、回复客户消息、接听电话等，最终酿成惨祸。由此可见，外卖员更需要一款功能完备的智能头盔，以确保自身安全，而符号化的产品语义在智能头盔设计中的指导作用尤为重要。造型上，头盔的大小不宜太大，以免增加体积和增加重量。研究显示，头盔质量的增加和质心位置的改变，会增加运动过程中的颈部载荷，从而加大颈部的损伤风险。此外，头盔的造型设计与汽车造型的设计一样，都需要考虑流体力学的影响。流体力学要求头盔的顶部造型不能是立面体形态，否则会增加风阻，影响驾驶者的注意力和增加头颅脊髓向后的压力，使上下颈椎的最大作用力和弯矩对颈部造成损害 3。而流线型的造型，可以减少风阻力。在造型语义上，流线型的造型保证了外卖员行驶的安全性。3.2色彩符号化语义人的肉眼在观察高速运动物体时，由于视网膜上的图像处理速度较慢，导致已经移动的物体的影像仍然会停留在视网膜上一段时间，这种影像在大脑中被持续处理，从而形成了视觉暂留效应。在高速运动的物体中，由于视觉暂留现象的存在，人们只能看到物体的运动轨迹而无法观察到物体的细节和颜色，以安全为首要目标的运动头盔产品，其颜色应当以艳丽为佳，这不仅能提高辨识度，还能提高色彩的反光能力，对后面和周边的车辆有提示作用。智能头盔在色彩的选择上，需要有差异化指示，包括驾驶员转向灯光色彩与中速频率、停车灯光色彩与慢速频率、加速灯光色彩与快速频率等。这种智能化的运用可以确保使用者在黑暗环境中的驾驶安全性。3.3图案符号化语义与传统头盔相比，智能头盔配备了各种传感器、内置通信设备和计算机芯片等高科技元件，能够实现更多的功能，如导航、语音控制、智能调节、即时信息、通信交流、碰撞检测等。在产品设计功能划分上，要符合人机工程学原理，基于驾驶电动车的运动场景，需考虑用户手指接触的按键大小、左右手势能活动的最佳范围、头部转动的角度与力度分析等。符合人机要求的前提下，根据用户对功能区的使用频率进行位置大小和功能的合理设置，满足运动场景下的盲操作行为。常用功能包括蓝牙连接、接听和挂断键、电量指示灯、转向灯、加速灯、刹车灯、交流灯、喇叭通风口等。从符号化的角度解读智能头盔功能，设置盲操作符号纹理。转向灯的设置区域，符号化应当有向左和向右的两个方向符号灯光，表明使用者的驾驶倾向行为意向。与汽车的橙色转向灯一致，能让汽车驾驶者快速理解头盔使用者的转向意识。加速灯可以作为正常行驶的向上绿色箭头灯光，表明驾驶者有意要超车31智能包装2023年第7 期总第3 2 7 期上海包装和赶时间的驾驶行为趋势。基于GPS定位系统判断加速灯与刹车灯的关系，刹车灯的设置采用红色的灯光，加以“X”提示后面车辆，头盔使用者即将减速行驶，保持前车车辆安全距离。喇叭通风口的设计造型上需要满足语音的播放和解决头盔佩戴的透风问题，也可以作为独立的耳机造型使用，以提高头盔闲置期间的利用率。4智能头盔的未来发展趋势4.1基于VR和AR技术的头盔发展趋势随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对虚拟现实（VR）技术的需求日益增加。头盔产品的设计一样离不开VR技术的使用，它可以提供身临其境的虚拟现实体验，使头盔的分辨率、响应时间、舒适度、可穿戴性和交互性等方面得到改进和提高。智能头盔设计在日后的复杂化的使用情景中将更加灵活多样化。VR技术通过获取驾驶员的注视信息，判断何时有必要警告驾驶员道路上出现的危险情况，以提高道路安全，减少交通事故的发生 5。同时，借助增强现实（AR）技术不仅能解决人的眼睛获取过多信息的疲劳感，还可以将大量信息图形化按照先后顺序展示，让使用者对驾驶过程中的重要信息进行更加有力的筛查，确保驾驶过程的安全性和合法性。结合头盔使用者在驾驶行为中所遇到的信息按照先后顺序优先级智能排序，是本文研究存在的难点。符号化的智能头盔产品语义能协助使用者理解相应的功能和使用方式，但各类信息的筛选需要AR技术的支持。借助软件和硬件将产品虚拟化，同步放映增强效果和重新塑造、处理过的影像，即结合真实驾驶环境，利用编程语言将数据内容具体化表现出来，加强其创新性。4.2头盔的多场景使用与未来设计方向头盔的使用场景很多，包括外卖员日常工作的活动场景、滑雪运动员在冰雪运动中的场景（见图1）工地生产领域的活动场景、医疗器械领域患者使用场景等。每种场景在功能上的要求会有所不同，侧重点的功能展示要因场景而异。在未来的设计方向中，头盔设计将更多运用5 G、VR、A R 等技术，使人们生产活动场景逐步优化，更图1滑雪运动员佩戴的智能头盔好地保护人们的生命安全。5结语综上所述，结合头盔的历史发展可以看出很长一段时间其设计核心在于安全性问题，现代多场景细分化的功能用途较多，单一解决安全问题的头盔不能满足使用者的真实需求。尤其是在外卖员日常工作或其他活动场景中，使用者对自身手机信息和外部交通车流量信息的处理等对头盔提出了更高的需求。因此，从符号学的角度，对产品的造型、色彩、图案等细节进行产品语义的解读，可以为智能头盔的下一代设计提供一定的帮助。而头盔使用者在驾驶过程中，高速运动情景中，对信息可视化和优先级别的更进一步处理需要AR技术的支持，这也是智能头盔未来发展的方向。参考文献1】华彬彬，朱兆华，姚君，等.结合头部模型库的骑行防护头盔参数化定制设计方法.机械设计,2 0 2 2,39(12):147-15 3.2 CHUMBLEY E M,STOLFI A,MCEACHEN J C.Risk factors forcervical pain in F-15c pilotsJ.Aerospace Medicine and Human Perfor-mance,2017,88(11):1000-1007.3柯鹏，诸斌，柳松杨，等.拦阻着舰过程中不同百分位人体颈部损伤风险的差异对比.医用生物力学,2 0 18,33(5):38 3-38 9.4 LEDEZMA A,ZAMORA V,SIPELE O,et al.Implementing agaze tracking algorithm for improving advanced driver assistancesystemsJ.Electronics,2021,10(12):1480-1482.5王朔,徐建,李闽平,等.基于VR的建筑行人交通行为数据采集与评价.南方建筑,2 0 2 1(6):32-37.6张文胜,岳康.基于VR的驾驶仿真及安全教育系统开发.计算机工程与应用,2 0 2 2,5 8(2 3):2 7 8-2 8 4.32