基于脸部审美规则建立的汽车前脸评价模型

       一、引言：为什么从人脸入手研究汽车前脸
　　（一）对汽车缺乏审美经验的消费者来说，汽车前脸的审美偏好是人脸审美的延伸
　　2002年随着中国加入WTO，中国汽车市场进入私车时代，这是中国普通消费者第一次真正接触汽车文化。与欧美国家消费者长期接触和成长与汽车文化不同，大多数的消费者对汽车文化不了解、对汽车技术不了解、也对汽车造型的审美懵懵懂懂。
　　不懂汽车的人是如何判断汽车的美与丑的？很大程度上他们会借鉴他们已有的审美经验。对他们来说最熟悉的莫过于汽车前脸这张“脸”，他们在判断一辆车的设计所传达的信息时，往往将他们对人脸的审美经验扩展到汽车前脸上来。
　　（二）以设计人脸脸谱的视角设计汽车脸谱
　　消费者以看人脸的方式看汽车的前脸，这也要求汽车前脸的设计无论是表情还是面相都不能触犯人脸审美的忌讳（比如中国文化中所谓的“凶相”或是流行文化中的“小三脸”等）甚至还应主动迎合人们对于脸的审美偏好。
　　这要求汽车脸谱的认知研究加入设计前期研究工作中去。而本文即着力于为这一研究提供量化的基础，建立一个与人脸相对应的汽车前脸模型，以供脸谱设计和脸谱认知研究应用。
　　（三）人脸的量化模型研究成果丰富，值得借鉴于汽车脸谱量化模型中
　　计算机领域对如何提取人脸中的关键点、线、面有系统的、量化的方法，心理学领域也有许多研究测试人对于不同表情不同面相的心理反应。他们的研究历史更长、方法更精确。
　　近年，感性工学的方法渗透到产品脸谱设计的研究中，这些研究中对于“表情”和“面相”还处于定性研究的阶段。借鉴人脸研究的成果，探究如何定量地、理性地研究产品脸谱设计将对产品设计实践有深远的指导意义。
　　总而言之，人脸研究与汽车前脸设计研究具有潜在共通性，而人脸研究的理论更完整成果更丰富，这是本文选择从人脸模型入手构建汽车前脸模型的原因。
　　二、人脸审美研究模型
　　人脸检测、表情识别技术的第一步都是提取人脸的视觉要素。要素提取的方法可以为汽车前脸要素提取做借鉴。
　　（四）人脸要素的提取方法：现状
　　人脸检测技术主要分为四种：基于知识的，基于特征的，基于模板匹配的，和基于统计模型的。其中前三种都涉及人脸要素提取的步骤，提取的方法如下：
　　基于知识的要素提取方法
　　这一方法的核心是将人脸图像做径向编码，并将其各个小块里的灰度与人脸/表情模板做比对，以此实现人脸识别和表情识别。基于特征的要素提取方法
　　这种方法是先用寻找人脸的不变特征进而对人脸进行分析。典型的人脸用五个特征（两只眼睛、两个鼻孔和鼻子与嘴唇的连接处）来描述。
　　基于模板匹配的要素提取方法
　　这一方法是基于关键点分布模型（PDM）的，即将人脸的几个关键部位用一系列的坐标点来表示，从而组成以坐标向量为集合的训练集。
　　最常用的关键点的定义方法是29点模型（L.G.Farkas，J.C.Posnick，&T.Hreczko，1991），即定义眉毛（2号和4号、7号和8号点）、眼睛（11号和14号，12号和13号，15号和16号点）、鼻子（18号和20号点）、耳朵（5号和10号、17号和21号点）、嘴唇（22号和24号、25和27号点）、脸宽（6号和9号点）共29个点，如图1。

研究者根据不同的研究目的基于29点模型调整关键点的设定。他们已经扩展至多个视角的图像，如图2。
　　基于这些点，可以分析人脸的关键距离参数和位置参数。也可以由点构成脸部的各个块面来做进一步分析（如图3）。
　　基于模板匹配的提取方法是主流和趋势
　　基于模板匹配的提取方法在近年的研究中被应用最多。提取出的关键点能准确反应人脸的视觉映像，且位置易于量化，做进一步的定量研究。本文将以29点模型为基础建立汽车前脸的评价模型。
　　三、基于关键点的汽车前脸审美评价模型
　　人脸29点模型以从轮廓（脸高、脸宽）到五官（眉毛、眼睛、鼻子、耳朵、嘴唇）的顺序定义了人脸的全部关键点。本研究将这一方法移植到汽车前脸上。
　　（一）定义汽车前脸轮廓的关键点
　　点1和2定义了前脸高度，他们分别是汽车正前视图的最高点和最低点。
　　点3和4定义了前脸脸颊的宽度，他们分别是前视图中翼子板最突出处。这两个点的水平距离代表了前脸脸颊的宽度，他们垂直方向上的位置也代表了前脸“颧骨”的位置。如图4以08款福特福克斯为例。
　　（二）定义汽车前脸主要元素的关键点
　　在人脸中，关键点描绘了眉毛、眼睛、鼻子、耳朵和嘴唇；相对应地，汽车前脸的关键点描绘引擎盖后缘、前大灯和格栅，其中作为耳朵的后视镜由于对前脸造型影响较小暂不列入其中。
　　1 作为眉毛的引擎盖后缘特征线
　　这一部分是大灯和引擎盖之间的转换和过度，类似于眼眶、实现眼睛和额头间面的转折。这个这面看似是一条特征线，其实由两个线条构成，所以需要4个关键点来描述（见图5）。

    点56和点78描绘出的这两条特征线有时如图8这样接近平行，有时则方向不同（如图9左，奥迪A1），有时甚至只出现一条（如图9右，本田第九代思域）。但即使在这种情况下，这条隐形的特征线仍然存在，并且点5和7的位置对前脸的外形有决定性的作用。总之，这一面的转折形式多变、作用关键，用4个点描述是非常必要的。
　　2 作为眼睛的前大灯
　　人脸模型中用两个眼角点和一个眼球中心来描述每个眼睛；而汽车前脸中，作为眼睛的前大灯形态则更复杂。本文参照人脸模型的思路，用定义外轮廓和眼球的方法定义前大灯造型。
　　造型简单的大灯轮廓接近矩形，用四个关键点描述；另有一点定义大灯主灯光的位置（见图10）。

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