中文摘要：

传统计算机辅助设计系统重在建模；计算机辅助草图设计系统也重点支持草图绘制，缺乏对草图设计过程中创新设计本身的支持。作为产品设计中最重要的活动之一，草图对于概念定位、发展、表达、推演、形成都有着不可替代的地位和作用，草图设计过程和创造性密不可分。草图思维，即"绘制图形帮助思考"，是从认知的角度对草图行为的描述。本项目以"面向产品设计的草图思维计算模型"为主题，将采用眼动等认知实验研究产品设计的草图认知和行为规律，采用形状文法将草图思维进行形式化的表达，设计实现相应的草图表现及创意启发、思路逆推和创意拐点发现等草图演化算法，采用模式识别和基于上下文感知的自适应交互技术解决草图思维计算过程中的人机交互问题，建立支持草图思维计算的"设计环-交互环-计算环"人机交互三连环模式，从而为计算机辅助草图设计软件的开发提供依据，也加深对设计思维的理解。

结论摘要：

草图是产品设计中最重要的活动之一，对于概念定位、发展、表达、推演、形成都有着不可替代的地位和作用，草图设计过程和创造性密不可分。计算机辅助设计系统作为重要的设计工具被广泛应用于产品设计领域，但传统计算机辅助设计系统重在绘制和建模而不是设计，侧重于设计过程的相对后期阶段、采用程序员熟悉而非设计师需要的交互界面、只得到最终模型却忽略设计过程。因此，传统计算机辅助设计系统并没有对设计这一创新过程进行有效的支持，甚至有可能阻碍设计过程的连续创新。草图思维，即“绘制图形帮助思考”，是从认知的角度对草图行为的描述。本项目以产品设计中的草图思维为研究主题，采用眼动、脑电、行为等实验研究产品设计的草图认知和行为规律，探索草图与草图思维过程的形式化表达，及相应的草图表现及创意启发、思路逆推和创意拐点发现等草图演化算法，以建立面向产品设计的草图思维计算模型。采用设计辅助系列实验，探索草图过程中设计师需求，以建立支持草图思维计算的“设计环-交互环-计算环”人机交互三连环模式。本项目建立了以创意拐点理论为基础的草图思维模型。草图是一个“脑—手—眼”三者的循环过程，且草图思维以创意拐点为中心，草图表达以创意拐点外在行为为中心，草图过程眼动主要关注创意拐点。通过分析创意拐点附近的行为规律，本项目设计开发了可以识别创意拐点的计算机辅助草图设计原型系统。此原型系统以树结构组织创意拐点，将草图过程抽象为包含多个设计路径的创意拐点树，实现草图过程及草图思维建模。依托此草图过程模型，项目从辅助信息呈现、设计演化层级、设计历史重用三个方面研究了草图中人机交互辅助模式，分析了设计师在不同草图状态，探索不同层级设计内容时的行为差异。在设计师卡顿时呈现的辅助信息激发更广考虑，在表达时呈现的辅助信息被直接利用；设计师接受不相似目标，忽视不相似功能，探索新结构。最后，项目开发了众包草图辅助设计原型系统，验证了其辅助设计过程创新的效果。支持草图思维计算的创意拐点草图模型更好的呈现了设计思维，为草图过程的创意激发提供了理论基础；针对草图人机交互过程的研究揭示了有效的设计辅助模式，为计算机辅助草图设计软件的开发提供了依据。