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人工智能驱动的创新设计是未来的趋势

范文

胡洁，教授，博士生导师，上海交通大学设计学院执行院长，创新设计研究院院长，教育部“长江学者奖励计划”青年学者，国家社科基金重大招标项目“设计形态学研究”首席专家，上海交通大学“创新设计”双一流学科群负责人、“设计学”博士点负责人，兰州理工大学副校长（挂职）。中国工业设计协会副会长、上海市现代设计法研究会副理事长、中国数字艺术设计专家委员会副主任、中国电子视像行业协会数字影像创意委员会副会长、中国数字艺术设计专家委员会上海专委会主任、全国高校人工智能艺术专家委员会副主任、中国工业设计十佳教育工作者、上海交通大学本科教学指导委员会委员。

在胡洁教授看来，人工智能经历了六十多年的发展，可谓“人工智能六十年，老夫聊发少年狂”，如今焕发出勃勃生机，成为引领科技进步的弄潮儿，也带动了很多行业的发展与进步。不同于计算机时代和互联网时代，人工智能时代的最大特点是创新，因此，人工智能驱动的创新设计是未来的趋势。

《设计》胡洁

《设计》：请您介绍下上海交大设计学院的办学特色。

胡洁：上海交通大学设计学科具有悠久的历史，特别是在上海交通大学知名校友钱学森的建议与推动下，设计学科得到了很大的发展，艺术与设计（Art&Design）学科的Q5国际排名在2015和2016年连续两年进入了全球50强。2017年12月，我受学校领导委托，负责整合上海交通大学设计学科资源，筹建设计学院，整个学院包括三个学科：设计学，建筑学和风景园林。作为上海交通大学“设计学”学科带头人，我负责了上海交通大学“创新设计”双一流学科群的建设工作。该学科群是上海交通大学17个“双一流”学科群之一，旨在着力建设四个“一流”：汇聚一流设计类人才，构建一流设计学科交叉平台，形成若干一流研究方向，打造一流国际设计学科交流平台。设计学院抓住了这次“双一流”学科建设的历史机遇，在以下三方面建设具有交大特色的设计学科。

特色1：面向未来，注重交叉。

强调科学与艺术的融合，培养面向未来的创新型人才。面向国家的创新驱动发展战略和《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中提及的10万亿级战略性新兴产业：高端制造、数字创意、绿色低碳，通过交叉融合，实现“设计+高端制造”，即高端装备的智能与创新设计;“设计+数字创意”，即数字创意设计;“设计+绿色低碳”，即可持续性生态设计。

特色2：面向行业，强化实践

强调设计与产业的结合，打造面向行业的独创性成果。面向国家重大战略需求，对接战略性新兴产业，重点围绕高端装备、汽车、航空航天产品、舰船的发展需要，建立创新设计学理论体系，力争取得重大标志性成果，最终形成重点行业影响力。我在设计学院建立初期，创建了上海交通大学创新设计研究院并担任院长，依托国家级创新创业基地，构建服务于设计科学研究的公共平台。

特色3：面向国际，设计创新

强调教育与学术的国际化，建设面向国际的设计学院。依托上海交通大学在国际化方面的优势，以及上海交通大学一流的生源、一流的研究成果，设计学院将在与国外知名设计院校已有的合作基础上，进一步拓展合作空間，打造国际化教育高地，汇聚全球顶级学者与设计大师，创建有鲜明交大特色、国际一流的设计学院。

《设计》：2017年您作为首席专家获批国家社科基金重大项目“设计形态学研究”，研究目标是在已有成果的基础上，通过设计形态学与哲学、仿生学、心理学、美学、信息学、工学的融合，建立系统完善的设计形态学理论体系与应用示范。请您从跨学科的角度谈谈科技与艺术如何能够达到完美融合。

胡洁：设计实质上是多学科融合创新的过程，也就是说，科技与艺术的完美融合，促进了设计过程的不断创新。以我主持的国家社科基金重大项目“设计形态学研究”为例，实质上是信息科学、心理学、仿生学等与艺术的交叉融合。从历史的维度看，设计形态学的演进过程，从最早的艺术形态学，到从生物学、艺术学、心理学、工学等角度研究设计形态学，进而到我的项目所提出的多学科融合的广义设计形态学，这是一个科学与艺术交叉融合的过程。传统设计形态学研究，重点关注产品、建筑、平面、艺术品等造型设计与美学关系，强调形与态在哲学上的统一，突出设计美学思想。其实，产品形态设计过程是艺术、造型、功能、结构、装饰、色彩等相互交融的过程，必然与其他基础学科如仿生学、心理学、信息学、工学等有紧密关系。但目前相关研究尚未涉及设计形态学与其他基础学科之间相互作用的关系，尚未形成涵盖多科学范畴的设计形态学理论体系，故无法有效地指导设计师进行创新性工业产品形态设计。因此，我主持的国家社科基金重大项目将依托多个基础学科，建立融合其他基础学科知识、完整的设计形态学理论体系，构建设计形态学设计方法论和评价方法论，有效地指导设计者进行创新设计。具体的融合包括：融合仿生学方法提出生物激励模式下的设计形态创新，融合心理学方法提出需求驱动模式下的设计形态创新，融合信息学方法提出客观量化的设计形态评价，融合工学思想提出设计形态学在工业产品设计中的应用等。

《设计》：2019年10月，国际智能创新设计研究中心在上海交大成立。您认为人工智能将为创新设计带来怎样的发展前景？

胡洁：2019年10月17日上午，国际智能创新设计研究中心在上海交通大学正式成立，我担任该中心的首席科学家。国际智能创新设计研究中心由上海交通大学设计学院、上海交通大学电子信息与电气工程学院联合发起，借助了上海交通大学人工智能技术与设计学科的优势，实质上是"工智能+设计”。该中心将积极推进上海交通大学“创新设计”、“智慧工厂与工业互联网”世界一流学科群建设，加强创新设计研究院、系统控制与信息处理教育部重点实验室的合作，集聚交叉学科、科研、人才力量，提升上海交通大学智慧工厂创新设计的国际影响力。

《设计》：请您介绍下国际上人工智能与创新设计深度融合的典型案例与发展趋势。

胡洁：人工智能与创新设计的融合经历了两个境界。第一个境界是“学习”：人工智能通过学习来解构这个世界和认知事物，实现从浅层到深层不断提炼语义的目标;第二个境界是“创新”：人工智能通过无监督学习实现了创新设计。

目前国际上人工智能与创新设计的深度融合表现在产品设计的不同阶段。早期的创意激励过程中，人工智能可以起到辅助设计者快速定位需求，以文字、图片、文档等形式提供需求相关的设计信息;在中期的设计生成过程中，人工智能可以通过多种无监督学习的方式，通过计算生成特定形式的设计产品，包括设计草图以及设计模型;在后期的设计评价过程中，人工智能可以通过神经网络等方式进行自动评价，从而帮助设计者在大量自动生成的设计中找出有价值的设计。近年来，在这些融合方式中，设计生成的研究与应用尤其引人注目。

麻省理工学院Joshua B.Tenenbaum教授团队于2016年提出利用三维的生成对抗网络学习三维模型的概率空间表示。该网络通过无监督的方式学习从低维的概率空间到三维对象空间的映射，从而使我們可以在没有参考图像或CAD模型的情况下生成出新的模型。由于网络能够在低维的概率空间中对语义知识进行编码，因此，通过低维空间向量的运算操作即可以实现对应三维对象空间中模型的变化。

另一项人工智能与创新设计的深度融合应用是跨模态的设计生成。密西根大学Honglak Lee教授团队于2016年开发了一种新颖的GAN架构，有效地桥接了文本和图像建模，将视觉概念从字符转换为像素。利用该架构可以从详细的文字描述中产生鸟和花的图像。斯坦福大学Silvio Savarese教授团队于201 8年进一步开发了利用文字描述生成设计模型的GAN架构，这些生成的设计模型包含了不同的图像、纹理以及形状。

人机交互的创新设计也是发展趋势之一，其目的是让人与人工智能协同合作，共同参与到设计中去，从而得到更好的设计作品。例如，普林斯顿大学Thomas Funkhouser教授团队于201 7年提出了一种基于3D-GAN的人机交互的产品建模设计方法，通过人为编辑与模型自动生成的多轮迭代，产生更接近真实世界的创新设计。

《设计》：人工智能在诸多方面能够取代人力，这在带来便利的同时也给一些行业带来了危机，这其中甚至包括了艺术和设计，您如何看待这个趋势？设计师应当掌握什么样的知识和能力来应对时代的变迁？

胡洁：人工智能经历了六十多年的发展，可谓“人工智能六十年，老夫聊发少年狂”，如今焕发出勃勃生机，成为了引领科技进步的弄潮儿，也带动了很多行业的发展与进步。科学和艺术可以相互融合，人工智能和创新设计，一个属于科学，一个属于艺术，它们之间也可以做到完美融合，目前的技术水平已经可以做到人工智能驱动的艺术设计。字面上看，人工智能（Artificial Inte…gence）的前三个字母就是艺术这个单词“ART”，而人工智能也是首先在艺术设计领域开花结果，引起世界瞩目的，可见人工智能的发展一直和艺术有着紧密的联系。

不同于计算机时代和互联网时代，人工智能时代的最大特点是创新，因此，人工智能驱动的创新设计是未来的趋势。人类创新的源泉是无监督学习，而人工智能已经初步突破了人类所特有的无监督学习，例如，伊恩，古德费罗（lan Goodfellow）于2014年提出的生成对抗网络（GAN，Generative Adversarial Nets）实现的无监督学习，使人工智能驱动创新设计成为可能。GAN的出现为人工智能提供了艺术创作的源泉和途径，而具有强大运算能力的计算机则为人工智能高效、稳定、持续的艺术创作提供了源源不断的驱动力。2018年10月，佳士得纽约拍卖会上，由人工智能创作出的画作《贝拉米伯爵》拍出了43.25万美元（约合人民币300.98万元）的惊人价格，而其右下角的一串神秘公式正是其作者的签名一一生成这幅画作的GAN所使用的损失函数。目前，人工智能的艺术创作早已突破绘画领域，它惊人的创造力已经被应用在人脸生成、漫画设计、室内设计、海报设计、雕塑创意、服装设计、产品设计等众多领域当中。

2017年7月8日，为了抢抓人工智能发展的重大战略机遇，构筑我国人工智能发展的先发优势，加快建设创新型国家和世界科技强国，国务院印发并实施了《新一代人工智能发展规划》。人工智能从此得到国家的大力推广，我国从此进入了“人工智能元年”。因此，设计师在掌握设计知识和能力的基础上，有必要了解和熟悉人工智能这一有效的工具，通过科学与艺术的融合，人工智能与设计师的融合，去驱动艺术设计的不断创新。

《设计》：您认为我们的设计教育应当如何迭代以跟上时代发展的步伐？

胡;吉：从历史发展的维度来看，工业界经历了四次工业革命，分别是蒸汽技术革命、电力技术革命、信息技术革命和智能技术革命;教育界也经历了四次范式革命：第一次革命是技术范式，重视工程实践，强调技术应用和实践操作，以培养现场工程师为目标;第二次革命是科学范式，高度重视数学和科学，强调科学和理论分析，工程师的培养模式与科学家的培养模式趋于雷同;第三次革命是工程范式，强调教育的系统性和整体性，努力平衡理论和实践，实现知识、素质、能力的均衡发展，追求教育利益相关者的最佳满意度;目前，教育面临第四次范式革命，以应对社会与经济的高速发展，培养面向未来的创新型人才。

设计教育的创新理念正好迎合了第四次范式革命，我认为以下几点值得注意。1）在建设愿景方面，设计教育应该兼顾面向新经济、新行业与未来创新能力培养，加强科学与艺术交叉，鼓励课程创新，加强校企合作培养，并努力布局新方向，最终形成以学生为中心，通过价值引领、知识探究、能力建设、人格养成四位一体的人才培养模式，培养面向未来的创新型人才;2）在课程改革方面，应该“夯实基础、注重交叉”，构建创新人才培养平台，既要加强设计专业基础课程的学习，又要注重交叉融合，包括专业融合、课程融合、教师融合、学生融合;3）在实践改革方面，应该不断加强与工业界的紧密联系，在学生的课程设计和毕业设计中引入企业实际项目，积极引导和鼓励优秀学生参加企业竞赛和国际大赛，并加强与国外高校及企业的紧密联系，组建国际化产学研教学平台。

《设计》：面对科学技术的迅速发展，高校教师如何保持领域内领先的状态？

胡洁：当前，我国正加快建设创新型国家，以科技强国支撑现代化强国。创新的源头在设计，我国政府高度重视设计产业的发展。在《中国制造2025》中明确提出要大力发展产品设计行业，并出台了《关于促进工业设计发展的若干指导意见》等一系列政策措施文件，将产品设计提升到国家战略层面，大力促进国内设计相关产业发展。因此，高校教师责无旁贷，要肩负起提升创新设计能力的重任，落实创新驱动发展战略，提升中国制造的竞争力，实现从“制造大国”向“创造强国”转变。

科学技术的不断发展，推动了设计的进化;同时，设计的进化，也牵引着科学技术的不断进步，两者是相辅相成的关系。对于从事设计教育的高校教师，首先要坚持设计的本源，从设计的角度去架构设计的理论体系;然后要善于吸纳新的科学技术，兼容并蓄，做到多学科交叉融合的创新设计。高校教师如果能很好地做到多学科的融合，就能很好地做到设计引领时代发展。例如，设计学与仿生学融合，可以实现生物激励的创新设计：设计学与心理学融合，可以实现需求驱动的创新设计;设计学与信息学融合，可以实现定量化的设计解综合评价。

《设计》：中国智造在5G时代要实现对国外的赶超，科技的发展占据了核心位置，那么设计的价值如何体现？

胡洁：无论是5G时代还是人工智能时代，设计都有其独有的价值。设计不是科技的附属，而是引领科技进步的动力。设计实质上是需求驱动的创造未来的过程，是系统工程，也是顶层设计。以面向未来的无人驾驶车的设计为例，设计完全驱动整个创新过程，不仅遵循了用户的需求，更引领需求，从而为人工智能技术、5G技术、物联网技术等高科技铺设了广阔的平台。试想—下，如果没有设计为核心的创新驱动，这些技术如何集成与融合，去实现需求驱动的创新设计？因此，从广义上讲，设计从顶层整合了技术，去设计未来;从狭义上讲，设计与科技融合，相辅相成，去实现产品创新。

《设计》：对于毕业生来说，如何才能将学业与工作岗位无缝衔接？您是如何看待设计专业的学生创业的？

胡洁：社会上希望毕业生不仅能够适应新经济、新技术的飞速发展，而且能够引领未来、创造未来。因此，广大学生在学校学习期间不仅要重视基础理论与专业的学习，更要重视开拓精神、创新能力、终身学习能力的培养，这样才能将学业与工作岗位无缝衔接，适应不断发展的新经济和引领未来的需要。随着社会的不断进步，设计领域面临的问题的复杂度也在提高，需要大量的复合型的设计类人才，以应对日益复杂的创新设计。

为了实现学业与工作岗位的无缝衔接，有必要在学校期间培养学生的创新思维与创新能力。我在上海交通大学的创新思维培养的教学改革就是一个尝试：我从2008年开始在全校范围内开设本科课程《创新思维与现代设计》，十多年来，积极推动该课程的教学改革：首先，培养学生的科学与艺术的交叉融合意识，问题驱动的创新思维意识，实现创新思维育人;然后，培养学生掌握现代产品与系统的创新设计理论与方法，提高学生的创新设计能力，通过引导、实践与讨论相结合，辅导学生分组完成一个从需求分析到创意，再到概念设计的实践，实现创新实践育人;最终达到培养面向未来的创新型人才的教育目标。十年磨一剑，2018年，该课程成功入选上海交通大学致远荣誉核心课程。通过这门功课的学习与实践，培养了学生创新思维的意识，提升了创新设计的能力，有助于他们更好地融入今后的工作岗位。一位学生在课程评价中写下了下面的感想，“出于对创新的热情，我选择了这门课。这门课也的确没让我失望，老师向我们介绍了创新的许多要素，从需求的发现到设计的方法，再到创新实例的分析，每一课都让我收获颇深。需求就在我们身边，只有主动发现需求，才有创新创业的机会。”

设计专业的学生创业更具有优势，也有诸多的挑战，机遇与挑战并存。一方面，从宽度上，需要设计专业的学生拓宽自己的知识领域，从“大设计”的视角考虑问题，跳出狭义的设计领域的创业，通过设计引领未来，融合多学科知识，去创造更多面向未来的新的领域。另一方面，从深度上，需要设计专业的学生不断挑战自我，持续改进，将创新作为创业的原动力。为了提升设计专业的学生创业，上海交通大学设计学院在2018年做了一个新的尝试，依托国家级的创新创业基地，成立了创新设计研究院，旨在打通创意、创新和创业，打造一流设计创新人才孵化、学科融合以及创新创业培育平台。通过创新设计研究院，加强了设计学院学生的创新创业实践教育，以就业引导为导向，注重把实践育人和就业引导相结合，完善就业引领工程，鼓励学生到关键领域和行业就业。

《设计》：您目前挂职兰州理工大学副校长，请谈谈您对于振兴西部设计的设想与实践？

胡洁：2019年5月我受教育部委派，到兰州理工大学挂职副校长，旨在推进东部的高校人才培养优势对西部高校的辐射作用，实现东西部高校的融合与交流，优势互补，为甘肃的经济发展培养优秀人才。挂职期间，我联系的学院是兰州理工大学设计艺术学院，对于引进东部的设计资源，结合西部的特色，振兴西部设计充满信心。兰州理工大学成功组织了2019年教育部高等学校工业设计专业教学指导委员会年会暨全国工业设计教育研讨会，会议主题是“丝路文化与当代设计”，这是国内工业设计领域的盛会，在西部召开，会有效推进西部大设计振兴。同时，依托我的国家社科基金重大项目“设计形态学研究”，结合甘肃省的特点，提出敦煌设计形态学的研究思路，并于2019年12月在兰州理工大学主办了“全国工业设计一流专业建设暨敦煌设计形态学学术研讨会”，来自全国各地的专家学者及师生代表共计250佘人参加了此次会议。会议深入探讨了甘肃的历史文化资源转化为公共文化建设、特色文化产业发展和地域振兴的内生动力，并聚焦工业设计一流专业建设，提出了新时代背景下工业设计专业的调整优化模式，对弘扬敦煌文化和推进工业设计专业特色发展有重要意义。在此次研讨会的基础上，积极联合上海交通大学共建敦煌设计形态学研究院，让敦煌这颗璀璨的明珠焕发出新的活力，有力推动着甘肃省为代表的西部设计的振兴。同时我也积极推动西部文化在东部的传播，精心打造和主講上海交通大学本科课程《敦煌文化》，推动西部文化在东部的传播，提升上海交通大学的美育教育。

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