人工智能技术与纺织品设计相融合的跨学科人才培养实践

马颜雪，薛文良，丁 亦，董爱华，黄 荣，邹 婷

(东华大学 a.纺织学院；
b.信息科学与技术学院，上海 201620)

自2017年我国出台《关于开展新工科研究与实践的通知》以来，工科与其他学科交叉融合的跨学科人才培养成为我国新工科改革的重要内容之一[1]。2018年，教育部、财政部、国家发展改革委联合印发《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》，进一步强调要制定跨学科人才培养方案，探索跨院系、跨学科、跨专业交叉培养创新创业人才机制[2-3]。在新工科持续建设及科技飞速发展的背景下，纺织科学与工程作为典型的传统工科专业，急需通过多学科交叉融合创新，探索跨学科复合型人才培养的新思路、新方法、新模式。

2011年，我校(东华大学)纺织学院结合教育部“卓越工程师教育培养计划”重点打造纺织品设计本科专业方向，强调艺术设计、纺织工程与其他学科相融合，培养具有跨学科知识储备和创新能力的复合型人才[4]。然而，随着信息技术的快速发展及我国纺织产业持续不断的转型升级，纺织品设计人才培养面临着新的任务与挑战。因此，迫切需要培养能够将新材料、新技术用于纺织品设计的引领性创新人才。本文以我校纺织学院“人工智能技术与纺织品设计相融合的跨学科人才培养”教学改革为例，分析人工智能技术在纺织品设计中的应用现状与发展趋势，探讨纺织品设计跨学科人才培养的必要性及可行性，提出教学改革的思路及措施，总结跨学科人才培养实践成果。

近年来，在新科技革命和新工业革命等多重因素影响下，纺织产业呈现极限、多元、智能、绿色、融合、服务等新的发展主题。美国、欧盟、日本等发达国家及地区凭借其在互联网、计算机、人工智能、工业大数据等技术领域的综合优势, 在新一代纺织工程科技创新中占据主导地位，处于领先水平[5]。2016年，IBM公司推出的人工智能系统Watson与欧美时尚品牌共同打造了一款具有感知情绪变化功能的高科技定制礼服，吸引了无数眼球。2017年，韩国Handsome公司与Designovel公司合作首次推出人工智能设计的服装，并通过大数据分析预测流行趋势，构建了具有近60万件服装信息的数据库。2018年，微软(亚洲)互联网工程院联合中国纺织信息中心，将2019/20AW流行趋势通过微软小冰的情感化计算框架转化为纺织印花图案，并与国内多家知名纺织企业合作共同设计纺织产品。2019中国国际服装设计创新大赛中，一位“非人类设计师”获得亚军，并斩获“最受大众欢迎奖”，引起业界关注，而这位选手来自深兰科技DeepVogue服饰辅助设计系统。

由此可见，人工智能技术在纺织服装设计、数据采集与分析、情感交互等方面具有极大的优势，能够高效地提供大量创意设计方案，更加精准地预测流行趋势，定位产品需求，从而提高产品设计效率。虽然人工智能设计正在逐渐应用于国内外纺织服装领域，但是如何利用好人工智能技术仍然是当今设计师面临的挑战之一。目前，国内外已有高校在尝试将人工智能与工科、设计类人才培养相结合。2017年，美国麻省理工学院与IBM公司联合打造Waston人工智能实验室，探索人工智能(AI)算法及其在工业领域的应用[6]。2018年，同济大学设计创意学院成立了设计人工智能实验室，致力于数据、计算、网络和人工智能与设计学的交叉研究，通过课程教学，培养新一代设计创意人才。然而，在纺织品设计领域，既具有纺织专业知识，又掌握人工智能技术的复合型人才匮乏，这无疑限制了该领域的创新发展。因此，本文主要结合课程教学改革，采用人工智能技术与纺织品设计相融合的教学方式，尝试将信息技术融入纺织品设计过程，以培养跨学科专业设计人才。

针对人工智能技术引入纺织品设计跨学科人才培养中存在的问题，以及纺织产业升级与纺织产品创新对人才的需求，构建“跨学科理论学习+产品设计实践”人才培养模式，如图1所示。

图1 跨学科人才培养思路

目前，我校纺织品设计专业方向设有9门专业平台课、2门专业核心课以及多门专业特色选修课。由于跨学科人才培养路径具备高度的融合性，在师资队伍和课程体系方面均需要广泛、深入地融合[7]。因此，在纺织品设计跨学科人才培养实践过程中，通过纺织学院和信息科学与技术学院(以下简称信息学院)师生的联动，将人工智能知识融入纺织品设计相关特色课程与校内实践课程。

以“提花产品设计与开发”课程为例，除了讲授纹织物设计与织造生产相关的纺织专业知识外，课程还在纹样设计部分引入人工智能技术基本概念。传统的纹样设计教学内容主要包括纹样题材、构图方式及设计软件操作等，改革后的创新课程尝试要求学生利用人工智能技术完成产品市场分析与纹样创意设计。在理论课程学习的基础上，依托“综合训练”和“毕业设计”等实践课程，以纺织学院和信息学院两个学院学生自由组队和定向选拔的方式，形成创新设计小组，共同开展设计实践项目，以进一步培养学生的创新应用能力。两个学院开展联合授课与实践项目，一方面可利用人工智能技术中的以图搜图和网络爬虫技术，进行市场趋势调研和竞争产品分析，更加精准地定位产品需求和消费人群；
另一方面，要求学生利用风格迁移技术完成创意纹样图案设计，再根据纺织加工工艺技术要求，对AI生成的创意图案进行二次创作。学生在设计过程中充分利用人工智能技术，完成最终的创意纹样设计，最后采用数码印花或提花等工艺实现面料打样。

从市场分析、创意图案设计到纺织工艺设计再到样品制作，形成完整的设计实践流程，真正打通了理论教学与实践训练。通过信息与纺织两个学科的联动，促进纺织品设计专业方向学生对信息化、智能化技术的掌握与应用，提升了学生的创新思维与实践能力，使学生能够以市场需求为导向，将智能技术与纺织工艺相结合，进行纺织品创新创意设计。与此同时，不同专业背景学生的团队合作，不仅能够培养学生的协作精神与沟通能力，而且不同思维方式的碰撞也有利于学生创新能力的提升。

1.依托特色课程的设计作品

基于“提花产品设计与开发”课程改革内容，依托上海鼎天时尚科技股份有限公司与上海水星家用纺织品股份有限公司开展课外实践。以产品设计项目的形式组成了5个创新设计小组，每个小组由2名或3名纺织学院学生和1名或2名信息学院学生组成，并由两个学院的教师共同给学生授课，针对不同的设计主题及产品需求，结合纺织工艺及人工智能技术，完成了8个系列的纹样创意设计。图2为其中一个系列的纹样设计方案，该设计以敦煌壁画中的九色鹿为主题(图2a)，采用两种几何纹样作为设计风格(图2b和图2c)，利用AI设计的风格迁移技术，快速生成了风格多样、色彩绚丽的系列纹样图案(图2d和图2e)。

图2 基于风格迁移技术的图案设计案例

2.依托实践课程的设计作品

在产品设计实践项目中，依托纺织学院本科高年级学生必修实践课程“综合训练”与“毕业设计”，联合信息学院师生，共同开发了“基于风格迁移的定制化纺织品设计系统”。该系统利用风格迁移技术，用户通过选择系统中已有的风景图片和设计风格图片，可快速生成创意图案，并利用数码印花技术实现T恤、帆布包等纺织品图案的定制化设计与制作。如图3所示，在系统界面(图3a)中，用户可以选择具有东华大学校园特色的照片为内容图(图3b)，结合系统已有的图案风格，生成具有优化风格的校园风景设计图(图3c)，然后将图片导入数码印花机，最后制作成个性定制化T恤(图3d)。

图3 基于风格迁移的定制化纺织品设计系统

面对信息技术快速发展的趋势和我国纺织产业未来发展的需求，将信息化、智能化技术融入纺织产品设计过程，对提升纺织品设计能力，提高产品附价值，促进传统纺织产业升级具有重要作用。我校在跨学科人才培养的探索过程中，着力打破目前纺织品设计人才培养只注重专业训练的局限性，引入人工智能技术，将其与纺织工程专业知识深度融合，并以纺织学院纺织品设计专业方向人才培养为例，通过与信息学院师生合作，围绕特色课程建设和设计实践，探索纺织品设计跨学科人才培养模式，以培养具有以市场需求为中心的设计思维，具备人工智能创意设计能力并掌握扎实纺织工艺技术的复合型纺织品设计人才。