基于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的博物館導(dǎo)覽系統(tǒng)應(yīng)用研究

張馨文 章 立 （江蘇省無(wú)錫市江南大學(xué) 214122）

博物館是征集、典藏、陳列和研究代表自然和人類文化遺產(chǎn)的實(shí)物的場(chǎng)所1。在我國(guó)博物館中，信息多以單一的形式展現(xiàn)在參觀者面前，無(wú)法刺激參觀者及時(shí)的將接收到的信息結(jié)合具體體驗(yàn)。混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種新興的技術(shù)展示形式，具有虛擬結(jié)合現(xiàn)實(shí)，輸入結(jié)合輸出的主要特征。將混合現(xiàn)實(shí)與博物館導(dǎo)覽相結(jié)合，設(shè)計(jì)符合博物館內(nèi)容的導(dǎo)覽系統(tǒng)。通過(guò)混合現(xiàn)實(shí)導(dǎo)覽引導(dǎo)參觀者在博物館中進(jìn)行自發(fā)性、探索式和合作式的認(rèn)知過(guò)程。

一、博物館數(shù)字導(dǎo)覽系統(tǒng)發(fā)展的問(wèn)題

目前，我國(guó)博物館數(shù)字導(dǎo)覽系統(tǒng)的內(nèi)容選擇目前有以下問(wèn)題：第一，博物館講解系統(tǒng)涉及內(nèi)容和知識(shí)體系性較弱，講解內(nèi)容過(guò)于基礎(chǔ)和空洞；第二，大部分博物館的講解內(nèi)容覆蓋面相對(duì)較小，大量展品沒(méi)有針對(duì)性的講解內(nèi)容；第三，博物館導(dǎo)覽系統(tǒng)內(nèi)容與博物館展出實(shí)物之間關(guān)聯(lián)度較弱。博物館導(dǎo)覽與混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合能夠彌補(bǔ)現(xiàn)博物館導(dǎo)覽的缺陷，提升博物館導(dǎo)覽的實(shí)用性。

二、認(rèn)知理論下數(shù)字導(dǎo)覽的作用

根據(jù)認(rèn)知心理學(xué)的認(rèn)知原則2，博物館的數(shù)字導(dǎo)覽在認(rèn)知過(guò)程的形成中應(yīng)有以下主要作用：數(shù)字導(dǎo)覽系統(tǒng)充分結(jié)合博物館情境，在認(rèn)知過(guò)程中對(duì)大腦的生理結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接和間接的刺激，促進(jìn)認(rèn)知活動(dòng)的全面展開(kāi)；數(shù)字導(dǎo)覽應(yīng)通過(guò)對(duì)環(huán)境的利用，提高參觀者的喚醒水平，促進(jìn)無(wú)意識(shí)認(rèn)知形成；數(shù)字導(dǎo)覽結(jié)合環(huán)境的設(shè)計(jì)展示，充分調(diào)動(dòng)參觀者的情緒與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，提高認(rèn)知活動(dòng)的質(zhì)量和效果；數(shù)字導(dǎo)覽系統(tǒng)結(jié)合博物館物理情境，推動(dòng)容量巨大的長(zhǎng)期記憶的形成。

三、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）MR技術(shù)在博物館導(dǎo)覽中的特征

混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)在現(xiàn)實(shí)世界、虛擬世界和用戶之間搭起一個(gè)交互反饋的信息回路，以增強(qiáng)用戶體驗(yàn)的真實(shí)感。混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下特征：多感知性：混合現(xiàn)實(shí)除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺(jué)感知之外，還涉及聽(tīng)覺(jué)、運(yùn)動(dòng)、觸覺(jué)感知等多種感知系統(tǒng)。沉浸感：混合現(xiàn)實(shí)直接在物理空間中營(yíng)造虛擬與現(xiàn)實(shí)的交界，營(yíng)造出物理空間之上的虛擬沉浸式體驗(yàn)。實(shí)時(shí)交互性：混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠借助媒體手段進(jìn)行信息的輸出，用戶接收到信息后，做出身體動(dòng)作及手勢(shì)的反饋和語(yǔ)音的命令輸入。自主性：混合現(xiàn)實(shí)的自主性主要體現(xiàn)在，混合空間中真實(shí)物體和虛擬物體都可以成為混合現(xiàn)實(shí)交互過(guò)程中的交互道具。用戶可以利用真實(shí)物體對(duì)虛擬物體傳達(dá)交互指令也能夠直接操控虛擬對(duì)象，與混合空間信息進(jìn)行自主的交互控制。

（二）MR技術(shù)應(yīng)用于博物館導(dǎo)覽的優(yōu)勢(shì)

參觀者在博物館進(jìn)行參觀的過(guò)程中，混合現(xiàn)實(shí)的技術(shù)特性能夠?yàn)樾畔?lái)直觀、可實(shí)踐和具有情緒化的傳播特點(diǎn)，促進(jìn)參觀者形成完整的思維認(rèn)知3。在博物館導(dǎo)覽的過(guò)程中，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸感的情境塑造為抽象概念的表達(dá)提供了視覺(jué)化的展示形式。混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠在博物館的環(huán)境中將不同維度的概念以具象化的表現(xiàn)形式展示在參觀者面前，降低虛擬世界給體驗(yàn)者帶來(lái)的不適感。混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用能夠彌補(bǔ)物理空間對(duì)于知識(shí)呈現(xiàn)的不足和缺點(diǎn)。

（三）MR導(dǎo)覽系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

1.基于案例的混合現(xiàn)實(shí)導(dǎo)覽系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）導(dǎo)覽系統(tǒng)信息傳遞流程

根據(jù)認(rèn)知活動(dòng)的形成過(guò)程，參觀者在接收到信息時(shí)主要的處理過(guò)程有以下四步：接收概念：混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)知識(shí)背景的簡(jiǎn)要介紹，將參觀者帶入虛實(shí)結(jié)合的實(shí)物參觀環(huán)節(jié)。讓參觀者在進(jìn)入展館之初對(duì)展品有一定的自我理解，以便進(jìn)入更深入的內(nèi)容理解。形成初步理解：這個(gè)過(guò)程在進(jìn)行時(shí)，混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)將青銅器信息利用圖像和動(dòng)畫(huà)的展示方式疊加在實(shí)物上，對(duì)展出的青銅文物進(jìn)行全面的剖析，促進(jìn)參觀者形成初步理解。情境體驗(yàn)：在混合情境中參觀者通過(guò)語(yǔ)音、動(dòng)作、手勢(shì)三種方式在虛擬角色的引導(dǎo)下，完成對(duì)青銅器陶范法鑄造過(guò)程中一個(gè)或幾個(gè)步驟的體驗(yàn)。形成啟發(fā)性認(rèn)知：在參觀結(jié)束后，混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對(duì)青銅器及整個(gè)青銅時(shí)代青銅器藝術(shù)的演變與發(fā)展進(jìn)行講述，對(duì)展示主題進(jìn)行提升。

（2）混合現(xiàn)實(shí)導(dǎo)覽應(yīng)用分析

博物館應(yīng)用情境分析：上海博物館青銅器館內(nèi)展品分布分散，沒(méi)有明確的人流線路引導(dǎo)，展品介紹以文字為主，內(nèi)容較少。

參觀者特征分析：歷史文物類博物館的參觀者對(duì)于博物館的主題和娛樂(lè)性的要求越來(lái)越高，希望在輕松娛樂(lè)的環(huán)境里了解博物館的知識(shí)4。

混合現(xiàn)實(shí)導(dǎo)覽內(nèi)容設(shè)計(jì)：介紹青銅器分為外在紋樣、器形和內(nèi)在時(shí)代背景兩個(gè)部分。案例選取的西周孝文王時(shí)期的大克鼎作為介紹對(duì)象，混合現(xiàn)實(shí)導(dǎo)覽內(nèi)容主要選取其被捐贈(zèng)的過(guò)程、器形、銘文、紋樣和西周青銅器鑄造過(guò)程。

（3）導(dǎo)覽系統(tǒng)交互方式設(shè)計(jì)

交互的主要目是為參觀者提供幫助和指導(dǎo)，以便及時(shí)獲得內(nèi)容的反饋5。根據(jù)混合現(xiàn)實(shí)的交互特征，交互方式分為動(dòng)作交互、多感官交互和界面交互三種形式6。利用AR Kit中的對(duì)象探測(cè)錨、對(duì)象掃描儀和環(huán)境探測(cè)錨實(shí)現(xiàn)。動(dòng)作交互主要涉及參觀者通過(guò)手勢(shì)和對(duì)界面輸入指令的控制對(duì)展示內(nèi)容進(jìn)行選擇。

2.導(dǎo)覽技術(shù)開(kāi)發(fā)及使用過(guò)程

技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程：混合現(xiàn)實(shí)導(dǎo)覽系統(tǒng)的展示手段主要包含虛實(shí)結(jié)合的圖像疊加展示形式和通過(guò)虛擬空間的重現(xiàn)構(gòu)建探索式參觀體驗(yàn)。在青銅器紋樣的展示中，混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的虛實(shí)疊加的特點(diǎn)能夠讓紋樣在器皿上展示、剝離和拆解。對(duì)于陶范制作法的制作過(guò)程，混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)所構(gòu)建的青銅器鑄造廠的遺址復(fù)原能夠?yàn)閰⒂^者帶來(lái)沉浸感強(qiáng)的體驗(yàn)空間。

用戶使用流程：參觀者利用已安裝好博物館虛擬導(dǎo)覽系統(tǒng)移動(dòng)設(shè)備對(duì)博物館內(nèi)的青銅器展品進(jìn)行識(shí)別和內(nèi)容展示。首先用戶在首次打開(kāi)程序時(shí)，需要對(duì)博物館內(nèi)的場(chǎng)館環(huán)境進(jìn)行識(shí)別，完成對(duì)于物理坐標(biāo)的構(gòu)建，同時(shí)調(diào)用虛擬導(dǎo)游。然后，用戶通過(guò)對(duì)青銅器進(jìn)行二次識(shí)別，獲取參考目標(biāo)對(duì)應(yīng)的介紹內(nèi)容。通過(guò)語(yǔ)音、視頻、空間重建對(duì)青銅器的器形、紋樣以及鑄造過(guò)程進(jìn)行具體介紹，完成自主探索式的參觀過(guò)程。

3.混合現(xiàn)實(shí)導(dǎo)覽視覺(jué)設(shè)計(jì)

混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的界面要結(jié)合混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)和硬件設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。虛實(shí)結(jié)合式應(yīng)用的界面設(shè)計(jì)需要針對(duì)用戶動(dòng)作和視覺(jué)的引導(dǎo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。引導(dǎo)內(nèi)容主要有一下幾個(gè)方面：

位置引導(dǎo)：通過(guò)界面內(nèi)的箭頭標(biāo)識(shí)、操作位置標(biāo)注以及語(yǔ)音的引導(dǎo)對(duì)用戶進(jìn)行位置引導(dǎo)。

視覺(jué)引導(dǎo)：視覺(jué)引導(dǎo)主要依靠虛擬環(huán)境中構(gòu)建的虛擬導(dǎo)游進(jìn)行具體的視覺(jué)引導(dǎo)。虛擬導(dǎo)游會(huì)通過(guò)動(dòng)作、手勢(shì)以及聲音引導(dǎo)用戶控制手中的移動(dòng)終端的位置和朝向。

操作引導(dǎo)：通過(guò)圖形在物理空間的疊加，減少參觀者在參觀過(guò)程中信息匹配的困難，加上虛擬導(dǎo)游的視覺(jué)引導(dǎo)，參觀者能夠?qū)?dǎo)覽系統(tǒng)提供的信息和真實(shí)物體結(jié)合的更好。

四、結(jié)論

在參觀中，混合現(xiàn)實(shí)對(duì)于參觀者在參觀時(shí)的情緒、實(shí)踐能力和認(rèn)知活動(dòng)的質(zhì)量都有了改善。混合現(xiàn)實(shí)導(dǎo)覽系統(tǒng)解決一部分參觀者在知識(shí)遷移時(shí)容易出現(xiàn)的問(wèn)題。博物館在設(shè)計(jì)導(dǎo)覽系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該更加充分的利用博物館所具備的物理環(huán)境，并結(jié)合混合現(xiàn)實(shí)為參觀者提供沉浸式的參觀環(huán)境，提高博物館的文化傳播效率，發(fā)揮導(dǎo)覽系統(tǒng)的最大作用。

注釋：

1.鄭奕.博物館教育活動(dòng)研究[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2015.

2.Robert L，M.Kimberly.Cognitive Psychology[M].上海：上海人民出版社，2008.

3.黃紅濤.混合現(xiàn)實(shí)環(huán)境中具身交互如何促進(jìn)科學(xué)概念理解[J].北京：現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2018（6）：28-36.

4.呂屏.基于VR技術(shù)的虛擬博物館交互設(shè)計(jì)[J].包裝工程，2017，38（24）：137-141.

5.李小平.VR/AR教學(xué)體驗(yàn)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[J].北京：中國(guó)電化教育，2018，（3）：10-18.

6.黃進(jìn).混合現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)交互綜述[J].北京：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2016，（6）：869-880.