虛實融合的科技館創新發展路徑研究

周榮庭 魏嘯天

摘 要 隨著虛擬現實等新媒體技術的迅猛發展，科技館加速了由實體向虛擬或虛實融合的演化過程。借助超媒介敘事、文化與科技融合等理論體系，以及“現實-虛擬連續系統”等創新理念體系，科技館可系統地構建數字互動服務的科普展示服務鏈和科普網絡基礎設施鏈，聚焦科普策展、展示包裝、公共傳播、數據傳輸（網）、功能實現（云）與用戶接口（端）等6個業務環節，以設計和實現科技館的虛實融合之路。最后，本研究將科技館置于元宇宙的前瞻視角下，考察了科技館的集群化融合的創新發展態勢。

關鍵詞 現實-虛擬連續系統 文化與科技融合 數字互動服務 元宇宙

1 科技館虛實發展的進路

科技館在以人為本的建設和發展理念引領下，愈加關注自身教育的目的和內容，進而加速了科技館的創新進程，加速了科普展覽展品的技術迭代。其中，虛擬現實（Virtual Reality）技術是關于人-機交互的新媒體技術，也是構建人-計算機-展品協同的重要支撐。隨著虛擬現實等技術的發展，科技館一方面在實體館的基礎上不斷引入數字技術，構建與實體館相契合的虛擬應用，探索由實向虛的演化可能性;另一方面采納數字技術構建虛擬科技館，在純粹的虛擬空間里創造或拓展科普展示的空間。

1.1 由實向虛演繹精彩紛呈

科技館虛實結合的探究始于21世紀初，隨著技術的發展和實踐的深入，我國的科技館由實向虛的演化成為一種必然的趨勢。王維（2004）認為虛擬現實技術介入科技館將是對科技館展示手段的一次變革，虛擬現實系統所仿真的數字化世界，比傳統世界功能更多、性能更強、應用更廣，是設計和規劃表現工具從傳統工藝向數字技術發展的轉型，并將成為人進行思維和創造的助手，是深化已有的概念和獲取新概念的有力工具[1]。徐善衍（2007）在分析持續了150年之久的工業產品博物館、始于20世紀60年代科學中心之后，認為新階段的科技館要改變“孤島”現象，拓展現實與虛擬的展教平臺[2]，指明了科技館虛實融合的現實需要。趙毅（2009）指出科技館中的虛擬展示是“時尚的方式”，是“未來展示方式發展的新方向和主流形式”，同時，虛擬展示可“為虛擬經營提供便利，為科技館的發展提供新的模式”[3]。雷月（2014）在考慮數字技術的應用給科技館展示設計帶來幫助的同時，分析了同時帶來的負面效應，強調要有節制地使用數字技術，從真正意義上做到“技以載道”，建議展示設計應加強人文關懷以及人的精神情感傳達及體驗;而設計者應更加關注歷史文化，使得展示風格體現地域和名族性的文化傳統和內涵，使得藝術、技術和設計和諧發展[4]。

筆者（2016）從科技館展示目標出發，根據虛擬現實技術的沉浸感、構想性、交互性的技術特征考察了展覽、實驗、培訓等教育形式下的應用模式，統籌規劃和制作高品質的虛擬現實系列展品和教育展示服務，最終達到提高公眾科學素養的目的[5]。同時，筆者（2016）認為科技館的作用在于利用展品寓教于樂地傳播科學知識，而虛擬現實技術所具有的特征可為展品賦予參與性與趣味性，進而提出了基于沉浸式媒介的科技館科學傳播模型建構與對策。該模型嘗試在科技館中系統化地應用虛擬現實技術，為探索科學內容與新媒體藝術的結合提供應用框架，亦即在內容生產環節、整合利用媒介環節以及受眾互動環節創新思路、創新方案[6]。在實踐中，中國科技館在實體場館建設了虛擬現實展品或專題，趙志敏在參與其中部分展品的設計時發現：虛擬現實技術與科技館展品的結合，既有不可替代的優勢，如在展教水平、服務時效性及服務創新驅動發展能力上獲得提升;也有包括內容更新換代、設備數量和成本控制、參觀者之間交流缺失等一系列的問題有待解決[7]。在主題展覽方面，蘇昕、王家偉陳述了生命健康主題傳統展陳方式的弊端，將虛擬現實技術引入生命健康主題探索過程的必要性、可行性，以及使用該技術產生的效果和影響[8]。

1.2 純粹虛擬獨領數字風騷

虛擬科技館又稱為數字科技館，是通過使用網絡技術、虛擬現實技術、新媒體技術等對實體科技館中的場景、科教展品等所有科普資源進行整合與數字化改造后的產物。2007年，全國首屆數字（虛擬）科技館技術與應用學術研討會在浙江杭州召開，就數字科技館方案、虛擬人技術、數字科技與科普應用等相關話題做了研討，與會專家認為這一新技術值得大力推廣[9]。

隨后，張峰（2010）對數字科技館與科技館的數字化加以界定，指出科技館的數字化是對現有科技館的數字化加工和表現;而數字科技館則是對實體科技館科普方式和內容的超越和創新：它通過虛擬場景和虛擬展品等來賦予公眾在實體館里無法實現的互動性、體驗性，展示實體科技館無法展示的內容，而且可以采用數字化管理手段，實現科普資源共享[10]。國內涌現出了一大批由高校和科研機構興建的專題類數字科技館，以及一批綜合類的數字科技館，包括了如安徽省科協數字科技館、海淀區數字科技館、浙江省現代科普宣傳研究中心的數字（虛擬）科技館以及中國數字科技館。

其中，中國數字科技館運用全景拍攝技術和虛擬現實技術，建設全國科技館虛擬現實漫游系統，用戶可通過手機、平板與電腦等移動客戶端進入網站，或使用VR眼鏡進入虛擬科技館進行游覽與科普學習[11]。實際上，以虛擬現實技術為支撐的虛擬科技館可以較好地加以設計和實現[12]。截至2021年10月，已經實現全國137家虛擬科技館、229個移動VR科技館于中國數字科技館網站進行在線展示[13]。

綜上所述，科技館在優化其展覽教育功能上，無論是理論探索和實踐創新，虛擬現實等技術帶動科技館虛實結合的探索取得了系列的成果，其場景的設計不斷深化，其展示的能力與日俱增，其教育的效果日漸顯著。

2 科技館虛實融合的理念指引

科技館虛實融合的目的，是利用好實體館的現場效應和虛擬現實的時空拓展能力，達到展覽教育的終極目標，因此，科技館虛實融合有賴于相關領域理論的支撐和指引。本文嘗試利用“現實-虛擬連續系統”、文化與科技融合等理論探討科技館虛實融合的創新理念。

2.1 虛實連續統合體驗場景

保羅·米爾格拉姆和岸野文郎（1994）認為，現實—虛擬連續系統將真實環境和虛擬環境作為連續系統的兩端，位于中間部分是“混合現實”，而靠近真實環境的部分是增強現實，靠近虛擬環境的部分是增強虛擬[14]。“現實-虛擬連續系統”理論為科技館虛實融合提供了支持。此時，科技館中的“現實”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于展示空間的任何對象或環境。而“虛擬”意指數字技術生成的內容。

因此，虛擬現實科技館本質上就是用計算機生成的一種特殊環境，人可以通過使用各種適當裝置將自己“投射”到這個環境中，并對這個環境進行操作或者交互，實現特定的教育目的。其中，與純粹的虛擬科技館不同，此時增強現實呈現的視覺信息中包括了部分真實環境。因此，數字技術生成的“虛擬信息”必須準確地與現實世界融合，才能實現對真實環境信息的補充、疊加。

該理論將科技館的實體館和虛擬館置于連續系統的兩端，在互聯網技術的支持下，用戶具備了實現隨時隨地與科普展品互動的可能。科技館在科普展覽上無論是采用增強現實技術，還是增強虛擬技術，都能讓用戶在科技館中有了在無限可能的“場景”下與展品進行互動的條件。在現實-虛擬連續系統中，科技館可以利用基于移動設備、社交媒體、大數據、傳感器和定位系統提供的技術，并由此營造的一種在場感，建立科普服務和科普分享的“場景”[15]。

這方面，中國數字科技館較早嘗試線上與線下相結合，真實體驗與虛擬體驗相結合，該館充分發揮服務于科技館體系的自身優勢，應用互聯網技術、虛擬現實技術、增強現實技術等新技術手段，積極開展和探索與實體科技館、流動科技館、科普大篷車和農村中學科技館等相輔相成的科普平臺和數字化科普資源建設[16]。

2.2 文化鑄魂方顯人文魅力

文化與科技融合是科技館引人入勝的創新捷徑。文化融合是廣泛滲透于科技館的組織、內容、技術、傳播中的思想、理念、信仰與價值觀的融合。我國已在網絡基礎設施、現代信息技術、數字媒體傳播等方面取得了一系列的進步，科技館的建設亟需高質量的內容和核心創意，亟需將文化資源轉化利用能力和原創型符號開發能力加以提升。只有與不同文化融合，科技館虛實融合的文化多樣性才有望獲得發展。

傳統文化與創新文化融合發展，是科技館利用自身涵養底蘊、另辟蹊徑來提升虛實融合創新水平之舉。例如，紹興科技館的“黃酒科普展”，推出包括“歷史遠流長”“人無我獨有”“健康亦養生”等三方面內容的展覽，不僅普及黃酒知識，而且弘揚黃酒文化，啟用圖片、多媒體、電子屏、標本等形式來講述紹興黃酒的獨特性，調動受眾的多感官體驗，是酒文化、科學知識和展示創新的探索。實際上，將優秀本地傳統文化資源轉化為科技館主題展覽，立足本地，既可以輻射全國，也有可能走向世界。

中西文化融合是我國科技館走向世界的有益嘗試，可在創新中啟動跨文化傳播的實踐。例如，中國科技館2020年推出的“做一天馬可波羅：發現絲綢之路的智慧”的主題展覽，觀眾“化身”為古代絲路旅行家漫游中國，感受沿陸上和海上絲綢之路傳播的古代科技與物質文化，進而體會到古代絲綢之路上互聯互通、經濟繁榮、貿易互補、民心相通等歷史意義。在虛實融合上，該主題展覽也下了功夫，即70件展品和各種多媒體互動設備、模型構建了絲綢之路的系列場景，創設了“永不落幕”的網上絲綢之路展覽。該展覽“以文化鑄魂”，創新了科技館的話語體系，堅定了文化自信，可助推中國故事走向世界。

3 數字互動開拓創新路徑

3.1 數字互動服務開啟“一核雙鏈”

“數字互動服務”通過數字基礎設施提供各種數字內容服務[17]，結合“現實-虛擬連續系統”的無縫銜接，科技館的虛實融合可以拓展多條創新路徑，借鑒數字互動服務模型2條主鏈、3個增值階段及6個核心業務模塊，可分為科普展示服務鏈和科普網絡基礎設施鏈兩個垂直領域，上中下游三個增值階段，科普策展、展示包裝、公共傳播、數據傳輸（網）、功能實現（云）與用戶接口（端）6個業務環節（參見圖1）。虛實融合的科技館搭載了數字化、互動性、沉浸式的科普展示和時空拓展，改變了觀眾與展示物品之間的交流方式。6個環節各自發力，或互相組合，均有可能形成新的展示模式，開拓嶄新的展演空間[18]。

3.2 科普展示服務鏈為主鏈

科普展示服務鏈上的科普策展環節，在用戶與專家生成內容的時代，科普策展不能僅依靠科技館的研發部門和外包的科普企業，還要依托互聯網用戶和觀展人員，要依托科學共同體的專業人士，形成協同策展的模式。例如，2020年廈門科技館推出了國內首個集探究式導覽和沉浸式體驗于一體的海洋主題展覽。該展覽以“問問大海”為主題，通過對3 000多名觀眾的問卷調研了解公眾關注的問題，再圍繞公眾最關注的4大主題問題及49個子問題展開36件全新互動展品的設計。科普策展環節需要綜合運用各種數字技術和工具，進行數字內容的采集、處理、存儲和管理，并結合展品在展覽空間中實現虛實的融合。

科普展示服務鏈上的展示包裝環節，是對科普展覽、科普展品進行加工處理，包括創意設計、藝術設計、交互體驗等，可強調互動化、藝術化、智能化和趣味化的包裝處理;而在其公共傳播環節，要求科技館依托成本低和效率高的數字營銷，準確把握目標受眾的需求，精準區分受眾人群，綜合運用社會化、移動化及本地化服務，借助平臺運營能力與互聯網思維，構建網絡化、立體化的公共傳播策略，從而為科普展示構建出虛實融合的全媒體傳播體系。

3.3 科普網絡基礎設施鏈為輔鏈

科普網絡基礎設施鏈是技術驅動科技館融合發展的基礎。新一代信息技術革命將科技館的發展推向全新高度，帶動整個行業的應用融合和跨界發展。5G移動通信和大數據形成的數據傳輸（網），人工智能（Artificial Intelligence）、區塊鏈和云計算等技術支持的展示功能（云），虛擬現實、物聯網等技術開創的用戶接口（端），云、網和端的基礎設施建設是在一體化科普展示的過程，分開考慮僅強調所需側重的單個環節，有助于極致化創新設計，因此，這些環節隨著技術的疊加，會持續放大科技館的聯動效應。例如，以高數據速率、低延遲、大業務容量和大規模設備連接等為特征的5G技術，即第五代移動通信網絡技術，將從根本上提速科技館的虛實融合進程，開啟無處不在、無時不有、萬物互聯的科普展示空間。“5G+VR”意味著數據傳輸和用戶接口的技術協同，可以實現虛擬現實技術應用的高速傳輸和邊緣計算，為科技館虛實融合提供了無限的想象空間。而“5G+VR+AI”引入了模擬、延伸、擴展人類智能的技術和方法，將推動科技館策展、包裝、傳播方式的全方位突破與變革。2021年，中國科協科學技術傳播中心與科大訊飛聯合成立人工智能科技傳播中心，人工智能也將以更加豐富、多元、立體的形式賦能科技館及其展覽實現虛實融合，例如人工智能虛擬主播的介入和融合。科技館展示的云、網和端的技術壁壘一旦突破，就會形成更為開放包容的技術體系來支撐靈活的展示虛實融合。

3.4 超媒體敘事為核心聯結

在科技館虛實融合的進程中，數字互動服務需要面向不同的受眾，面向他們所擁有的展示載體，用不同的科普形式講述同一科普內容，這就是超媒體敘事在這一進程中擔當的核心角色。超媒體敘事作為數字互動服務的核心節點，不是進行故事敘述的簡單疊加，而是要根據不同內容載體來設計敘述方式，從而達到吸引受眾在不同載體中接受故事并參與敘事的目的。也即故事系統性散布于多重展示載體之中，各類展示載體對于故事的展開起著不可取代的特殊作用，如文學講述故事，影視展示故事，游戲參與故事，在科技館的展覽中它們獨立又相互依存，進而帶來全新的感官體驗，并產生新的價值[19]。中國科大先研院新媒體研究院先是逐一開發了“量子通信衛星”科普展品，包括用沉浸式實體空間播映、用增強現實APP與明信片互動、體感互動游戲摘下星星（墨子號衛星）、量子科普動漫在線分享、科普劇讓青少年參與演出等產品，于2021年實現了在一個500 m2實體空間融合12種互動展品來構建出一套完整的量子科普的敘事體系。

4 元宇宙背景下的科技館虛實融合發展趨勢

4.1 從虛實融合走向元宇宙的科技館

元宇宙的概念是1992年尼爾·斯蒂芬森在其小說《雪崩》中首次提出的，現指整合多種新型技術而生成的一種虛實融合的互聯網新形態，也就是基于虛擬現實技術、數字孿生技術等構建現實世界的鏡像，并且沿用區塊鏈技術搭建一個去中心化的經濟體系，是人類走向數字融生的終極世界，其中包含了虛擬世界與現實世界的融合[20]。科技館的虛實融合趨勢與元宇宙的核心理念和發展方向不謀而合，隨著融合過程在深度與廣度上的進一步拓展，在可預見的將來，其終極形態將是“元宇宙科技館”。

元宇宙科技館的用戶在未來可以便捷地進入現實世界的鏡像——元宇宙世界，在虛擬世界以虛擬身份參觀科技館。在技術與算法的支撐下，虛實融合的展品具備個性化服務的能力，用戶可以隨意地與科普人工智能進行無縫的交流，在區塊鏈技術的支持下，元宇宙科技館的工作人員將會在現實世界中獲取報酬，真正意義上做到虛實融合。當然，元宇宙視角下的科技館建設要有批判性的思考，元宇宙的發展剛剛起步，科技館應用元宇宙時要有理性反思、合理的規劃以及有步驟的推動。

4.2 科技館的集群化虛實融合發展態勢

王小明、宋嫻（2015）提出了“博物館集群化運營”思路，在借鑒史密森學會、新西蘭蒂帕帕國家博物館的集群化管理、以及英國區域文藝復興計劃的基礎上，探索了通過強有力的核心場館帶動，對一定地域范圍內各場館之間的資源進行優化配置[21]。而2021年5月，中央宣傳部、國家發展改革委等9部委聯合發布《關于推進博物館改革發展的指導意見》，鼓勵在文化資源豐厚地區建設“博物館之城”“博物館小鎮”等集群聚落，以期挖掘出更大的價值，并形成品牌效應。科技館多館集群化的運作下，就有機會在多館之間建立信息化的協同機制，并在更為復雜的體系中開展虛實融合的探索，最終可望形成在一定地域范圍內擁有強大社會影響力的博物館體系。

一個主題展覽在多地同時展覽，可以考慮整體統籌復用，為商務、研發、實施、運營多層面工作提供支持和服務，形成“中央廚房式”研發中臺。基于中臺，該主題展覽可實現“提高效率、提高產能、提高復售”的發展目標，在此基礎上開展研發產品、培養人才、管理知識產權，可望構建主題展覽的核心競爭力。

從科技館發展過程來看，虛擬現實技術的創新應用有著不可或缺的重要作用，隨著技術的不斷進步，虛實融合的不斷推進，將會有更多奇妙的科普形式與更優質的科普展品誕生，在未來，科技館一定能在科技與社會、與公眾之間架起一座無縫銜接的橋梁！

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國家社科基金項目“虛擬現實條件下提升出版物傳播效果研究”（17BXW034）研究成果

Research on Innovation Development Path of the Integration of Virtual Reality Forscience Museum// ZHOU Rongting， WEI Xiaotian

First-Author's Address Department of Science and Technology of Communication， University ofScience and Technology of China; Key Laboratory of Immersive Media Technology， Ministry of Culture and Tourism，Email： rongting@ustc.edu.cn.

Abstract With the rapid development of new media technologies such as virtual reality， science museums accelerate the evolution process from entity to virtual or virtual reality fusion. Based on the theoretical system of hypermedia narrative， the integration of culture and science and technology， as well as the innovative concept system of "reality-virtual continuous system"， science museum can systematically construct the service chain of digital interactive popular science exhibition and popular science network infrastructure chain. It focuses on six business links， such as popular science curation， display packaging， public communication， data transmission （internet）， function realization （cloud） and user interface （terminal）， so as to design and realize the path of virtual and real fusion of science museum. Finally， this study examined science museum in the perspective of metaverse， and investigated the innovation and development trend of the cluster integration of science museum.

Keywords Reality-virtual continuous system， Integration of culture and technology， Digital interactive services， Metaverse

（2021-11-10收稿，2021-11-19修回）

作者簡介：周榮庭（1969—），男，博士，教授，從事科技傳播方向研究，E-mail： rongting@ustc.edu.cn。