煙臺自然博物館在展品數據采集和數字化展陳上的探索

欒明杰

摘 要：文章通過對煙臺自然博物館數字化建設現狀的分析研究，明確了其目前在數字化博物館建設方面面臨的短板，探討了解決途徑，并對相應的數據采集和數字化展陳涉及技術進行了調研，從而為下一步更好地利用數字化技術促進博物館發揮科普教育和文化傳播職能提供解決方案，展現了美好愿景。

關鍵詞：博物館;可視化互動;數字化建設;三維數據采集

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2022.07.016

進入21世紀以來，得益于經濟社會快速發展，我國人民的物質和文化生活水平顯著提高，促使我國博物館事業迎來蓬勃發展，有力助推了文化事業全面繁榮和文化產業快速發展。特別是2008年，宣傳部等多部委聯合發布《關于全國博物館、紀念館免費開放的通知》，點燃了博物館行業爆發式增長的引擎。黨的十八大以來，隨著文化體制改革的不斷深化，公共文化投入力度持續加大，公共文化服務設施不斷得到完善，文化行業的服務能力和服務水平得到明顯提升，伴隨著文化事業日益繁榮興盛。據權威數據，2019年全年，國內的各類博物館共計接待觀眾12.27億人次，再創歷史新高。然而2020年以來，受突如其來的新冠肺炎疫情影響，各行各業的高速發展突然遇阻，國內博物館行業也遭遇寒冬，全年共計接待觀眾5.4億人次。疫情的強烈刺激，迫使博物館行業不得不加速數字化進程，紛紛尋求線上發展。國內博物館行業的龍頭如中國國家博物館、故宮博物院、上海科技館等在數字化建設方面始終走在前列，取得了較為矚目的成績。然而大量的地市級博物館、私人博物館等財力有限的博物館在此方面的探索尚處于起步階段，迫切需要同體量級博物館探索出合適的發展路徑。

1 煙臺自然博物館數字化建設現狀

煙臺自然博物館近年來一直持續關注國內外博物館行業在智慧化、信息化、數字化建設方面的新動向和新舉措。特別是近三年來，煙臺自然博物館持續上線了內網公文辦公系統、博物館藏品本地管理系統、官方網站、官方公眾號、智能化安防監控系統、全域語音導覽系統等數字化項目，為博物館的數字化建設長期規劃搭建好了基本框架，奠定了良好基礎。按照煙臺自然博物館數字化建設長期規劃，數字化博物館全面建成應包含如下幾個方面。

1.1 數字化防護

以智能化監控系統為基礎，搭配防入侵報警系統、出入口控制系統、網絡安全系統、重點展品壓感式無線報警系統等，構建一套完整、系統、安全的博物館協同防護系統。

1.2 數字化辦公

以內網公文辦公系統為基礎，通過各類辦公軟件的探索應用，逐步搭建一套數字化、無紙化、高效化的辦公環境。

1.3 數字化展陳

以展品信息數字化為基礎，將展品從單一靜態的文字、實物轉換成數字的音頻、視頻，再通過多媒體、虛擬現實等互聯網新技術、新平臺拓寬展示形式，使博物館文化內容能夠更加及時、生動地傳播給更多的公眾。

1.4 數字化社區

以官方網站、官方公眾號為基礎，逐步擴展至微博、視頻號、抖音等新媒體平臺，通過培養專業化的運營團隊，打造以博物館為核心的數字化社區，增加觀眾黏性。

1.5 數字化文創

以館藏明星藏品為挖掘對象，在數字化語境中，探索文創產品的與時俱進的更多種類和表達形式，打造流量IP，讓博物館藏品活起來，走進千家萬戶。

2 煙臺自然博物館數字化展陳面臨的主要問題

經過近幾年的建設，煙臺自然博物館在數字化防護、數字化辦公以及數字化社區方面已有一定基礎，目前數字化展陳方面面臨的問題較多，主要有以下幾個問題。

2.1 原有多媒體設備幾乎全部無法正常使用

煙臺自然博物館所有多媒體設施設備開館前便已經采購使用，距今已有十余年，因建設方與多媒體廠商存在資金協調問題，后期維修保護無法跟進。造成館內十余項多媒體項目存在軟件過期、過保，無法使用;無后續資金跟進導致多媒體設備內容無法更新;電子設備運行時間過長，造成觸控屏失效、顯示屏變暗、系統變卡、播放異常等設備系統老化問題等。

2.2 新增部分職能迫切需要數字化展陳技術跟進

2021年上半年，煙臺市開展深化事業單位改革試點工作，根據市委編辦意見和《煙臺市城市規劃展示館機構職能編制規定》，原煙臺自然博物館、原煙臺市城市規劃展示館、原煙臺市國土資源檔案館組建新的煙臺市城市規劃展示館，掛煙臺自然博物館、煙臺市城市規劃展示館、煙臺市國土資源檔案館三塊牌子。按照新的職責，新增了國土空間規劃展示相關職能。《煙臺市國土空間總體規劃（2019—2035年）》向全社會發布，意味著展示館原有的展示內容面臨全面推翻重建，而國土空間規劃展示主要采用多媒體等數字化展陳方式，迫切需要摸索探尋適合實際情況的展陳方式。

2.3 博物館展品信息數字化工作尚未開展

煙臺自然博物館共有13個展廳，展陳內容較為綜合，涉及礦產類、化石類、標本類、文物類、人文類等。一方面，展品類型十分繁多，如書畫作品、動物化石、動物標本、黃金制品、微縮模型、珠寶礦產、觀賞石、根雕木雕等;另一方面，展品體量差異巨大，從幾克到幾噸。復雜的展品情況導致難以形成通用的展品三維數據采集方案，體量大的展品無法運用精細三維掃描儀獲取其三維結構信息，而體量超小的展品，無法完成高清紋理采集工作，從而無法完成后期的紋理貼圖工作。

3 煙臺自然博物館面臨問題的解決途徑

經過對面臨問題的綜合分析，毫無疑問展品信息的數字化工作是數字化展陳的前置工作，是一切的前提。二維圖像采集和三維點云數據掃描建模貼圖，是獲取展品信息的二維化和三維化手段。考慮到煙臺自然博物館展品情況的復雜性、數據收集時間的緊迫性等，決定先對全部展品實現二維圖像采集，同時選取部分重點和代表性展品先行進行三維數據掃描。同時，針對原有多媒體設備無法正常使用問題以及國土空間規劃展示問題，要盡快尋找兼顧兩方的數字化展陳形式。

4 數據采集的實現

4.1 二維數據采集

二維數據采集主要采用高清數碼相機、光影營造系統以及相關專業軟件來實現。根據相應的拍攝規范，平面類展品主要拍攝正視圖一張，不可移動的化石、標本、礦產類等展品，除正視圖外，至少拍攝側視圖一張。可移動的展品，根據展品大小、形狀和重要等級，合理選取角度，酌情拍攝正視圖、側視圖、俯視圖、背面圖、底部圖、局部圖等圖像。拍攝素材必須經過專業軟件的消除畸變、消除色差、調整合理曝光、剔除無用背景元素、去除噪點等必要的處理，最大限度地保留展品原貌后方可生成提交文件。

博物館相關管理人員必須逐張對二維數據進行審核。審核衡量二維數據采集是否達到要求的標準為：畫面需構圖簡潔、主體突出、背景淡化、曝光合理;應完整反映出展品的樣貌、質地、色調、紋理;小規格展品要做到無畸變，大規格展品因場地問題確實無法做到無畸變的，邊角畸變應控制在10%以內。只有質量達到指定要求，才可以錄入數據庫。

4.2 三維數據采集

三維數據采集主要運用精細三維激光掃描儀獲取博物館展品的真實、完整的三維結構信息。運用高清單反相機獲取博物館藏品的紋理照片，用于后期藏品的紋理貼圖。結合三維掃描獲取的文物三維結構數據及高清拍攝的紋理照片，通過專業軟件經過點云處理等過程制作附帶紋理信息的三維文物模型。最后，對制作好的模型文件進行優化處理，結合WEBGL渲染技術，制作模型的數字化展示文件。

三維激光掃描作為數據采集的一種方式，因其具備自動化、高精度、無接觸等特點，在博物館數字化過程中普遍被采用，是比較成熟的應用技術。其首先用激光掃描獲取目標的三維坐標數據，繼而通過電腦運算根據坐標數據建立三維模型，最后通過進一步的紋理貼圖和修正后，輸出數據作為虛擬博物館、數字互動設備等的展示互動素材，便于展品的復制或者修復，是博物館文化傳播展示的新形式、新手段。

對于館內小體量的展品，如珠寶類、礦石類，部分化石類如螺類、三葉蟲等，部分生物類的標本如貝殼類、鳥類等，采用手持式激光掃描儀較為便捷。對于部分大型展品，特別是如館內長17米、寬3.2米、高1.8米的龍硯作品，以及長11米、寬2米、高2.5米的西游記根雕作品等超大型展品來說，必須采用大視場激光掃描儀。

相關采集技術指標要求如下：①手持三維數據采集精度小于等于0.03毫米;大視場三維數據采集精度小于等于2毫米。②紋理圖像分辨率大于等于9000×9000。③主要紋理處無明顯接縫。④采集單張紋理的有效像素大于5000萬。⑤數據輸出格式3DS、STL、OBJ等通用三維模型格式，實現和Geomagic、Imageware等逆向工程軟件自由交換數據。⑥用于展示的模型文件需包含obj模型文件、mtl文件及貼圖文件。⑦可在PC端、微信端與移動端無插件順暢瀏覽;模型支持隨意拖拽放大、縮小、720度全方位瀏覽。

4.3 其他類數據采集

展品的文字介紹、音頻介紹、視頻介紹、年代尺寸等數據的制作和采集與以上二維、三維數據的采集同樣重要，甚至更加重要。正是因為這些數據展品才能活起來、生動起來。在此暫不做贅述。

5 數字化展陳技術探索

隨著近些年來移動互聯網和信息技術突飛猛進的發展，博物館與數字技術的結合越來越緊密，國內外各類博物館紛紛研究如何引進數字技術到各自的傳統展覽中，積極探索創造新型博物館生態。近幾年來，中小學組織的學生社會研學活動、社會實踐大課堂、小記者活動等日漸頻繁，特別是2021年推行減輕義務教育階段學生作業負擔和校外培訓負擔工作以來，中小學生走進博物館的次數明顯增多。另外，深受年輕人喜歡的網紅效應、短視頻效應在各類社交媒體上對文旅項目的帶動效應持續增大，年輕人走進博物館也越來越頻繁。

這些因素都迫使博物館盡快轉變思路，從觀眾需求出發，以為觀眾創造良好的交互體驗和文化體驗為目標，結合各自實際特點，思考一條適合本館發展路線的數字化展陳革新之路。

近些年來涌現的應用于博物館的先進交互技術與傳統的多媒體交互方式相比，能夠給觀眾帶來更加強烈的沉浸感，并可以實現視、聽、觸、嗅等多維度的深度交互。

5.1 實時動作捕捉技術

常用的運動捕捉技術種類比較多，其中光學式是現階段發展最為成熟、應用最為廣泛的捕捉技術。可用于博物館展陳的正是以微軟Kinect為代表的光學式動作捕捉，可捕捉參與者的各類動作，用以驅動相應事件，給參與者一種全新的參與式體驗，加強互動的真實性。

5.2 全息影像技術

全息影像技術是一種在三維空間中用投影的方式投射三維立體影像的新型顯示技術。因為其純粹利用光的衍射和干涉原理，觀眾無須額外借助任何設備來輔助體驗即可以觀看影像，十分適合博物館用于展示展品，滿足觀眾多角度欣賞展品的需求。

5.3 增強現實技術

增強現實技術通過將虛擬的人類感官所能感受到的各類信息疊加到真實世界中，并與現實互相交錯，從而豐富信息量、營造更為震撼的場景和氛圍，增強受者的感官體驗，加深其感知。利用增強現實技術，博物館展品的各種信息可以實時展示給觀眾，甚至可以重演歷史事件，極大地提升了參觀體驗。

5.4 虛擬現實技術

與增強現實不同，虛擬現實則是通過計算機仿真系統完完全全地構建全新的、深度沉浸式的、可多維度交互的虛擬世界。在博物館的展陳應用中，虛擬現實技術更多的是佩戴專用眼鏡來完成與展品、場景的互動體驗，而虛擬現實技術中更為前沿的增強現實性的虛擬現實、分布式虛擬現實等尚少有應用。

5.5 3D立體打印技術

3D立體打印技術以液體或粉末為原料，以計算機中的模型為原型，通過層層疊加打印并快速凝固的方法來構造三維物體。在博物館行業中，其更多的是在文物修復、展品復制等方面得以應用。實際上，與快速建模技術結合，3D打印技術可在互動式展陳及博物館文創產品方面取得不錯的應用效果。

數字化技術的逐步應用，為博物館創新展陳形式帶來了更多的可能。通過對現有主流數字化展陳技術的研究，結合煙臺自然博物館現狀分析得出：

①實時動作捕捉技術和虛擬現實技術可以深度介入煙臺市國土空間總體規劃展示下一步的數字化展陳設計中。

②虛擬現實技術可以應用于地球廳，加深中小學生對宇宙構成及地質災害的理解;應用于生物廳，加深觀眾對生物生存環境的體驗。

③增強現實技術可以應用于化石廳，用于復原猛犸象、恐龍等生物的原貌;應用于黃金廳，用于展示黃金從開采到提煉、加工的全流程。

④全息影像技術可以應用于黃金廳，用于全方位展示珍貴黃金標本，提升觀眾觀感體驗;應用于王懿榮館，用于展示王懿榮抗擊倭寇的復原場景。

⑤3D打印技術可以應用于化石廳，用于復原恐龍生活場景，提升觀眾參與體驗。

6 結論

目前，數字化技術在促進博物館發揮科普教育和文化傳播職能方面起到了積極作用。然而數字化展陳手段的多樣化帶來的弊端首先就是喧賓奪主，掩蓋展覽本身。其次是高度同質化、內容扁平化等問題，如各地的4D、5D影院及虛擬現實體驗館等。博物館一定要警惕陷入數字化技術的低劣包裝陷阱中，而忽視了展品本身的內容才是博物館文化傳播的精髓，這也強調了展品的數據采集工作的重要性。各類新興數字技術的融入是為了彌補現實場景以及展品在信息輸出方面的天生缺陷，從而幫助觀眾更加簡單地融入場景、體會展品內涵。因此，尋求一個平衡點至關重要。這個平衡點在不同類型的博物館各不相同。煙臺自然博物館以自身實際作為出發點，對數字化技術如何融入自然歷史類博物館的現代展陳中做了積極探索，具有指導意義。

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