混合現實技術在博物館視覺導覽系統的應用研究

劉占歌 王憲東 于海洋 宋建欣

摘要：以德州市博物館為基礎，討論在博物館中運用混合現實技術針對其導覽系統的操作性和趣味性加入虛擬物體或交互動畫進行更新。依據當前的技術成果與發展趨勢，與混合現實技術的應用成果進行設計，提出了基于MR技術對德州市博物館導覽系統的構想設計構思，并根據設計構思逐步完善設計方案。打造具有更強交互性、更便捷、更全面、更便捷的導覽系統。

關鍵詞：混合現實技術博物館可視化導覽系統

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A? ?文章編號：1672-3791（2022）05（a）-0000-00

Application of Hybrid Reality Technology in Museum Visual Navigation System

—ACase Study of Dezhou Museum

LIUZhangeWANGXiandongYUHaiyangSONGJianxin

（ShandongHuayuUniversityofTechnology，Dezhou，Shandong Province， 253034 China）

Abstract：Based on the Dezhou Museum， this paper discusses the use of hybrid reality technology in the museum to add virtual objects or interactive animation to update the operability and interest of its navigation system. According to the current technical achievements and development trend， and the application achievements of hybrid reality technology， this paper puts forward the concept of Dezhou Museum navigation system based on MR technology， and gradually improves the design scheme according to the design concept. Create a more interactive， convenient， comprehensive and convenient navigation system.

Key Words：Hybrid reality technology;Museum;Visualization;Navigation system

德州市博物館館內藏品形式多樣，格局多變。現有的導覽系統主要是人工介紹、導覽器、平面介紹圖、公共刊物等傳統的方式，存在交互性較弱，講解內容平淡等問題。使得博物館對藏品，歷史場景和歷史文化的傳播效果欠佳，博物館內信息資源利用率偏低，而且無法串聯各個館的藏品之間的聯系。所以當下更好的解決方案是用混合現實技術對博物館導覽系統存在的各類問題進行解決。

1技術概述

1.1混合現實技術簡介

MR（混合現實技術）是AR（增強現實技術）和VR（虛擬現實技術）的結合發展[1]，該技術增強用戶體驗的方式是把用戶，現實世界和虛擬世界聯系在一起。混合現實技術的最大特點在于它對空間的處理和定位是精細、準確的，他的計算是實時進行的，它將虛擬影像與真實空間結合在一起，并根據自身對圖像的處理進行精準定位，從而展現一個既有真實環境，又有虛擬影像的可視化環境[2]。

1.2混合現實與博物館導覽系統結合意義

現有展牌或語音導覽系統或人工導覽系統主要是通過文字或聲音進行講解導覽，但混合現實技術可以以一種全新的視覺導覽方式對游覽者進行導覽，而且通過現實與虛擬的結合，游覽者會更容易明白展品的歷史背景，或場景與場景之前的聯系[3]。而且混合現實的導覽系統展示出的畫面可以傳達給游覽者文字和語音不能傳達的信息，如展品的修復過程或展品的原本樣貌等。

2基于混合現實技術的博物館導覽系統的應用成果及設計構想

2.1國內外更新博物館導覽系統的成果

在MR混合現實的技術問世后，各地區博物館開始研究探索混合現實技術能否在在博物館導覽中加以應用，以提升參觀者的參觀體驗;2016 年，位于荷蘭的國家文物博物館使用了混合現實技術的微軟公司研發的HoloLens眼鏡做為展覽自己博物館展品和講解歷史的形式。直到現在，微軟的混合現實眼鏡已經可以表達并展現館中十分之二以上的展品，且受到游覽者的喜愛。在國內方面，數字故宮，數字敦煌等新型導覽方式發展迅速。而通過不斷的研究，新型博物館導覽系統急速發展。

2.2分模塊制定基于混合現實技術的德州市博物館導覽體驗模式

博物館的導覽系統最重要的目的是增強歷史、文化的傳播，增強地區文化的建設，滿足博物館游覽者的文化需求，提高館內的資源利用率，給予博物館游覽者更加便捷有效的觀賞體驗，也很好的解決了部分參觀者不明所以，只看藏品的外觀而并不了解其歷史背景和故事的游覽參觀[4]。

傳統的導覽系統對于游覽者游覽德州市博物館藏品的需求，以及博物館對于文化傳播的需求已經滿足不了了，而要改變現狀需要運用新的技術，在游覽過程中將混合現實技術和德州市博物館文化建設融合的創新方式，以交互，體驗設計為主要設計功能的混合現實技術，利用計算機將虛擬三維物體與現實環境相結合，這是解決導覽系統現有問題的良方。

該項目通過對德州市博物館中“歷史足跡”館的梳理，分析現有的導覽系統對館內藏品和歷史場景的導覽能達到的程度，以參觀者看到的現實場景與虛擬物體結合的方式，借助混合現實技術的實時交互性、代入性、趣味性等一系列優點，使游覽者對博物館內文化的接受度大大增高，從而帶動博物館的發展。48CF2D64-2CB9-41AB-975B-CE3D860C1CA4

通過對博物館內可參觀物品的分類，大致分為三類展品：館內藏品，歷史場景和時間節點。對三類展品的導覽形式進行分類設計，見表1。

歷史場景 表達內容，表達特點 通過混合現實的交互性，趣味性的特點，在參觀者佩戴設備看到館內場景時，通過實體的場景衍生出虛擬動態動畫，并通過聲音的介紹或故事性配音等實現與參觀者的交互。

時間節點 結構，內容 以博物館中“歷史足跡”館為例，館內是以從古至今的時間順序將藏品表現出來。通過虛擬現實技術，當博物館游覽者進入館內時，看到時代介紹的引導墻時，將時代介紹及后面藏品，場景等以虛擬形象在引導墻周圍展現，以視覺、聽覺、觸覺多方面引導游覽者游覽，而不是不明所以式的游覽。

3基于混合現實技術的博物館導覽系統的理論方案

3.1素材收集階段

此階段包括兩方面，對混合現實技術的理解和對博物館館內內容的整理。理解混合現實技術的定義及原理，了解混合現實技術的特性，發展過程及實現混合現實的相關硬件設備和軟件支持，深入研究混合現實技術的表現方法和所需技術條件。

以“歷史足跡”館為例，實際的進館參觀，用照片、視頻、文字記錄等的方式了解此館，使之在腦中成系統，再根據收集到的素材資料進行分類、整合，最后通過草圖，流程圖等方式在紙上表達[5]。

3.2 3D建模階段

通過3D建模表達，對于處理現實空間中虛擬影像和現實藏品的遮擋關系，需要混合現實導覽系統做出粗略的深度估計和精確的輪廓處理。因此，在構建整體遮擋環境時，主要分為幾個步驟：首先，對目標展品進行模型重建，此步驟有利于精確的貼合虛擬影像與真實物體的邊緣;其次，將虛擬模型的位置與真實展品的位置對應標記、放置，將虛擬坐標與真實空間的物理坐標通過混合現實技術的處理器進行精準對位后，用虛擬影像的位置模擬真實空間中的遮擋物體對虛擬的信息進行有效的遮擋;然后，將遮擋材質附于重建的數字模型上，讓數字模型具有遮擋功能;最后，通過對渲染參數和虛擬目標前后位置關系的調節讓虛擬物體在展示中趨近與真實物體的遮擋效果，利用虛擬影像對物體的精確定位和深度估算，對具有遮擋關系的混合的現實空間進行場景的搭建，使混合空間中，現實藏品與虛擬影像二者之間產生類似真實的邊緣遮擋，相互疊加的良好的交互關系。

3.3交互設計階段

混合現實博物館導覽的交互流程設計為兩個主要的部分。首先，博物館場館和展品的特征通過跟蹤注冊技術對其信息進行采集，并對混合的虛實環境進行有效搭建和定位。根據系統指導對目標展品和其對與整個環境空間的空間關系先進行掃描和數據的提前加載，幫助導覽系統對空間的坐標信息有一定的輸入和讀取。導覽系統會根據獲取到的坐標系統，構建混合虛擬空間。在混合環境中結合頂點著色器構建混合空間的遮擋關系，完善對整個混合環境的搭建。

其次，混合現實導覽的交互方式以用戶的手勢和用戶視線追蹤、視覺鎖定為主。通過產品的攝像頭對手勢及視線的捕捉和獲取，在獲取到的坐標位置處發射射線來確定用戶的視覺線。將虛擬信息編碼并設置成為可碰撞類材質，在模擬注視線與虛擬信息發生碰撞時，開始記錄時間。并對用戶的操作做出及時的反映。

4基于混合現實技術的博物館導覽系統的實用性分析

4.1項目適用范圍

該項目不僅適用于德州市博物館“歷史足跡”館，更是適用于其他博物館，甚至可以拓展到風景名勝，歷史遺跡等方面。

4.2可行性

對于博物館的導覽系統來說，導覽系統需要引導用戶在場館中參觀并對藏品進行展開思考。而應用的混合現實技術的博物館導覽系統與傳統的導覽系統相比，可以使交互性更強，增強參觀的趣味性，更加深參觀者對文化的理解程度。

在運用了混合現實的博物館導覽系統中，系統易用性的提升是十分明顯的，比起現有的導覽系統，基于混合現實的導覽系統更加直觀，交互方式更加新穎[6]。

4.3推廣前景

德州市博物館內展品布局較為稀疏，并不集中布置，展品的介紹和歷史場景的解釋主要是幾行文字，并不能真正的講清楚展品的文化，同時，歷史類博物館的游覽者更希望他們能夠愉快的對博物館里的展品、歷史和文化右很清晰的了解，更偏向于輕松，而不是以一種沉悶的心情游覽。而混合現實技術應用到博物館的導覽系統中正可以解決這個問題。

現在的混合現實技術還停留再實驗階段，并未在全球范圍內普及，所以對此技術的前瞻是十分有必要的。

5結語

博物館中的藏品和背后的歷史文化，是一個地區整體文化和綜合實力的體現，是一個城市文化面貌的象征。該項目研究的是在參觀過程中將混合現實技術和德州市博物館文化建設融合的創新方式，混合現實技術是以交互設計為主的，利用計算機將虛擬三維物體與現實環境相結合。博物館的游客在德州市博物館游覽的這個過程中，通過佩戴設備在現實空間中，利用混合現實技術感受德州市博物館厚重的文化積淀，引領參觀者清晰地了解各個時代德州市的歷史足跡。

參考文獻

[1]許超.基于MR技術的建筑室內設計研究與應用[J].家具與室內裝飾，2021（11）：120-122.

[2]馬輝，覃瑤.基于混合現實技術的沉浸式導向系統設計探究[J].工業設計，2021（4）：30-31.

[3]張馨文，章立.基于混合現實技術的博物館導覽系統應用研究[J].大眾文藝，2019（22）：122-123.

[4]王燕.混合現實技術在博物館展品展示形式中的應用研究[D].武漢：華中科技大學，2019.

[5]劉超.沉浸式展陳設計在博物館中的應用研究[J].文化產業，2021（33）：103-105.

[6]金曉明，吳成浩.基于 VR/AR 實感交互設計的八大山人紀念館視覺導覽研究[J].包裝工程，2019（6）：87-93.48CF2D64-2CB9-41AB-975B-CE3D860C1CA4