基于沉浸式虛擬現實技術的文物展示設計研究

摘要：文章分析了博物館傳統的文物展示方式的不足，闡述了沉浸式虛擬現實技術在文物展陳領域應用的意義，提出了基于沉浸式虛擬現實技術開發文物展示空間的互動性原則、立足參觀者需求原則和平衡性原則，探索了實踐應用項目實施過程所包含的需求分析、前期準備、方案設計、實施與測試的設計開發流程，為解決傳統博物館展覽空間利用率下降和被破壞的歷史遺跡“看不見、摸不著、體驗不了”等問題提供了新思路和新模式。

關鍵詞：沉浸式；虛擬現實技術；文物展示

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.05.013

中圖分類號：TP 391.9，TS 664.01" " " " " " " "文獻標示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）05-00-03

Abstract： This article analyzes the shortcomings of traditional museum cultural relics display methods， expounds the significance of the application of immersive virtual reality technology in the field of cultural relics exhibition， proposes the interactive principle of developing cultural relics display space based on immersive virtual reality technology， the principle of based on visitors' needs， and the principle of balance， and explores the needs analysis， preliminary preparation， scheme design the design and development process of implementation and testing provides new ideas and models for solving the problems of declining utilization of exhibition space in traditional museums and \"invisible， intangible， and inaccessible\" historical sites that have been destroyed.

Key words： immersion; virtual reality technology; cultural relics display

1" 虛擬現實技術介入文物展示空間設計的意義

1.1 當代博物館展陳的發展和不足

博物館是典型的城市公共空間，是展示當地傳統文化、風土人情、科學技術的重要場所。我國一向重視博物館的建設。經過多年的發展，全國各類備案博物館數量超過5 800家，國家一二三級博物館超過1 200家。然而，我國博物館的參觀率處于非常低的水平。據調查，超過80%的受訪者每年參觀博物館的次數不超過1次，大多數人認為博物館的吸引力一般。究其原因，傳統博物館以“物”為主的展示方式，僅僅是給展品一個容納的空間，手段簡單，內容乏味；由于文物收藏條件的限制而難以觸摸，給大眾表現出了一種外表高貴高冷，內在神秘莫測的感覺，不能完整呈現出文物的文化價值，不能滿足公眾的需求，使博物館的公共性受到了阻礙，不利于文化信息的傳播。

利用沉浸式的虛擬現實技術構建文物展覽展示空間的方式，能夠使文物的“形神兼備”，體現人與文物之間的聯系與互動，鼓勵觀眾積極投入并參與其中，拉進文物與觀眾的距離，消除觀眾理解偏差，是未來博物館創新展示空間、豐富展示內容的發展方向。

1.2 虛擬現實技術在展陳應用的發展和意義

虛擬現實技術是近十年來最具影響力的數字領域新興技術，包含了計算機圖形和視覺、數字化圖像處理技術、數字光電成像技術、多融合顯示技術、傳感器技術等多種技術[1]，因此能夠將無法通過其他方式感知的信息可視化，并進行人機交互，有助于提高用戶對真實環境的感知和認識，現已廣泛應用于醫療、教育、工業、軍事、娛樂和文化領域。

為了改善展示方式，現代博物館也引入了多種數字多媒體互動展示設備，試圖打造一個通過舞美、燈光、聲音、表演、科技等手段來實現的沉浸式效果。但大多數只是在形式上引進了現代化的展示技術手段，沒有考慮到展品的特點和變化，忽略了與展品內在信息的融合，或者因操作方法理解困難而帶來交互體驗差的感受，成為了擺設，失去了引入的作用。

使博物館虛擬展覽達到最佳的效果取決于全面合適地運用不同的數字化手段。在此前提下，博物館需要遵循客觀、科學的藏品展覽的基本原則，以達到靈活有效應用數字化和虛擬技術的目標。同時，博物館也應努力創造更均衡和顯著的展覽觀看體驗，以保證更高水平的學術目標。虛擬展覽把客觀性和科學性放在首位，通過虛擬化的方式，實現部分客觀真實藏品的完整再現。只有達到客觀、科學的展覽目標，博物館才能最終達到完善館藏的目的[2]。

2" 虛擬現實技術在文物展示空間應用的基本原則

2.1 互動性原則

互動性原則是沉浸式設計所應循序的核心原則。

互動性原則是多感官的沉浸體驗。傳統的文物展出大多是單一的視覺輸出，形式單一，受眾接收信息的意愿不強烈，存在著空間和心理上的隔閡。沉浸式的虛擬現實技術要在一個展品陳列的空間內營造一個集視覺、聽覺、嗅覺和味覺等多感知系統交叉結合的環境，創造多元敘事美感，最大限度地激發參觀者多種感官共同運作，使其成為一個空間價值以及場所精神的輸出整體，將場所感與體驗性完全滲透于各個角落，從而實現自身體驗性的強化。

互動性原則是提升參與感，實現主、客體關系的轉換。沉浸式設計應找到文物展品與現實生活的共鳴點，這樣在一個參與者與展品、與空間之間有著多種元素的互動關系下，引導對文物相關內容的聯想，甚至思考一些從未涉足的話題，從而使展品、空間、參觀者甚至設計者之間的關系產生微妙的變化。在互動性原則下，傳統審美中主、客體之間相對固定的關系已經變得模糊，甚至發生轉變。信息在交互過程中引發了參與者的主觀性的“二次創作”，其反饋的感受也將作用于空間的表現方式，從而實現了使用者、設計者和表演者三重身份的兼任。

基于當前的數字技術水平和智能識別系統發展階段，虛擬現實技術在良好的交互性的基礎上可以實時控制各種虛擬物體。借助交互設備，創建保真性較高的虛擬環境，讓用戶體驗到身臨其境的感覺，突出了互動性在文物展示中的應用方法。

2.2 立足參觀者需求的原則

立足參觀者需求原則是以觀眾為中心進行開發。使用虛擬現實技術進行文物展示，其主要目的是弘揚文物背后的文化，使大眾的精神文明得到滿足，因此在應用虛擬現實技術的過程中，要充分認識到以參觀者需求為目標的原則，通過現代化的技術方式和手段達到我們預期的目標，不能過分地夸大技術，喧賓奪主，而忽視了以觀眾需求為核心的內容質量。

立足參觀者需求原則是需要平衡參觀者的認知能力和認知強度的。參觀者作為虛擬現實技術下展示空間設計的出發點，具有更強的主動性和不可預測的不確定性。不確定性包括了認知能力和認知強度。認知能力是對信息的解密過程，參觀者是否達到好的觀展效果取決于這個過程是不是順利；認知強度是指參觀過程的疲勞度，參觀者是否能有良好的參觀體驗和效率，取決于是否感覺到疲勞[3]。因此，進行項目設計前需要對參觀者的認知能力、認知強度進行調研，采取相應的措施，構建適合觀眾認知的展示空間和信息內容，從而帶來更好的觀展感受。

2.3 平衡性原則

平衡性原則是真實與虛擬的平衡，要突出展品自身的根本信息。數字技術的快速進步，使得沉浸式虛擬現實交互藝術具有極高的發散性，觀眾可能會因為科技的力量過于強大而迷失了方向。交互性越強，就越難以清晰地傳達展品自身所需要表達的真正信息。因此平衡真實與虛擬的度，就變得非常重要。為了更好地傳遞展品的主旨，要減少不必要的交互內容，合理設置交互自由度，突出展品實質內容。展品或其相關環境能夠以數字化進行虛擬呈現，但“數字”還是不能取代真實的物品。

在博物館領域，已經采用較多的數字化手段，效果也較好。但良好的效果基于文物藏品本身的文化內涵，脫離文物本體的數字化、虛擬化是無本之木，因此，博物館有必要嘗試在優化藏品展示技術，對原有的博物館展覽方式進行適當改造的基礎之上，將文物實物與虛擬文物進行有效結合。

3" 采用沉浸式虛擬現實技術的文物展示

的設計流程

整體展示空間的設計應循序特定流程，簡單歸納，從展品的特點入手，結合展示的空間環境和新媒體技術的特征，給觀眾呈現多方位的沉浸體驗[4]。

3.1 需求分析

需求分析應面向多個方面。在以“立足參觀者需求”的原則下，對系統功能的需求分析是重點，還要對展品的本質特征和所包含的文化信息進行分析。

系統功能的確定是在“以人為本”的原則下確定，因此需要針對參觀者的特點進行相應的開發，以滿足大多數用戶的需求。主要調研的信息包括參觀者的基本信息、參觀的原因、參觀時遇到的主要問題等。可以向博物館收集相關的數據，也可以采用問卷調查的方式獲取。通過對調查數據的分析，進行系統功能的設定。例如：識別圖片、文物模型、視頻信息、語音信息、交互信息、移動終端應用等。

數字時代，文物展覽設計不再限于單一的展示空間設計或者展品設計，交互體驗設計逐步被應用于展覽。沉浸式體驗是一個具有挑戰的綜合性課題，設計者在其中扮演的角色是多元的重角色。因此，要在展覽中實現沉浸式體驗，就需要從參觀者出發，制訂一套從進入展區到離開展區的全程設計方案，以需求為出發點，實現參觀者—文物—博物館三者之間的多維互動。

3.2 準備工作

根據所完成的需求分析，開展開發前的準備工作。主要是確定系統的硬件構成和軟件系統。虛擬現實系統的硬件要選擇成熟可靠的產品，使其性能和需求相平衡。在軟件系統方面筆者主要使用了Unity3D平臺。不同的3D模型制作軟件有不同的特點，針對不同的開發工具，可以根據項目的實際需求進行選擇。同時還要根據項目的工作量和數據處理量選擇合適的渲染服務器等計算機設備。

3.3 方案設計

方案設計是項目實施的重要階段，這一過程確定了項目實施的具體方向和內容，主要包括交互系統框架結構設計、信息系統構架設計和設計定位。

結合需求分析，按照互動性的核心原則，進行交互系統框架設計，包括但不限于視角交互、色彩交互、性能交互、反饋交互等。為了使系統具有良好的應用性，通常使用層級結構拓撲，將系統劃分為各個功能塊。

信息系統構架主要是建立安全快速的數據訪問系統，提供數據的存儲空間，方便進行數據檢索和調用。常用的方法是根據數據的類型進行分類定義，對文物的定義包括編號、名稱和描述，對多媒體數據的定義包括編號、音頻存放路徑、視頻存放路徑、模型數據存放路徑、文字存放路徑和對應文物編號等。采用結構化的數據保存方式能夠有效對數據進行保護，防止丟失，而且能夠增強數據的可維護性，在減少服務器存儲空間、提高系統運行效率方面也有益處。為實現上述功能需對系統結構進行綜合設計，形成完整的展示與反饋機制，實現基于沉浸式虛擬現實技術的文物展示的設計結構系統。

3.4 實現與測試

根據方案設計的具體內容進行各個部分的制作。在制作過程中要注意細節的處理；要完整、豐富地構建文物三維模型，利用材質來增加視覺效果，使得模型更為逼真；在保證精細度的前提下，選擇合適的優化手段，降低數據的體量；完成虛實融合實現和人機交互實現的相關內容。

測試要按結構層級進行測試，每個模塊完成后都需要進行測試，最后進行系統測試。系統測試根據前期所提出的功能需求展開測試，并對測試結果進行評估。如果不滿足需求要求，需要找出問題點并進行修改，直至符合。

4" 結束語

本文對沉浸式虛擬現實技術在文物展示領域的應用進行了研究，構建了一種對傳統的展覽展示空間疊加數字信息虛擬技術的基本原則和設計開發理論框架，為展覽展示空間的數字技術開發提供了新的思路與新的模式。基于虛擬現實技術的文物展示模式確實能夠改善當前傳統模式的弊端，能夠滿足多人對同一文物進行更加細致的觀看需求，不僅能夠激發觀眾的觀展興趣，而且能夠更有效地傳遞文物所包含的文化底蘊，提升博物館的作用。希望能夠對博物館的數字藝術改進起到借鑒作用。

參考文獻

[1] 馬春紅．博物館數字化展示技術的應用及虛擬展覽研究[J]．商展經濟，2021（18）：14-16.

[2] 趙鑫旭．沉浸式藝術影響下的復合空間建構研究[D]．大連：大連理工大學2020.

[3] 沈忱．交互理念下的展示空間設計研究[D]．沈陽：沈陽建筑大學，2017.

[4] 齊軒．數字化虛擬展示技術在智慧博物館構建中的應用[J]．信息與電腦（理論版），2021（21）：23-25.