基于元宇宙概念的博物館虛擬旅行直播艙設(shè)計(jì)

文/祁彥鑫 鄭樂怡 馬賽楠 郭豫立 張億君

在歷史文化底蘊(yùn)越來越被重視的今天，人們參觀博物館的熱情越來越高。傳統(tǒng)的博物館參觀模式需要參觀者到場，缺乏趣味且受時(shí)空因素限制。因此，為使博物館的參觀模式多元化和趣味化，筆者所在的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于元宇宙概念的博物館虛擬旅行直播艙。本文在分析直播艙技術(shù)可能性的基礎(chǔ)上，從產(chǎn)品、服務(wù)出發(fā),闡述了直播艙設(shè)計(jì)思路，并提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案以及實(shí)踐設(shè)想。

在科技飛速發(fā)展的時(shí)代，元宇宙概念逐漸進(jìn)入人們的生活領(lǐng)域。受交通距離、工作時(shí)間等的限制，人們不能頻繁外出參觀博物館等展覽，在家觀看直播成為一些人群排解情緒和滿足生活需求的一種方式。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，近年來直播行業(yè)的從業(yè)人員數(shù)量激增，這給直播領(lǐng)域的發(fā)展壯大帶來了契機(jī)。因此，本文以元宇宙概念與直播行業(yè)作為研究背景，通過分析相關(guān)技術(shù)的可行性，對(duì)博物館虛擬旅行直播艙的設(shè)計(jì)展開研究。

一、直播艙技術(shù)的可能性分析

元宇宙的概念從提出到現(xiàn)在基本在圍繞社交和娛樂的模式來發(fā)展，近年來元宇宙產(chǎn)品的開發(fā)主要通過AR、VR、全身傳感等交互技術(shù)提升使用者的沉浸感，讓使用者通過互聯(lián)網(wǎng)連接來獲得沉浸式娛樂體驗(yàn)。[1]直播艙技術(shù)的實(shí)現(xiàn)集合了目前已有的三維激光掃描技術(shù)、VR 技術(shù)、AR 技術(shù)、類3D 全息影像技術(shù)以及5G 通信技術(shù)。

（一）三維激光掃描技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成像的可能性分析

三維激光掃描技術(shù)利用激光測距原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，快速復(fù)建出被測目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。[2]三維激光掃描技術(shù)能使直播艙將博物館內(nèi)場進(jìn)行快速掃描并搭建虛擬影像數(shù)據(jù)傳入用戶VR 眼鏡顯示界面，讓用戶獲得真實(shí)的體驗(yàn)感。直播艙的配套VR 眼鏡通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將實(shí)景畫面呈現(xiàn)在用戶眼前，能夠提高虛擬游覽的實(shí)時(shí)性和場景的還原度。

（二）AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與3D 全息影像技術(shù)分析

AR 技術(shù)在社交App 中應(yīng)用較多，如前些年熱門的Pokemon Go 游戲，該游戲界面非單純出現(xiàn)在動(dòng)畫地圖上，而是通過用戶手機(jī)攝像頭，將手機(jī)中的畫面疊合至用戶的現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，給用戶以身臨其境的感受。3D 全息影像技術(shù)是應(yīng)用光的干涉和衍射原理，將光束疊加重合形成肉眼可見的影像，其在目前多應(yīng)用于影音娛樂領(lǐng)域。在直播艙的艙體外部前端設(shè)置結(jié)構(gòu)中，前方安置了掃描攝像頭和全息投影攝像頭，分別或同時(shí)用于捕捉近端場景的輸入和遠(yuǎn)端用戶的人形投影。艙體背面的顯示屏采用AR 技術(shù)，將圖形、用戶界面和交互等元素疊加至三維掃描的現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，從而使用戶獲得更加逼真的參觀體驗(yàn)。[3]

二、直播艙設(shè)計(jì)思路

筆者所在團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的基于元宇宙概念的博物館虛擬旅行直播艙集產(chǎn)品設(shè)計(jì)與服務(wù)設(shè)計(jì)于一體。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過對(duì)游客在參觀時(shí)的需求心理以及未來新型展覽模式的發(fā)展趨勢進(jìn)行分析，在現(xiàn)有直播艙產(chǎn)品中融合車輛外形設(shè)計(jì)，對(duì)產(chǎn)品、服務(wù)等方面進(jìn)行了一定程度的改良。

（一）直播艙產(chǎn)品設(shè)計(jì)

直播艙產(chǎn)品外觀可參考頭盔，艙體外體線條為流線型，凸顯了一種未來的科技感與酷炫感。艙體外殼為塑料加碳纖維合金材料，采用半敞開設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)不失高級(jí)感，同時(shí)還兼顧了艙內(nèi)外的氣體流通。響應(yīng)式的底盤設(shè)計(jì)使直播艙在跟隨拍攝和載人游覽模式之間切換自如；180cm×80cm×200cm 的艙體規(guī)模既不妨礙使用者進(jìn)出，又兼顧了場館的室內(nèi)空間布局。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)基于模塊化設(shè)計(jì)原理，將直播艙分為上中下三個(gè)部分，輕質(zhì)平頂與向下延伸的環(huán)狀面板一體成型，底盤與艙身下部結(jié)構(gòu)融合，兩者通過艙身前端正中以及艙身兩端后部可升降柱狀合金支撐桿連接。當(dāng)直播艙處于載人瀏覽模式時(shí)，艙體頂部蓋面與三根連接桿聯(lián)動(dòng)上升，中部兩邊同時(shí)從下部圍擋中升起兩塊玻璃擋板。此時(shí)，艙內(nèi)座位椅背升起，尾端圍擋下落，并與地面形成10°夾角便于使用者進(jìn)入艙內(nèi)。當(dāng)直播艙切換為跟隨拍攝模式時(shí)，艙內(nèi)座椅后仰放平，玻璃擋板下降，尾端圍擋抬升，頂部蓋面下降與下部圍擋組合。至此，跟隨拍攝模式切換完成。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在直播艙前端設(shè)置了信息采集攝像頭及虛擬成像裝置，攝像頭收集場館實(shí)況并及時(shí)反饋到直播艙內(nèi)環(huán)狀面板上的近眼顯示屏，艙內(nèi)顯示屏采用Micro-OLED 微顯示器件。Micro LED 微顯示器件的最大優(yōu)勢在于，可以根據(jù)需要定制顯示屏的尺寸和形狀，以滿足多樣化的使用需求，便于與環(huán)狀面板貼合。

（二）直播艙服務(wù)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的直播艙產(chǎn)品，可根據(jù)使用者的需求提供不同的服務(wù)。位于博物館場館基站的可移動(dòng)直播艙既有載人瀏覽模式，也有跟隨拍攝模式。在載人瀏覽模式中，通過手機(jī)App 解鎖直播艙后，游客可通過直播艙看到文物展品相關(guān)歷史的短片，開啟沉浸式體驗(yàn)；在跟隨拍攝模式中，無法到達(dá)博物館現(xiàn)場的游客可佩戴VR 眼鏡，通過手機(jī)App 自主解鎖直播艙，操控直播艙。直播艙的虛擬實(shí)像技術(shù)能將未到訪的游客人像在場館內(nèi)投影出來，與在現(xiàn)場的游客和工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，讓博物館的參觀氛圍“活”起來。AR 視頻與音效的結(jié)合，使得文物的講解模式比傳統(tǒng)模式更加生動(dòng)。

三、直播艙設(shè)計(jì)優(yōu)化

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的虛擬旅行直播艙投放地點(diǎn)為各大博物館，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)旨在通過參觀形式的創(chuàng)新來提高博物館參觀者的體驗(yàn)。直播艙由上部艙體主體和下部輪胎底盤組成。在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到人們長時(shí)間處于密閉環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生不適感，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)參考人體工程學(xué)和新材料的性能進(jìn)行了優(yōu)化，使得人們長時(shí)間處于直播艙內(nèi)也不會(huì)感到疲勞。

（一）直播艙艙內(nèi)座位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的虛擬旅行直播艙借鑒了汽車座椅設(shè)計(jì)原理，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在工業(yè)設(shè)計(jì)和人機(jī)工程學(xué)的指導(dǎo)下，對(duì)座椅的靠背角度進(jìn)行了系統(tǒng)改進(jìn)。針對(duì)人體半躺久坐而感到腰部等部位不適的問題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過對(duì)現(xiàn)有的座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行智能改造，提高系統(tǒng)互動(dòng)性，根據(jù)人體工程學(xué)將人體背靠角度設(shè)置為103°～112°，背靠與坐墊之間的角度設(shè)置在115°左右，防止坐立的人體向前滑動(dòng)，并且引導(dǎo)人體腰彎部位（包括骶椎）倚靠在背靠上。因此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將直播艙內(nèi)的坐姿角度設(shè)計(jì)為106°，目的是讓使用者處于微仰坐的狀態(tài)，提高使用者的舒適度。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還收集了專業(yè)數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)改進(jìn)座椅并使之適應(yīng)不同年齡、身材等人群提供依據(jù)，使得座椅利用率得到最大化。

（二）直播艙輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于新型材料領(lǐng)域的突破，直播艙的輪胎優(yōu)先選擇硬度較大的橡膠材料。橡膠制成的車輪有較好的韌性、彈性，能夠在確保艙體平穩(wěn)運(yùn)行的同時(shí)兼顧減震，提高使用者的舒適感。因此，直播艙艙體車輪結(jié)構(gòu)采用的是四驅(qū)橡膠實(shí)心設(shè)計(jì)，兩個(gè)較大的前輪在前，后方車輪相對(duì)較小。麥弗遜式獨(dú)立懸架減震器支柱與車身之間則用減震橡膠支架進(jìn)行有效連接。在這一結(jié)構(gòu)形式下，直播艙主要的震動(dòng)源是底盤車輪。之所以用到橡膠，是因?yàn)槠淇梢韵麥p車輪和路面之間的震動(dòng)，從而防止震動(dòng)通過底盤上傳到車身。

四、直播艙實(shí)踐設(shè)想

博物館入口處或場外廣場可以設(shè)置基站，可為直播艙充電，方便游客自助掃碼使用。在場游客進(jìn)入直播艙內(nèi)進(jìn)行游覽，而當(dāng)直播艙靠近文物或展品時(shí)，游客可通過顯示屏觀看文物的AR 影像視頻。直播艙也可作為一個(gè)跟隨拍攝的“攝影師”在有直播需求的游客身后隨時(shí)開啟一場互動(dòng)直播。此時(shí)，在艙外的全息投影攝像頭可將觀看直播的觀眾的虛擬形象投影出來，增強(qiáng)實(shí)景的趣味性。無法到場的游客也可借助手機(jī)遠(yuǎn)程操控和配套VR 眼鏡的輔助進(jìn)行虛擬游覽。此時(shí)，手機(jī)作為媒介，既可實(shí)現(xiàn)VR 眼鏡和直播艙的連接，又可作為操控器遠(yuǎn)程操控直播艙的移動(dòng)。除此之外，游客還可在手機(jī)App 界面自行進(jìn)行形象設(shè)計(jì)，通過直播艙的前置全息投影攝像頭將自己設(shè)計(jì)的虛擬形象投影出來，以解決跨空間游覽的難題。

五、結(jié)語

筆者所在的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)博物館虛擬旅行直播艙對(duì)博物館參觀模式進(jìn)行創(chuàng)新，將文物、工作人員和游客三者有機(jī)地結(jié)合起來，使文物展品通過虛擬投影的3D 影像模式“活”了起來。游客無論是在場還是不在場，都能借助直播艙及VR 眼鏡參觀博物館，有互動(dòng)的沉浸式體驗(yàn)讓每位參觀者身臨其境，幫助參觀者更深刻地了解文物歷史。