基于情景感知技術(shù)的博物館雙語交互設(shè)計研究

摘要：該文探討了西安博物館中情境感知技術(shù)在雙語溝通設(shè)計方面的應(yīng)用，并著重分析了如何提高游客的參與感與認(rèn)識程度。在全球化的整體態(tài)勢下，世界各地的博物館觀眾成分逐漸多樣化，常規(guī)的解說方式已無法滿足各類語言背景的游客需求。構(gòu)建一個能夠?qū)崿F(xiàn)雙語無縫切換的互動平臺，為游客帶來獨特的文化體驗十分必要。系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)合了實時數(shù)據(jù)采集和智能推薦算法，多種傳感器收集游客的位置、行為和興趣數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)與展品信息相結(jié)合，系統(tǒng)能夠?qū)崟r推薦相關(guān)的雙語內(nèi)容，增強游客與展品之間的互動。在實際測試中，大多數(shù)游客對該系統(tǒng)持肯定態(tài)度，語音識別準(zhǔn)確性和界面流暢性仍需優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：雙語交互設(shè)計；情景感知；西安博物館；文化遺產(chǎn)教育；應(yīng)用；交互體驗

中圖分類號：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4110（2024）08（c）-0131-05

Research on Bilingual Interaction Design of Museums Based on Situational Awareness Technology

—Taking Xi'an Museum as an Example

Abstract： This paper discusses the application of context-aware technology in bilingual communication design in Xi'an Museum， and focuses on how to improve visitors' engagement and awareness. Under the overall trend of globalisation， the composition of museum visitors around the world is gradually diversifying， and conventional interpretation methods are no longer able to meet the needs of visitors with various linguistic backgrounds. It is necessary to build an interactive platform that enables seamless bilingual switching to provide visitors with a unique cultural experience. The design of the system combines real-time data collection and intelligent recommendation algorithms with multiple sensors to collect visitors' location， behaviour and interest data. The data is combined with exhibit information， and the system is able to recommend relevant bilingual content in real time to enhance the interaction between visitors and exhibits. In the actual test， most visitors were positive about the system， and the speech recognition accuracy and interface fluency still need to be optimised.

Key words： Bilingual interaction design; Situated perception; Xi'an Museum; Cultural heritage education; Application; Interactive experience

博物館作為文化傳承和教育的重要場所，不僅是收藏和展示歷史文物的空間，更是促進(jìn)公眾對文化理解與認(rèn)同的平臺。在全球化日益加深的今天，博物館的受眾日趨多元化，對文化的接受與理解呈現(xiàn)出復(fù)雜性。如何有效地滿足不同語言背景與文化需求的訪客，提升他們的互動體驗，顯得尤為重要。

在此背景下，情景感知技術(shù)的應(yīng)用為博物館的雙語交互設(shè)計提供了新的機遇。情景感知系統(tǒng)收集和分析訪客的狀態(tài)信息及其周圍環(huán)境，能夠?qū)崟r提供個性化的內(nèi)容和服務(wù)，該方式不僅能夠增強參觀者與展品之間的互動，在學(xué)習(xí)效果、參觀體驗等方面也有很大提高。近年來，相關(guān)研究逐漸表明，情景感知技術(shù)對提升博物館的游客體驗具有顯著的積極影響。

1 文獻(xiàn)綜述

1.1 情景感知的基本概念和技術(shù)框架

情景感知（context awareness）被廣泛認(rèn)為是當(dāng)前人工智能系統(tǒng)領(lǐng)域的重要研究熱點之一。王海濤和宋麗華在其論文《情景感知：基本概念、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)》中[1]，詳細(xì)闡述了情景感知的基本概念及其核心技術(shù)框架。情景感知旨在為旅游者提供個性化的服務(wù)和行動指導(dǎo)，有效地對情景信息進(jìn)行收集、處理和分析。其核心在于系統(tǒng)對環(huán)境及游客狀態(tài)的自動感知能力，這種能力使得系統(tǒng)能夠根據(jù)外部環(huán)境的變化，自適應(yīng)地調(diào)整其互動方式和內(nèi)容，從而提高游客體驗。

情景感知的技術(shù)框架通常包括三個主要步驟：情景信息的獲取、情景信息的建模、情景信息的應(yīng)用。在情景信息獲取方面，通過傳感器、游客輸入及社交網(wǎng)絡(luò)等多種方式，系統(tǒng)能夠?qū)崟r捕捉游客的上下文信息。在建模環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)被處理成可供計算機理解的形式，以便進(jìn)行后續(xù)分析與推理。系統(tǒng)在特定的服務(wù)場景中應(yīng)用處理后的情景信息，如基于游客實時需求的個性化推薦等，為交互設(shè)計提供了更智能的現(xiàn)實基礎(chǔ)。

1.2 游客興趣推薦模型

游客興趣推薦模型在情景感知技術(shù)的支持下得到了顯著的發(fā)展。鑒于個性化推送需求的不斷上升，探討因地制宜的游客喜好分析受到廣泛關(guān)注，該模式既涵蓋了旅游者的行為信息，又兼顧了實際情況，旨在對顧客的真實意愿有更精確地了解。沈珉的研究表明，情境互動設(shè)計能夠在增強現(xiàn)實（AR）應(yīng)用中，對參觀者的參觀體驗和滿意度進(jìn)行顯著優(yōu)化，幫助他們從自身的文化角度，對博物館展示的意義有更深入的理解[2]。

在國內(nèi)研究中，越來越多的成功案例表明，將游客的情境信息與興趣推薦結(jié)合，能夠顯著提高推薦系統(tǒng)的有效性。例如，劉佳萌對智能音箱的研究表明，語音交互的自然流暢性在系統(tǒng)能聽懂訪客語境的情況下得到提升，從而讓推薦結(jié)果更加個性化、精準(zhǔn)化。相關(guān)研究表明，結(jié)合位置、時間、情緒等多維信息的推薦模型相較于傳統(tǒng)推薦模型具有更高的準(zhǔn)確性和游客滿意度，這進(jìn)一步印證了情景感知對游客興趣模型的重要性[3]。

在國外研究中，情景感知計算及其在交互應(yīng)用等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注和深入研究。正如Gollagi的調(diào)查研究所說，情景感知系統(tǒng)能夠集成環(huán)境、游客行為和社會交互等多種來源獲取的情境信息，從而實現(xiàn)智能決策和個性化服務(wù)。借助感應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)收集的各項信息數(shù)據(jù)，經(jīng)過相關(guān)系統(tǒng)處理，游客愿望得到實現(xiàn)，從而優(yōu)化了他們的體驗感受[4]。佩雷拉的研究重點關(guān)注了在設(shè)備互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享大背景下，情景感知計算的重要性。他們構(gòu)建了一個框架，旨在應(yīng)對和控制眾多上下文信息[5]。實時把握情況有利于及時調(diào)整應(yīng)對方法，使游客能夠更高效率地使用資源，并借助設(shè)備之間的協(xié)同來實現(xiàn)這一目標(biāo)。Sebastian的研究還探討了情緒對參觀者互動的影響，這為情景感知系統(tǒng)的設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)，使之更加自然和人性化。研究表明，高度逼真的交互界面能夠增強游客的沉浸感和滿意度，這一發(fā)現(xiàn)為情景感知技術(shù)在雙語交互中的設(shè)計應(yīng)用提供了支持[6]。

1.3 雙語交互設(shè)計的前沿研究

隨著多語言環(huán)境下交互需求的增加，雙語交互設(shè)計逐漸成為研究的重點。高低語境下的對話式語音交互系統(tǒng)為雙語設(shè)計提供了新思路。在相關(guān)研究中，多語言互動中應(yīng)用情景感知技術(shù)，增強游客體驗的流暢性和互動。如Gollagi等的調(diào)查表明，具備高語境感知能力的系統(tǒng)能夠根據(jù)游客的交互狀態(tài)及參考上下文，及時有效地進(jìn)行語言切換，從而滿足不同語言游客的需求。

情景感知技術(shù)在雙語交互設(shè)計中的應(yīng)用，強化了系統(tǒng)的智能化水平，使其能夠根據(jù)使用者的實時狀態(tài)與反饋，優(yōu)化交互響應(yīng)。例如，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，該系統(tǒng)通過智能音箱和移動設(shè)備之間的協(xié)作，同時支持輸出和理解多種語言，為游客提供更加靈活和個性化的互動體驗，該技術(shù)的發(fā)展，不僅推動了智能語音交互領(lǐng)域的進(jìn)步，也為博物館等文化場所的雙語服務(wù)提供了極大的支持[7]。

2 方法與技術(shù)

2.1 情景感知技術(shù)

情景感知技術(shù)將作為核心支撐，利用這種技術(shù)對博物館環(huán)境中的游客行為、偏好和情境信息進(jìn)行深入分析，以實現(xiàn)更智能的交互體驗[8]。情景信息的采集、處理和分析為系統(tǒng)的構(gòu)建提供了基礎(chǔ)。

情景信息的采集是通過多種傳感器和設(shè)備實現(xiàn)的，如溫濕度傳感器、位置追蹤設(shè)備及用戶終端的互動設(shè)備[9]。設(shè)備能夠?qū)崟r監(jiān)測和記錄游客的行為情況和感知狀態(tài)。例如，當(dāng)游客在秦始皇兵馬俑展覽區(qū)駐足觀賞時，藍(lán)牙和WIFI定位技術(shù)能夠獲取他們的實時位置，從而分析出游客對這一歷史遺跡的關(guān)注程度[10]。

在數(shù)據(jù)處理和分析方面，通過機器學(xué)習(xí)算法，系統(tǒng)能夠從采集到的數(shù)據(jù)中提取有價值的信息。關(guān)鍵技術(shù)需求主要包括高效的數(shù)據(jù)傳輸與存儲能力、強大的實時數(shù)據(jù)處理能力及智能化的推理機制。系統(tǒng)不僅能夠識別當(dāng)前情境，還能根據(jù)歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建游客的興趣模型，實現(xiàn)個性化的內(nèi)容推薦[11]。例如，如果系統(tǒng)檢測到游客多次停留在唐代壁畫展區(qū)，它會推測游客對唐代藝術(shù)有特別興趣，并據(jù)此推薦相關(guān)的藝術(shù)講座或特展信息。適應(yīng)性、智能化、實時性等情景感知技術(shù)的典型特征，將使系統(tǒng)隨時調(diào)整交互策略，使旅游者的個性化需求得到最大程度地滿足。

2.2 游客興趣模型構(gòu)建

當(dāng)游客在一件特別精美的唐三彩馬前駐足觀看時，系統(tǒng)通過分析他的停留時間和通過面部識別技術(shù)捕捉觀眾的情緒反應(yīng)（如興奮或好奇的表情），開始構(gòu)建他的興趣檔案。基于情景感知的數(shù)據(jù)挖掘與分析，不僅能收集大量游客行為數(shù)據(jù)，還能通過深入分析數(shù)據(jù)來構(gòu)建精確的興趣模型。

游客行為數(shù)據(jù)的捕捉與處理涉及多個層面的信息，包括游客的瀏覽路徑、停留時間，以及對各種展品的反應(yīng)。借助知識挖掘工具，系統(tǒng)能看清數(shù)據(jù)里的變化和規(guī)律。例如，當(dāng)大量游客在特定展品前長時間觀賞時，設(shè)備評估展品的人氣指數(shù)，并在之后的推薦中提高相關(guān)信息的權(quán)重。除此之外，還運用情感解析手段，對游客在交流環(huán)節(jié)中所展示的情感與反饋展開深入研究，以便優(yōu)化個性化服務(wù)[12]。

2.3 雙語交互系統(tǒng)設(shè)計

雙語交互系統(tǒng)的設(shè)計需兼顧用戶體驗和技術(shù)實現(xiàn)，其系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計是構(gòu)建高效、靈活的交互系統(tǒng)的基礎(chǔ)。這個架構(gòu)應(yīng)該包括用戶輸入層、處理層、輸出層，每一層都有彈性和擴展性，這樣才能支持交互需求的多樣化。在參觀過程中，如果這位游客使用的是英文服務(wù)，當(dāng)他對著設(shè)備說出“Can you tell me more about this Tang Dynasty pottery”時，系統(tǒng)通過高效的語音識別引擎準(zhǔn)確識別出他的請求，并通過自然語言處理技術(shù)理解他的需求并提供詳細(xì)的英文講解。

在雙語環(huán)境中，系統(tǒng)需要集成高效的語音識別引擎，以支持中英文的語音輸入，并通過自然語言處理技術(shù)實現(xiàn)語言理解和響應(yīng)生成功能。該技術(shù)應(yīng)具備處理語境信息的能力，即根據(jù)用戶當(dāng)下的狀況和語境，實時適應(yīng)并切換語音和語言，以實現(xiàn)流暢的對話體驗。

模塊化設(shè)計的訪客界面，將提升用戶使用體驗，提升系統(tǒng)易用性。通過將界面劃分為多個獨立模塊，如展品信息展示模塊、語音交互模塊和數(shù)據(jù)反饋模塊，系統(tǒng)能夠在不同語境下為不同用戶提供定制化的服務(wù)。比如，游客能夠通過交互語音指令，在界面上挑選自己喜歡的展品并獲得詳細(xì)的講解，電腦也會據(jù)此及時對通訊信息進(jìn)行調(diào)整，該模塊化設(shè)計不僅增強了系統(tǒng)的柔韌性和維護(hù)便利性，還為未來的功能拓展及優(yōu)化創(chuàng)造了穩(wěn)固的根本。

3 方法與技術(shù)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

在進(jìn)行研究的過程中，發(fā)現(xiàn)整體系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計是實現(xiàn)智能化交互體驗的關(guān)鍵。這一架構(gòu)需涵蓋情景感知、游客互動及數(shù)據(jù)分析等多個功能模塊如圖1所示，確保系統(tǒng)的高效性和適應(yīng)性。

各模塊功能描述：數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)通過傳感器收集環(huán)境和旅游者的各種信息，如地點、行為方式和設(shè)備使用資料等。數(shù)據(jù)處理模塊運用數(shù)據(jù)挖掘與分析技術(shù)，從采集到的數(shù)據(jù)中提取出情景特征和用戶偏好，并更新興趣模型。交互模塊實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)的直接互動，包括界面呈現(xiàn)和語音輸入功能，確保雙語交互的流暢性。推薦模塊根據(jù)游客的興趣模型和實時情景數(shù)據(jù)，智能推薦相關(guān)展品和活動。反饋模塊收集并分析用戶在使用過程中的反饋信息，以優(yōu)化推薦系統(tǒng)與用戶體驗。

3.2 情景感知語境與游客的雙語服務(wù)的應(yīng)用推薦

在該系統(tǒng)中，情景感知是實現(xiàn)個性化雙語服務(wù)的基礎(chǔ)，涉及情景數(shù)據(jù)的實時采集與分析，以及基于情景的游客興趣推薦算法。

系統(tǒng)通過多種傳感器（如位置傳感器、環(huán)境傳感器和用戶終端）實時采集游客的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括游客的運動軌跡、停留時間、與展品的互動情況等。通過將數(shù)據(jù)與博物館的展覽信息結(jié)合，系統(tǒng)能夠?qū)崟r分析游客的行為模式與興趣點，捕捉到游客的即時情境。例如，當(dāng)系統(tǒng)檢測到某人在某件具體展品前停留的時間較長時，就會推測出這個人對這件展品顯示出了濃厚的興趣。

根據(jù)實時采集的情景數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將運用基于情景感知的推薦算法，生成個性化的展品推薦。該方法會在同一時刻考慮客戶的需求和環(huán)境條件，進(jìn)而創(chuàng)造出最優(yōu)的推薦方案。在我國的博物館中，當(dāng)游客詢問展品詳情時，系統(tǒng)會優(yōu)先推薦與文化背景緊密相關(guān)的展品，并附上英文注釋，進(jìn)而滿足海外旅客的游覽需求。借助這種敏捷的推薦方法，游客將體驗到更加合適、專業(yè)的待遇，進(jìn)而優(yōu)化游覽品質(zhì)。

3.3 雙語交互實現(xiàn)

雙語交互的實現(xiàn)是整個系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，主要通過語音識別與合成模塊以及靈活的語言切換機制來增強用戶體驗。

語音識別技術(shù)將作為核心功能，通過深度學(xué)習(xí)算法處理用戶的語音輸入。系統(tǒng)需支持中英文語音指令的識別，以確保不同語言用戶都能順利與系統(tǒng)進(jìn)行互動。語音合成模塊則用于將系統(tǒng)的信息反饋轉(zhuǎn)換為自然的語音，提供給用戶。還有就是合成語音的音色、語調(diào)、語速都要可調(diào)，保證能適應(yīng)不同用戶的需求和喜好，以增強自然交互的真實感。

系統(tǒng)設(shè)計的語言切換機制需具有智能化和靈活性。當(dāng)檢測到用戶的語言偏好時，系統(tǒng)能夠自動切換語言。例如，當(dāng)游客用中文提問時，系統(tǒng)將響應(yīng)中文信息；若游客用英文提問，則自動切換為英文，靈活的語言切換，既增強了互動的流暢性和自然性，又使系統(tǒng)在滿足不同游客需求的多文化環(huán)境下，有效地運行起來。

4 應(yīng)用與測試

4.1 系統(tǒng)部署

在部署執(zhí)行過程中，系統(tǒng)部署是保證技術(shù)有效運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵一環(huán)。該系統(tǒng)將嵌入到西安博物館的多個展區(qū)和互動空間，以實現(xiàn)全面的服務(wù)覆蓋。

整個系統(tǒng)將在博物館的入口、主要展廳、互動體驗區(qū)及休息區(qū)域等核心位置布置。該區(qū)域會設(shè)置相應(yīng)的感應(yīng)器網(wǎng)點、客戶的語音信息資訊展示終端以及互動裝置，以便與參觀者進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和實時互動。系統(tǒng)的部署還將考慮博物館的布局和游客的人員流動線，確保數(shù)據(jù)采集的全面性與有效性。

4.2 游客體驗測試

游客體驗測試是驗證系統(tǒng)有效性和優(yōu)化用戶體驗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，經(jīng)過精心設(shè)計的測試方法與流程，收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行深入分析。在測試過程中，游客的行為數(shù)據(jù)，包括使用頻率、語音交互次數(shù)、反饋信息等，都會使用系統(tǒng)日志記錄下來。調(diào)查問卷將定量評估游客的滿意度、對系統(tǒng)中雙語展示的理解效果及互動便利度。收集到的數(shù)據(jù)將使用統(tǒng)計分析工具進(jìn)行處理，尋找游客體驗中的關(guān)鍵特征和潛在問題。

4.3 結(jié)果與討論

在完成游客體驗測試后，將對測試結(jié)果進(jìn)行深入分析，并總結(jié)游客的反饋，以提出切實可行的改進(jìn)建議。

初步測試結(jié)果顯示，大多數(shù)游客對雙語交互系統(tǒng)持肯定態(tài)度，尤其是年輕游客對系統(tǒng)的互動體驗表示滿意。然而，數(shù)據(jù)分析過程中也發(fā)現(xiàn)了諸如部分語音識別不準(zhǔn)確、界面切換不夠流暢等問題，這對用戶體驗造成了一定影響。例如，在對特定展品的語音請求中，識別錯誤率高達(dá)7.5%。

雙語交互設(shè)計應(yīng)引入更先進(jìn)的語音識別算法和豐富的語料庫，提升系統(tǒng)的識別準(zhǔn)確率；改善用戶界面設(shè)計；簡化界面的切換步驟，確保語言和信息快速反應(yīng)，以提升用戶體驗流暢度；增加內(nèi)容多樣性；豐富雙語內(nèi)容的展現(xiàn)形式，包括音頻講解、設(shè)計相關(guān)的互動室內(nèi)游戲，以及環(huán)保文化知識的融入，以增強用戶對文化的沉浸感。

5 結(jié)論與展望

5.1 研究總結(jié)

在這項研究中，全文結(jié)合情景感知技術(shù)與雙語交互系統(tǒng)，探討了提升博物館參觀體驗的新方法。

5.1.1 主要貢獻(xiàn)與創(chuàng)新點

本文提出了一種新型的交互系統(tǒng)架構(gòu)，該架構(gòu)結(jié)合了情景感知與雙語服務(wù)，利用實時數(shù)據(jù)采集與智能推薦算法，提升了系統(tǒng)的個性化推薦能力。這一創(chuàng)新不僅增強了游客在博物館的參與體驗，還打破了語言障礙，為不同背景的游客提供無縫服務(wù)。

5.1.2 系統(tǒng)的實際效果與不足

經(jīng)過實際部署與用戶測試，系統(tǒng)在提高游客滿意度方面表現(xiàn)出色。實證數(shù)據(jù)顯示，訪客的展品理解率和互動滿意度顯著提高，尤其在多語言環(huán)境中。然而，部分游客反饋系統(tǒng)在特定情境下的語音識別準(zhǔn)確性有所不足，導(dǎo)致信息傳遞時出現(xiàn)延誤或誤解。界面的流暢性及內(nèi)容的豐富性仍需進(jìn)一步完善。

5.2 未來研究方向

本研究為情景感知交互系統(tǒng)的實際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，未來可從情景感知技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以及多語種交互系統(tǒng)的優(yōu)化與擴展等新技術(shù)方面探索。未來的研究可以聚焦于如何提升情景感知技術(shù)的智能化水平，如利用深度學(xué)習(xí)算法優(yōu)化數(shù)據(jù)處理、增強系統(tǒng)對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力。融合虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)，使傳統(tǒng)靜態(tài)展示轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)討論，提高系統(tǒng)的互動性和趣味性，進(jìn)一步豐富參觀者的觀展體驗。隨著國際交流的加深，構(gòu)建一個支持更多語言的智能交互系統(tǒng)將是重要方向。該系統(tǒng)需要不僅支持雙語，還具備多語種的信息處理與自然語言生成的能力。該系統(tǒng)能夠引入跨語言學(xué)習(xí)模型，提供更準(zhǔn)確的翻譯和信息推薦，滿足世界各地不同游客的需求。

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