新興信息技術在優(yōu)化殘障人士博物館參觀體驗中創(chuàng)新應用的趨勢*

□陳榮 梁美榮 鄭旭東 張雯迪

新興信息技術在優(yōu)化殘障人士博物館參觀體驗中創(chuàng)新應用的趨勢*

□陳榮 梁美榮 鄭旭東 張雯迪

殘障人士數(shù)量龐大加之教育民主化趨勢日漸強盛，完善殘障人士教育成為必然趨勢。博物館作為主要的非正式學習場所，是殘障人士接受教育的重要途徑之一。然而，不同類型身體缺陷在其參觀過程面臨行動障礙、獲取展品信息障礙、掌握位置信息障礙、感知展品障礙及溝通交流障礙等，使殘障人士場館學習無法順利進行。新興信息技術的出現(xiàn)，在提升正常人士生活水平的同時，更加為消除殘障人士生活障礙提供新契機。安全導航技術、眼控技術、室內(nèi)定位技術、力觸覺反饋技術、增強現(xiàn)實技術等新興信息技術憑借各自功能優(yōu)勢極大提升了人類生活水平，并且不同技術對于消除殘障人士不同生活障礙提供強大動力。因此，為實現(xiàn)殘障人士博物館參觀無障礙，應分析不同殘障人士的參觀障礙，從殘障人士角度出發(fā)將新興信息技術應用于博物館中，結(jié)合新興信息技術各自功能特點，發(fā)揮各自功能優(yōu)勢，針對性地消除殘障人士參觀障礙，最終使殘障人士參觀體驗實現(xiàn)全方位優(yōu)化。

博物館；殘障人士；參觀體驗；信息技術；應用創(chuàng)新；非正式學習

世界衛(wèi)生組織（WHO）統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前全球殘疾人總數(shù)已超過10億，約占世界總?cè)丝诘?5%，更由于人口老齡化和慢性疾病的增多，殘疾率還在不斷上升（World Health Organization，2011）。殘疾人類型繁多，主要包括肢體殘障人士、視力殘障人士、聽力殘障人士、語言殘障人士及多重殘障人士等。博物館作為殘障人士非正式學習的主要場所面臨巨大挑戰(zhàn)。新興信息技術的出現(xiàn)為優(yōu)化殘障人士博物館參觀體驗提供了新動力，有助于解決殘障人士的各種參觀障礙。將新興信息技術應用于博物館建設與展教支持服務中，全面優(yōu)化殘障人士參觀體驗，成為博物館無障礙建設的首要任務?？傮w來看，根據(jù)殘障人士的不同類型，當前新興信息技術在優(yōu)化其博物館參觀體驗中的創(chuàng)新應用主要包括以下幾個方面。

一、面向肢體殘障人士的安全導航技術與眼控技術

在博物館參觀過程中，肢體殘障人士面臨的主要障礙是行動不便和獲取展品信息不便。博物館提供的相關輔助設施主要有無障礙電梯、輪椅、語音導覽及APP等，但由于相關設備功能不完善、操作程序不夠人性化等原因，大部分肢體殘障人士的參觀障礙仍未能真正消除。新興信息技術的出現(xiàn)為全面消除殘障人士參觀障礙帶來新希望：智能輪椅憑借多樣化操控、安全導航功能等優(yōu)勢，可以幫助不同程度的肢體殘障人士消除行動障礙；眼控技術憑借其易用且高效的操控方式可以幫助重度肢體殘障人士順利獲取展品信息。

1.利用安全導航技術解決行動障礙：路徑規(guī)劃、避障與實時導航

在博物館環(huán)境中，行動障礙主要指因肢體缺陷而無法進入博物館或抵達展品展示處的障礙。安全導航技術通過多傳感器融合和定位分析為導航提供可靠依據(jù)，為肢體殘障人士挑選最優(yōu)路徑，保證其安全準確抵達目標展示處。

（1）安全導航技術的系統(tǒng)架構(gòu)及其基本功能

圖1 安全導航技術系統(tǒng)架構(gòu)及基本功能

安全導航技術一般由多傳感器信息融合技術、定位與信息分析技術、路徑規(guī)劃與導航控制技術三部分構(gòu)成（李雪蓮，2014），其系統(tǒng)架構(gòu)與基本功能具體如圖1所示。其中，多傳感器信息融合技術用于確保收集數(shù)據(jù)和獲取周圍環(huán)境信息的準確性，為系統(tǒng)正確決策提供可靠導航依據(jù)。參觀者在博物館參觀過程中一般處于非結(jié)構(gòu)化環(huán)境，周圍環(huán)境信息常為多義或不準確的，并且會隨時間變化而變化，這對以輪椅為主要交通工具的肢體殘障人士的行動造成很大困擾。多傳感器信息融合技術通過協(xié)同多種傳感器將各種傳感信息有效結(jié)合，來保證獲取信息的有效性和可靠性，為導航的實時性和避障的可靠性提供保障，從而為肢體殘障人士行動提供高效且準確的導航。定位與信息分析技術主要利用傳感器獲取相應信息確定參考系在環(huán)境中的位置和姿態(tài)，以為進一步導航提供基礎依據(jù)。博物館主要為室內(nèi)環(huán)境，對定位系統(tǒng)的精確度要求較高，因此采用多種定位技術相結(jié)合的方式，可以精確定位肢體殘障人士在博物館的具體位置，保證其順利抵達展品處或展覽項目處。路徑規(guī)劃與導航控制技術最終結(jié)合傳感器獲取的環(huán)境信息和定位技術確定的參考系位姿，可以實時規(guī)劃可行性路徑，并根據(jù)具體環(huán)境實施避障、轉(zhuǎn)彎等操控，保證肢體殘障人士安全且準確抵達展品處或項目展覽處。

（2）基于安全導航技術的智能輪椅在博物館參觀中的應用

智能輪椅主要以安全導航技術為支撐，結(jié)合人機界面系統(tǒng)和控制系統(tǒng)實現(xiàn)自主導航、自主避障、防碰撞等功能，從而消除肢體殘障人士抵達目標展品處或項目展覽處的行動障礙。目前，博物館針對肢體殘障人士的輔助服務主要有輪椅租借和無障礙電梯，但因輪椅對道路條件要求高，無障礙電梯設置范圍小、數(shù)量有限等，肢體殘障人士仍無法實現(xiàn)無障礙化博物館參觀。智能輪椅憑借安全導航技術支持有助于解決殘障人士的參觀障礙。日本東京大學信息科學研究生院和奈良科技大學合作開發(fā)的智能輪椅，一方面利用超聲波距離傳感器和編碼器確定自身位置并發(fā)現(xiàn)障礙物，為到達目的地制定詳細路線并實時躲避障礙物；另一方面提供有人性化人機界面系統(tǒng)，方便四肢殘障、癱瘓等重度肢體殘障人士以面部表情和眼神交流形式輸入命令（Montesano et al.，2010）。英國埃塞克斯大學和中國科學院聯(lián)合開發(fā)的智能輪椅，通過跟蹤頭部動作及面部表情輸入動作命令，導航系統(tǒng)結(jié)合命令與環(huán)境規(guī)劃路徑實施導航（Jia et al.，2007）。此外，為方便殘障人士操控輪椅，其人機界面還可以包含語音形式、眼控形式、腦波控制形式等多種交互形式（Tomari et al.，2012）。在博物館環(huán)境中，智能輪椅憑借支持多種形式輸入的人機界面系統(tǒng)，能夠滿足不同程度殘障人士的輸入需求，而安全導航技術則可以根據(jù)輸入要求結(jié)合參觀者周圍環(huán)境，實施避障、防碰撞、實時導航等操作，消除殘障人士抵達展品處和項目展覽處的行動障礙，保證其博物館參觀無障礙化。

2.利用眼控技術消除展品信息獲取障礙：眼控查詢、眼控瀏覽

重度肢體殘障人士因手部或上肢缺陷無法操控電子查詢屏或自帶移動設備來獲取展品信息。眼睛作為其傳輸意圖的主要途徑，成為解決獲取展品信息障礙的關鍵。眼控技術主要通過眼球運動操控相應設備以獲取展品信息，消除肢體殘障人士的參觀障礙。

（1）眼控技術的系統(tǒng)構(gòu)成及其基本功能

眼控技術主要通過眼動追蹤記錄分析用戶眼睛的注視、跳動和移動軌跡等活動，得出用戶感興趣的區(qū)域及注意的指向和移動過程，人機交互利用以上信息實施相應操作，最終在顯示屏上做出相應反饋。眼控交互控制系統(tǒng)一般由視線跟蹤與校準模塊、視線控制模塊兩部分組成，其工作原理是：系統(tǒng)首先通過紅外線眼動設備捕捉用戶眼動軌跡，經(jīng)由紅外眼動追蹤設備確定被試視點的精確位置，并將其傳輸至眼動程序捕捉電腦即服務器，最后經(jīng)運行程序電腦即客戶端處理，直接在客戶端呈現(xiàn)運行結(jié)果或?qū)⑦\行結(jié)果在投影屏幕上顯示，具體如圖2所示。其中，視線追蹤與校準模塊主要用于追蹤和記錄用戶視線所集中的區(qū)域，確定關注點的精確位置（Ford，2007）。視線追蹤主要用于根據(jù)角膜反射的紅外線計算注視點位置。借此，重度肢體殘障人士在面對感興趣的展品想要做進一步了解時，可通過眼睛動作發(fā)布相關指令，系統(tǒng)通過瞳孔——角膜反射技術（PCCR）實現(xiàn)視線追蹤，并經(jīng)過專門處理算法得到殘障人士關注的具體展品。視線校準則主要保證視線追蹤獲取眼動信息的準確性，防止眼動特征和眼動設備對注視點判斷的影響。視線控制模塊主要通過交互界面的區(qū)域識別和跟蹤模塊的相關信息，根據(jù)用戶關注的目標區(qū)域完成相應操作，并在屏幕中呈現(xiàn)相關反饋信息。在面對感興趣的展品時，肢體殘障人士在人機界面對展品實施眼動操作，經(jīng)過系統(tǒng)識別判定其眼睛關注的目標區(qū)域，系統(tǒng)分析目標區(qū)域指令實施相應操作，最終讓肢體殘障人士順利獲取展品信息。

圖2 眼控交互系統(tǒng)工作原理

（2）眼控查詢屏、眼控移動設備在博物館中的應用

電子查詢屏和移動設備作為博物館環(huán)境中獲取展品信息的主要形式，結(jié)合眼控技術構(gòu)成眼控查詢系統(tǒng)，有利于肢體殘障人士避免身體缺陷限制，通過眼睛進行操控來獲取展品信息。目前來看，眼控技術在博物館中的應用還處于起步階段，但針對殘疾人領域的應用則有大量研究。《麻省理工科技評論》雜志2010年曾報道，為讓手部殘疾人士克服無法使用電話的障礙，科研人員正在努力研發(fā)眼控式手機技術，眼控筆記本和眼控相機等產(chǎn)品也相繼面世，幫助殘障人士克服生活障礙。來自丹麥技術大學和哥本哈根大學的學生設計的基于眼動的文本輸入系統(tǒng)——StarGazer，能夠保證殘障人士平均每分鐘輸入3.47個單詞（Hansen et al.，2008）。西班牙眼動研究人員針對殘疾人上網(wǎng)需求設計了一款基于眼動的瀏覽器，并以EOG信號為基礎定義了上下左右及眨眼五個動作，支持殘障人士進行相應輸入與瀏覽（Lledó et al.，2013）。在參觀博物館過程中，重度肢體殘障人士無法通過肢體自主操作查詢設備，面對不同展品不能獲取相關信息。將眼控技術應用于博物館自主查詢屏或肢體殘障人士的移動設備中，利用眼控技術，可以讓他們避免肢體缺陷限制，通過轉(zhuǎn)動眼球控制查詢屏或移動設備，自主選擇感興趣的展品對其來源、歷史、特征等進行深入了解，并通過眼控操作挑選具體信息進行瀏覽，甚至還可以對相關展品進行拍攝或通過社交工具分享自己的參觀感受，最終消除肢體殘障人士獲取展品信息的障礙，進一步優(yōu)化其參觀體驗。

二、面向視障人士的室內(nèi)定位技術和力觸覺反饋技術

視障人士在博物館參觀中面臨的主要障礙包括掌握位置信息障礙、獲取展品信息障礙和感知展品障礙等。為此博物館提供有觸摸展品、語音導覽、字幕系統(tǒng)等相關輔助設施，然而在實際實施過程中存在觸摸展品數(shù)量有限、輔助設備功能不完善、操作不夠簡潔等問題，致使視障人士參觀障礙無法全面消除。室內(nèi)定位則憑借高精確度定位優(yōu)勢，向視障人士推送在博物館環(huán)境內(nèi)的位置信息和相關展品信息；力觸覺反饋技術為其感知展品提供新途徑，促進了其對展品特征的全面感知。

1.利用室內(nèi)定位技術幫助掌握位置信息：室內(nèi)樓層導覽、展品導覽

掌握位置信息障礙主要指因視力缺陷無法辨別當前位置或確定行動方向。室內(nèi)定位則突破了室外定位信號無法抵達室內(nèi)的局限，利用與室內(nèi)定位相適應的信號技術，經(jīng)由不同定位方法和距離測定手段確定視障人士在博物館中的具體位置，同時為其提供具體展品的詳細位置信息。最終，視障人士可隨時隨地獲取所處位置信息，為抵達目的地提供指引，并能快速且準確地獲取展品相關信息。

（1）室內(nèi)定位技術的系統(tǒng)構(gòu)成及其基本功能

室內(nèi)定位主要解決室外定位系統(tǒng)所用衛(wèi)星信號到達地面時信號較弱，不能穿透建筑物等問題，它通過紅外線、超聲波、藍牙等實現(xiàn)對室內(nèi)空間人員和物體的定位，同樣在博物館環(huán)境中可幫助視障人士實現(xiàn)對具體展品和自身所處位置的精確定位。室內(nèi)定位系統(tǒng)主要包括信號媒介、信號測量技術和位置估算三方面，其具體定位流程如圖3所示（梁韻基等，2010）。其中信號媒介主要作為通信工具，保證展品或自身位置信息在定位系統(tǒng)中的順利傳遞。為保證室內(nèi)定位在不同環(huán)境中的精確性，信號媒介逐漸發(fā)展出不同種類，主要包括紅外線、超聲波、藍牙、WiFi、RFID等，它們在定位精度、對外部環(huán)境和硬件設施的依賴程度、抗干擾能力、成本高低等方面存在差異，因此博物館應根據(jù)具體環(huán)境和不同需求選定相應信號媒介，保證位置信息在博物館環(huán)境中的順利傳遞。信號測量技術主要用于確定待測目標的位置信息，從原理來講主要包括鄰近信息法、場景分析法、幾何特征定位法等。根據(jù)對定位精度的要求和操作難易程度的衡量，博物館要選擇相應定位方法，同時還要考慮與信號媒介的匹配程度。位置估算則最終計算并確定待測目標與參考點的相對距離，通常包括到達時間（TOA）、到達時間差（TDOA）、到達角度（AOA）、RSSI等方法，根據(jù)相應環(huán)境設施的支持、精確度和計算難易程度，結(jié)合定位方法和信號媒介選擇合適的距離確定方法，最終確定特定展品即待測目標的具體位置。

圖3 室內(nèi)定位流程圖

（2）路線導航與展品導覽：博物館中基于室內(nèi)定位的信息推送服務

室內(nèi)定位作為位基服務的新興形式，能夠為視障人士提供其在博物館中的精確位置，并為其確定行動方向提供指引。室內(nèi)定位將定位技術擴展至建筑和室內(nèi)空間，對定位精度的要求大幅提高。對于視障人士，室內(nèi)定位不僅能判斷其在博物館中的平面位置信息，同時還能確定其三維立體位置，如判別用戶在博物館建筑中的第幾層（Johnson et al.，2015）。借此，室內(nèi)定位可結(jié)合導航功能為視障人士提供室內(nèi)導航，為其確定行動方向提供指引，不僅幫助他們在參觀過程中成功躲避障礙物，同時還可以為其抵達展品展示處制定安全路徑。維多利亞皇家博物館作為首個引進室內(nèi)定位技術的博物館，運用Wifarer移動APP為參觀者提供位置感知，將相應展品展現(xiàn)在虛擬地圖上（Fitchard，2012）；史密森博物館提供有“Tours”APP，為參觀者依次提供五個展館的導航（Haberacker et al.，2012）。此外，還可將室內(nèi)定位與導覽功能相結(jié)合，在精確確定展品位置的基礎上為視障人士提供相關展品的講解。比如，美國大都會博物館引進Facebook提供的基于位置的相關展品介紹（Ann，2015）；iBeacons和其他公司合作提供給博物館參觀者一款APP，當參觀者靠近某一展品或展覽活動時，則會為其提供語音、圖片及文字等相關信息，促進參觀者對展品的了解。

2.利用力觸覺反饋技術促進對展品的感知：虛擬環(huán)境、真實觸摸

感知展品障礙主要指參觀者因視力缺陷無法認識展品形狀、質(zhì)地等信息，同時博物館內(nèi)多數(shù)展品禁止觸摸，阻礙了視障人士感知展品的直接途徑。力觸覺反饋技術作為虛擬現(xiàn)實的交互技術之一，在虛擬環(huán)境下為視障人士提供對不同展品表面紋理、粗糙程度等特性的觸覺感知，對速度、壓力、慣性的力覺感知，保證視障人士對各種展品的全面感知，加深對展品的理解。

（1）力觸覺反饋技術的工作原理及其基本功能

力觸覺反饋技術作為虛擬現(xiàn)實交互技術之一，主要作用是能夠為用戶提供虛擬環(huán)境生成的力感和觸感反饋，其主要工作原理是利用傳感器測量用戶的位置與姿態(tài)，通過力觸覺設備合成與虛擬環(huán)境相匹配的多自由度點信號，再經(jīng)過虛擬環(huán)境中的力場發(fā)生器和力信號發(fā)生器實現(xiàn)由電信號到多自由度力信號的轉(zhuǎn)換，并向力觸覺設備發(fā)布動作命令，使其向用戶提供力與力矩的感知，具體如圖4所示（Jacobus et al.，1997）。在博物館環(huán)境中，系統(tǒng)首先通過位置傳感器、速度傳感器和力矩傳感器等測量視障人士與展品的交互動作及在博物館中的具體位置信息，將數(shù)據(jù)實時、準確地輸入主控計算機，幫助視障人士完成對不同展品的質(zhì)地、形狀、重力等信息的輸入。接下來，力場發(fā)生器通過空間匹配算法將力觸覺反饋設備輸入的位姿即視障人士感知展品的動作狀態(tài)，映射成為虛擬空間代理點的位姿即相關展品的具體形態(tài)，虛擬空間代理點的位姿隨操作者動作的變化而變化，從而實現(xiàn)虛擬展品與視障人士操作動作的同步變化。力信號發(fā)生器則主要根據(jù)虛擬展品被操作點與計算機生成的虛擬環(huán)境的交互狀態(tài)進行反饋計算，并及時將反饋力的計算結(jié)果發(fā)送給力觸覺設備進行輸出，最終視障人士得以對展品的形狀、質(zhì)地、紋理、重量等形態(tài)特征形成真實且準確的感知。

圖4 力觸覺反饋技術工作原理

（2）力觸覺反饋手套在消除展品感知障礙中的應用

數(shù)據(jù)手套作為借助虛擬現(xiàn)實進行觸覺交互的主要技術設備，結(jié)合力觸覺反饋技術的應用，可以幫助殘障人士擺脫視覺缺陷和禁止觸摸展品的限制，使其在虛擬環(huán)境中實現(xiàn)對任意展品的特征形態(tài)的全面感知。力觸覺交互設備按照尺寸和工作空間范圍一般分為手指型、手臂型和全身型。力觸覺反饋手套則屬于手指型，其結(jié)構(gòu)較小，允許活動范圍僅限于手指關節(jié)舒展，有利于模擬虛擬環(huán)境下視障人士抓握、撫摸展品的感覺。它主要根據(jù)各關節(jié)舒展程度施加不同大小阻力到關節(jié)上，使視障人士體驗真實博物館環(huán)境中抓握展品的感覺。目前，力觸覺反饋技術主要應用于娛樂、醫(yī)療、軍事、工程等領域，在博物館領域很少投入應用。加拿大西安大略大學改裝的具有反饋功能的內(nèi)窺鏡手術模擬系統(tǒng)，通過保證力觸覺感知提升手術操作的真實性（Tavakoli et al.，2006）；意大利Perceptual Robotics實驗室研制了用于心血管手術模擬的HERMES系統(tǒng)（Raspolli et al.，2005）；不少Android程序?qū)⒂|覺反饋技術應用于移動游戲中以創(chuàng)造逼真的震撼感，如射擊游戲中某種武器的后座力或爆炸時的沖擊力，或樂器應用程序中彈動吉他琴弦時的振顫感，甚至是玩過山車游戲時耳邊呼嘯而過的風聲（如月，2012）。在博物館環(huán)境中，同樣可利用力觸覺反饋手套為視障人士感知展品提供新路徑，擺脫博物館“禁止觸摸”規(guī)則限制，在虛擬環(huán)境中實現(xiàn)對不同展品的感知，幫助他們了解展品具體形狀、質(zhì)地、紋理及重量等特征，最終實現(xiàn)對展品的全面感知。

三、面向聾啞人士的增強現(xiàn)實技術和手語識別與合成技術

聽力和語言殘障人士在博物館參觀中主要面臨聽取展品信息障礙和溝通交流障礙。博物館對此提供有聲音增強系統(tǒng)、字幕系統(tǒng)、電子查詢屏和人工手語翻譯等相關服務，但因?qū)嶋H實施與應用過程中存在支持資源內(nèi)容有限、僅對部分展品有用、工作效率低、人力支持有限等問題，使聽力和語言殘障人士仍無法全面、個性化獲取展品信息，無法順利與講解人員或其他博物館工作人員溝通交流。增強現(xiàn)實技術和手語識別與合成技術則分別以其獨特的功能優(yōu)勢針對性地解決了聽力和語言殘障人士的參觀障礙。

1.利用增強現(xiàn)實技術排除展品信息獲取障礙：虛實融合、同步呈現(xiàn)

在聾啞人士的博物館參觀過程中，獲取展品信息障礙主要指因聽力缺陷而無法獲取展品講解信息、無法感知展品相關聽覺信息等。增強現(xiàn)實技術主要是把虛擬物體與真實環(huán)境融合，通過將虛擬數(shù)據(jù)展品信息疊加到真實環(huán)境中的展品，將展品信息以視覺形式實時呈現(xiàn)給參觀者，同時呈現(xiàn)三維立體環(huán)境渲染展品，使聽力與語言殘障人士全面感知展品。

（1）增強現(xiàn)實技術工作原理及其基本功能

增強現(xiàn)實是虛擬現(xiàn)實的一個主要分支，主要實現(xiàn)虛擬物體與真實環(huán)境的疊加，使用戶從感官上確信虛擬環(huán)境是其真實環(huán)境的組成部分。其主要工作原理是：首先經(jīng)過攝像機獲取真實場景信息；接著對真實場景和相機位置信息進行分析，確保虛擬物體與真實場景的準確匹配；實現(xiàn)準確融合后，通過特定顯示設備呈現(xiàn)增強信息，具體過程如圖5所示。其關鍵技術主要包括交互技術、跟蹤與定位技術和成像技術（朱淼良等，2004）。交互技術以三維空間為基礎，主要采用人體動作捕捉或手勢識別，并輔助以語音識別、虛擬觸感反饋等多模態(tài)交互技術，有利于聾啞人士能夠通過多種方式準確輸入相關指令。跟蹤與定位技術則主要保證虛擬物體和真實場景在三維空間中位置的一致性，通過追蹤和定位現(xiàn)實場景中的圖像或物體計算出對應坐標關系，據(jù)此可以將有關展品的虛擬信息疊加到真實場景的正確位置，使聾啞人士在觀看展品同時可直接獲取展品相關信息。目前主要有圖像實時識別追蹤和基于傳感器的物體運動追蹤兩種實現(xiàn)方式（鐘慧娟等，2008）。成像技術總體分為平板三維顯示和真三維立體顯示，增強現(xiàn)實場景通常采用平板三維顯示技術進行顯示，主要通過模擬人眼視差的雙鏡頭攝像對實景進行視頻捕捉，經(jīng)過相關處理，最終實現(xiàn)增強現(xiàn)實場景的3D展示。增強現(xiàn)實利用跟蹤與定位技術保證虛擬展品信息疊加到真實場景的正確位置，通過特殊成像技術將展品的虛擬數(shù)字信息與真實展品實現(xiàn)實時融合，并將融合之后的圖像經(jīng)3D展現(xiàn)技術呈現(xiàn)給聽障人士，以幫助他們實現(xiàn)對任意展品之相關信息的獲取。

圖5 增強現(xiàn)實技術工作原理

（2）增強現(xiàn)實APP、谷歌眼鏡在博物館場景下消除信息獲取障礙中的應用

增強現(xiàn)實APP和谷歌眼鏡作為增強現(xiàn)實技術便攜化的重要發(fā)展趨勢，通過將虛擬數(shù)字展品信息與真實場景中的展品相融合，以視覺信息形式實時呈現(xiàn)給聽障參觀者，使聽障人士實現(xiàn)對展品信息的個性化獲取。目前，增強現(xiàn)實技術在博物館中的應用多采取移動APP形式，谷歌眼鏡的應用則相對較少。其中，史密森國家歷史自然博物館發(fā)布有一款名為“皮骨”（Skin and Bones）的增強現(xiàn)實應用程序，用戶通過將攝像頭對準骨骼標本，可獲得相應3D圖像及相關細節(jié)展示（Marques et al.，2015）。荷蘭阿姆斯特丹國立博物館實施了一項名為“ARTours”的項目，參觀者在參觀展品的同時，使用手機可以獲取展品背景信息，包括作者生平、展品介紹、他人評論等（Schavemaker et al.，2011）。增強現(xiàn)實APP在提升普通人士參觀體驗時，還可以從視覺上為聽障人士獲取展品信息提供支持，讓他們憑借手機、平板電腦等自帶設備即可實時獲取任意展品相關信息。除了增強現(xiàn)實APP之外，谷歌眼鏡作為典型的可穿戴設備，以其易用、便攜、信息獲取快速且準確等優(yōu)勢為參觀者提供了個性化體驗。曼徹斯特美術館實施的“通用學習成果”（GLO）項目通過調(diào)查谷歌眼鏡對參觀者場館學習結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)谷歌眼鏡通過參觀者個性且便捷化的操控，可以提供深入且全面的展品信息，對參觀者場館學習結(jié)果有顯著改善（Leue et al.，2015）。同樣，聽障參觀者憑借谷歌眼鏡只需通過觀看展品即可在鏡片上獲得增強現(xiàn)實的展品信息，以此克服聽覺上獲取展品信息的障礙。

2.利用手語識別與合成技術克服溝通交流障礙：手語翻譯、口語轉(zhuǎn)換

在博物館環(huán)境中，聽力和語言殘障人士的溝通交流障礙主要指博物館工作人員無法理解作為聾啞人士主要溝通方式的手語，同時聾啞人士不能聽到或理解博物館工作人員的口語。手語識別與合成技術則能分別實現(xiàn)將手語轉(zhuǎn)換為對應文字或語音，將語音轉(zhuǎn)換為聾啞人士能夠理解的手語，保證聾啞人士與博物館工作人員之間的正常交流。

（1）手語識別與合成技術的系統(tǒng)構(gòu)成及其主要功能

手語識別與手語合成分別從聾啞人士和健全人士角度出發(fā)，保證聾啞人士在博物館參觀過程中的實時溝通與交流。手語識別系統(tǒng)主要保證健全人士對手語的理解，根據(jù)輸入形式不同主要分為基于數(shù)據(jù)手套和基于計算機視覺兩種類型（Abdo et al.，2013）?；跀?shù)據(jù)手套的手語識別的識別率高但因穿戴設備而使用戶活動受限；與之相反，基于視覺的識別則方便用戶使用，但識別精確度有待提升。手語識別工作的原理為：系統(tǒng)首先將代表不同意義的手勢存入數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)手套或手勢圖像搜集手勢動作數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過特征提取和相應算法對搜集手勢與數(shù)據(jù)庫中的手勢做相應匹配，最后將手勢代表意義以文字或語音形式輸出，具體如圖6所示。針對聾啞人士在博物館參觀中的溝通交流障礙，應以博物館環(huán)境為核心將相關詞匯納入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，把基于數(shù)據(jù)手套的識別和基于視覺的識別相結(jié)合，保證手語翻譯的準確性和高效性。手語合成系統(tǒng)則主要支持聾啞人士對普通口語或文本的理解，主要涉及文本分析與手語碼轉(zhuǎn)換、手語庫的建立與基于手語詞的手語運動合成和手語的顯示等方面（高文等，2000）。其中，文本分析和手語碼轉(zhuǎn)換主要解決從文本或口語轉(zhuǎn)換到手語過程中的基本詞匯和部分詞序差別，手語詞庫則記錄每個手語詞的手語運動信息，為手語合成奠定基礎，最后將合成的手語以圖形或圖像的形式傳遞給用戶，使其能夠順利理解手語意義。

圖6 手語識別系統(tǒng)工作原理

（2）Kinect體感設備、翻譯手套在博物館參觀中的應用

手語識別與合成技術常被應用于Kinect體感設備和翻譯手套，實現(xiàn)手語和文字語音之間的相互轉(zhuǎn)換，以輔助聾啞人士與健全人士的溝通交流。其中，利用Kinect體感設備實現(xiàn)手語識別，主要采用基于視覺的手語識別功能，用戶可直接通過肢體動作完成相關指令輸入，與翻譯手套相比其易用性較高，但識別精準性對于滿足實際應用需求還存在一定難度。Kinect主要應用于娛樂游戲領域，近幾年其在手語翻譯上的應用也逐漸受到關注。SEERC（The South-East European Research Centre）和英國謝菲爾德大學合作開展的“Kinect手語識別”項目可以實現(xiàn)對科索沃手語的基本翻譯（Mustafa et al.，2014）；微軟研究院和中國科學院計算技術研究所合作開展的關于手語識別系統(tǒng)的研究，利用Kinect實時動態(tài)捕捉動作和聲音，以完成手語和語音文字間的彼此轉(zhuǎn)換（Chai et al.，2013）。相比之下，翻譯手套則主要采用基于數(shù)據(jù)手套的手語識別技術，利用數(shù)據(jù)手套和位置跟蹤器測量手勢在空間位置運動軌跡和時序信息，其系統(tǒng)識別率較高，但復雜的穿戴設備使用戶活動受到限制。數(shù)據(jù)手套常用于虛擬現(xiàn)實和力反饋領域，近年來在手語翻譯方面也受到廣泛關注，為聾啞人士的溝通交流提供了進一步保障。博物館同樣可通過Kinect和翻譯手套幫助聾啞人士實現(xiàn)手語識別和合成，以消除其參觀過程中的溝通交流障礙。在具體實施過程中要以博物館環(huán)境為依據(jù)進行相應設置，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存儲手勢應主要以博物館參觀話語體系中的常用詞匯為主，Kinect和翻譯手套需要根據(jù)不同情境、不同展品、易用性或精確度做相應安排，保證系統(tǒng)在博物館中的高效運行，實現(xiàn)博物館環(huán)境中手語與口語的全面轉(zhuǎn)換，使聾啞人士與博物館講解人員及其他人員實現(xiàn)無障礙溝通交流。

四、結(jié)語

新興信息技術的廣泛應用對于提升人類生活水平提供強大動力，更加為殘障人士消除生活和學習的障礙帶來新契機。博物館作為殘障人士進行非正式學習的主要場所，引進新興信息技術消除殘障人士參觀障礙是保證其順利學習的重要途徑。在博物館的具體應用中，首先分析不同殘障人士具體的參觀障礙，總結(jié)不同新興信息技術功能優(yōu)勢，據(jù)此，對不同殘障人士匹配使用相應信息技術，則能夠針對性解決不同類型殘障人士的參觀障礙。同時，在實際實施過程中有兩點需注意：一是要注重同一技

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1009-5195（2016）06-0056-09 doi10.3969/j.issn.1009-5195.2016.06.007

國家科技支撐計劃課題“科技館建設及展示展教關鍵技術研究”子課題“面向特殊人群的無障礙展教技術”（2015BAK33B02）。

陳榮、梁美榮，碩士研究生；鄭旭東，博士，副教授，博士生導師，華中師范大學教育信息技術學院（湖北武漢 430079）；張雯迪，武漢外國語學校（湖北武漢 430022）。