基于混合現(xiàn)實技術(shù)的博物館導覽系統(tǒng)應(yīng)用研究

張馨文 章 立 （江蘇省無錫市江南大學 214122）

博物館是征集、典藏、陳列和研究代表自然和人類文化遺產(chǎn)的實物的場所1。在我國博物館中，信息多以單一的形式展現(xiàn)在參觀者面前，無法刺激參觀者及時的將接收到的信息結(jié)合具體體驗。混合現(xiàn)實技術(shù)作為一種新興的技術(shù)展示形式，具有虛擬結(jié)合現(xiàn)實，輸入結(jié)合輸出的主要特征。將混合現(xiàn)實與博物館導覽相結(jié)合，設(shè)計符合博物館內(nèi)容的導覽系統(tǒng)。通過混合現(xiàn)實導覽引導參觀者在博物館中進行自發(fā)性、探索式和合作式的認知過程。

一、博物館數(shù)字導覽系統(tǒng)發(fā)展的問題

目前，我國博物館數(shù)字導覽系統(tǒng)的內(nèi)容選擇目前有以下問題：第一，博物館講解系統(tǒng)涉及內(nèi)容和知識體系性較弱，講解內(nèi)容過于基礎(chǔ)和空洞；第二，大部分博物館的講解內(nèi)容覆蓋面相對較小，大量展品沒有針對性的講解內(nèi)容；第三，博物館導覽系統(tǒng)內(nèi)容與博物館展出實物之間關(guān)聯(lián)度較弱。博物館導覽與混合現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合能夠彌補現(xiàn)博物館導覽的缺陷，提升博物館導覽的實用性。

二、認知理論下數(shù)字導覽的作用

根據(jù)認知心理學的認知原則2，博物館的數(shù)字導覽在認知過程的形成中應(yīng)有以下主要作用：數(shù)字導覽系統(tǒng)充分結(jié)合博物館情境，在認知過程中對大腦的生理結(jié)構(gòu)進行直接和間接的刺激，促進認知活動的全面展開；數(shù)字導覽應(yīng)通過對環(huán)境的利用，提高參觀者的喚醒水平，促進無意識認知形成；數(shù)字導覽結(jié)合環(huán)境的設(shè)計展示，充分調(diào)動參觀者的情緒與運動系統(tǒng)，提高認知活動的質(zhì)量和效果；數(shù)字導覽系統(tǒng)結(jié)合博物館物理情境，推動容量巨大的長期記憶的形成。

三、混合現(xiàn)實技術(shù)的特征及應(yīng)用優(yōu)勢

（一）MR技術(shù)在博物館導覽中的特征

混合現(xiàn)實技術(shù)通過在現(xiàn)實世界、虛擬世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，以增強用戶體驗的真實感。混合現(xiàn)實技術(shù)具有以下特征：多感知性：混合現(xiàn)實除了一般計算機技術(shù)所具有的視覺感知之外，還涉及聽覺、運動、觸覺感知等多種感知系統(tǒng)。沉浸感：混合現(xiàn)實直接在物理空間中營造虛擬與現(xiàn)實的交界，營造出物理空間之上的虛擬沉浸式體驗。實時交互性：混合現(xiàn)實技術(shù)能夠借助媒體手段進行信息的輸出，用戶接收到信息后，做出身體動作及手勢的反饋和語音的命令輸入。自主性：混合現(xiàn)實的自主性主要體現(xiàn)在，混合空間中真實物體和虛擬物體都可以成為混合現(xiàn)實交互過程中的交互道具。用戶可以利用真實物體對虛擬物體傳達交互指令也能夠直接操控虛擬對象，與混合空間信息進行自主的交互控制。

（二）MR技術(shù)應(yīng)用于博物館導覽的優(yōu)勢

參觀者在博物館進行參觀的過程中，混合現(xiàn)實的技術(shù)特性能夠為信息帶來直觀、可實踐和具有情緒化的傳播特點，促進參觀者形成完整的思維認知3。在博物館導覽的過程中，混合現(xiàn)實技術(shù)的沉浸感的情境塑造為抽象概念的表達提供了視覺化的展示形式。混合現(xiàn)實技術(shù)能夠在博物館的環(huán)境中將不同維度的概念以具象化的表現(xiàn)形式展示在參觀者面前，降低虛擬世界給體驗者帶來的不適感?；旌犀F(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用能夠彌補物理空間對于知識呈現(xiàn)的不足和缺點。

（三）MR導覽系統(tǒng)設(shè)計分析

1.基于案例的混合現(xiàn)實導覽系統(tǒng)設(shè)計

（1）導覽系統(tǒng)信息傳遞流程

根據(jù)認知活動的形成過程，參觀者在接收到信息時主要的處理過程有以下四步：接收概念：混合現(xiàn)實系統(tǒng)通過對知識背景的簡要介紹，將參觀者帶入虛實結(jié)合的實物參觀環(huán)節(jié)。讓參觀者在進入展館之初對展品有一定的自我理解，以便進入更深入的內(nèi)容理解。形成初步理解：這個過程在進行時，混合現(xiàn)實系統(tǒng)將青銅器信息利用圖像和動畫的展示方式疊加在實物上，對展出的青銅文物進行全面的剖析，促進參觀者形成初步理解。情境體驗：在混合情境中參觀者通過語音、動作、手勢三種方式在虛擬角色的引導下，完成對青銅器陶范法鑄造過程中一個或幾個步驟的體驗。形成啟發(fā)性認知：在參觀結(jié)束后，混合現(xiàn)實系統(tǒng)對青銅器及整個青銅時代青銅器藝術(shù)的演變與發(fā)展進行講述，對展示主題進行提升。

（2）混合現(xiàn)實導覽應(yīng)用分析

博物館應(yīng)用情境分析：上海博物館青銅器館內(nèi)展品分布分散，沒有明確的人流線路引導，展品介紹以文字為主，內(nèi)容較少。

參觀者特征分析：歷史文物類博物館的參觀者對于博物館的主題和娛樂性的要求越來越高，希望在輕松娛樂的環(huán)境里了解博物館的知識4。

混合現(xiàn)實導覽內(nèi)容設(shè)計：介紹青銅器分為外在紋樣、器形和內(nèi)在時代背景兩個部分。案例選取的西周孝文王時期的大克鼎作為介紹對象，混合現(xiàn)實導覽內(nèi)容主要選取其被捐贈的過程、器形、銘文、紋樣和西周青銅器鑄造過程。

（3）導覽系統(tǒng)交互方式設(shè)計

交互的主要目是為參觀者提供幫助和指導，以便及時獲得內(nèi)容的反饋5。根據(jù)混合現(xiàn)實的交互特征，交互方式分為動作交互、多感官交互和界面交互三種形式6。利用AR Kit中的對象探測錨、對象掃描儀和環(huán)境探測錨實現(xiàn)。動作交互主要涉及參觀者通過手勢和對界面輸入指令的控制對展示內(nèi)容進行選擇。

2.導覽技術(shù)開發(fā)及使用過程

技術(shù)開發(fā)過程：混合現(xiàn)實導覽系統(tǒng)的展示手段主要包含虛實結(jié)合的圖像疊加展示形式和通過虛擬空間的重現(xiàn)構(gòu)建探索式參觀體驗。在青銅器紋樣的展示中，混合現(xiàn)實系統(tǒng)的虛實疊加的特點能夠讓紋樣在器皿上展示、剝離和拆解。對于陶范制作法的制作過程，混合現(xiàn)實系統(tǒng)所構(gòu)建的青銅器鑄造廠的遺址復原能夠為參觀者帶來沉浸感強的體驗空間。

用戶使用流程：參觀者利用已安裝好博物館虛擬導覽系統(tǒng)移動設(shè)備對博物館內(nèi)的青銅器展品進行識別和內(nèi)容展示。首先用戶在首次打開程序時，需要對博物館內(nèi)的場館環(huán)境進行識別，完成對于物理坐標的構(gòu)建，同時調(diào)用虛擬導游。然后，用戶通過對青銅器進行二次識別，獲取參考目標對應(yīng)的介紹內(nèi)容。通過語音、視頻、空間重建對青銅器的器形、紋樣以及鑄造過程進行具體介紹，完成自主探索式的參觀過程。

3.混合現(xiàn)實導覽視覺設(shè)計

混合現(xiàn)實系統(tǒng)的界面要結(jié)合混合現(xiàn)實技術(shù)的特點和硬件設(shè)備進行設(shè)計。虛實結(jié)合式應(yīng)用的界面設(shè)計需要針對用戶動作和視覺的引導進行設(shè)計。引導內(nèi)容主要有一下幾個方面：

位置引導：通過界面內(nèi)的箭頭標識、操作位置標注以及語音的引導對用戶進行位置引導。

視覺引導：視覺引導主要依靠虛擬環(huán)境中構(gòu)建的虛擬導游進行具體的視覺引導。虛擬導游會通過動作、手勢以及聲音引導用戶控制手中的移動終端的位置和朝向。

操作引導：通過圖形在物理空間的疊加，減少參觀者在參觀過程中信息匹配的困難，加上虛擬導游的視覺引導，參觀者能夠?qū)в[系統(tǒng)提供的信息和真實物體結(jié)合的更好。

四、結(jié)論

在參觀中，混合現(xiàn)實對于參觀者在參觀時的情緒、實踐能力和認知活動的質(zhì)量都有了改善?；旌犀F(xiàn)實導覽系統(tǒng)解決一部分參觀者在知識遷移時容易出現(xiàn)的問題。博物館在設(shè)計導覽系統(tǒng)時應(yīng)該更加充分的利用博物館所具備的物理環(huán)境，并結(jié)合混合現(xiàn)實為參觀者提供沉浸式的參觀環(huán)境，提高博物館的文化傳播效率，發(fā)揮導覽系統(tǒng)的最大作用。

注釋：

1.鄭奕.博物館教育活動研究[M].上海：復旦大學出版社，2015.

2.Robert L，M.Kimberly.Cognitive Psychology[M].上海：上海人民出版社，2008.

3.黃紅濤.混合現(xiàn)實環(huán)境中具身交互如何促進科學概念理解[J].北京：現(xiàn)代遠程教育研究，2018（6）：28-36.

4.呂屏.基于VR技術(shù)的虛擬博物館交互設(shè)計[J].包裝工程，2017，38（24）：137-141.

5.李小平.VR/AR教學體驗的設(shè)計與應(yīng)用研究[J].北京：中國電化教育，2018，（3）：10-18.

6.黃進.混合現(xiàn)實中的人機交互綜述[J].北京：計算機輔助設(shè)計與圖形學學報，2016，（6）：869-880.