虛擬現(xiàn)實技術在博物館展覽展示中應用的思考
——以銅綠山古銅礦遺址為例

湖北美術學院 | 王誠 武漢科技大學 | 李琳 黃石市群眾藝術館 | 王曉愚

展覽展示設計是一項復雜的綜合性工作，包括設計創(chuàng)意美學、建筑、材料、聲光電、現(xiàn)代科技等諸方面。展覽展示設計最基本的是以完美的藝術呈現(xiàn)開始，達到內容與形式盡可能完美的統(tǒng)一，即創(chuàng)意設計。展覽展示設計的風格與形式，直接決定觀眾能否在最大范圍、最美感受中體驗展示效果。傳統(tǒng)展覽展示方式多采用展位搭建，展版圖文，燈光照明等形式。目前，絕大多數(shù)的展覽館、博物館中仍以文字、圖片、語音導覽、視頻播放、實物陳列及搭建模型等形式展示，這些靜態(tài)化的展示手段由于缺乏與展品的交互，很難調動參觀者的興趣，給予參觀者一種被動的感受。隨著科技前進的步伐，傳統(tǒng)展覽展示形式所具有的信息傳達局限性、信息接受被動性、缺乏互動性體驗、缺乏可持續(xù)性發(fā)展等不足日趨顯現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實技術的興起為展覽展示領域的數(shù)字化轉化和開發(fā)提供了新的路徑。虛擬現(xiàn)實技術以其獨特的優(yōu)勢應用到展示設計領域中，為文化藝術的傳播，為精神文明建設，以及豐富人民群眾的精神文化需求，提供了新的發(fā)展態(tài)勢，不僅充滿活力，而且必將具有無限的生命力。

一、虛擬現(xiàn)實技術在展覽展示中的應用

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，數(shù)字創(chuàng)意和新媒體技術全面介入到展覽展示領域，特別是時下迅猛發(fā)展的虛擬現(xiàn)實技術，以其強勁的當代前沿科技，獨特的優(yōu)勢和廣泛的使用場景再現(xiàn)，使展覽展示設計有了新的突破和廣闊的想象空間。虛擬現(xiàn)實技術在展覽展示中的應用，包括使用計算機模擬生成虛擬的環(huán)境，并通過傳感設備將觀眾帶入到虛擬環(huán)境中，實現(xiàn)在同一畫面中實時呈現(xiàn)真實場景與虛擬物體相互疊加的效果，進而與現(xiàn)實世界進行交互。

從源自宋代工筆花鳥畫制作的動畫片《美麗的森林》角逐奧斯卡到展現(xiàn)千年敦煌藝術的大型互動應用《VR 敦煌》（如圖1），再到“萬物有靈——清華大學文化遺產保護與創(chuàng)新研究成果展”，虛擬現(xiàn)實技術在文物遺產和非物質文化遺產的展覽展示的演進中不斷發(fā)展。2018 年5 月《清明上河圖3.0》在故宮展演，使觀眾穿越在現(xiàn)實與夢幻之中，展演由3 個展廳與1 個宋代文人空間組成，融合8K 高清屏拼接顯示技術，4D 球幕影院等多種高科技互動藝術，構建出真人與虛擬的交織，令觀眾獲得沉浸式體驗。2018 年9 月，清華大學美術學院舉辦了“萬物有靈——清華大學文化遺產保護與創(chuàng)新研究成果展”，展覽共分六大展區(qū)，分別是紫禁威儀展區(qū)、先賢圣跡展區(qū)、寶相霓裳展區(qū)、邑巷人家展區(qū)、皇苑林泉展區(qū)、傳藝承明展區(qū)，大量的新媒體技術手段被應用于各個主題展區(qū)。圖2 為利用虛擬現(xiàn)實技術三維數(shù)字重建的“圓明園”。圖3 為基于墻上投影互動技術開發(fā)的“骷髏幻戲圖”，觀眾輕松地滑動一下投影中的“金絲線”，就可以讓小骷髏懸絲律動。這些全新的展示方式給觀眾帶來了前所未有的觀展體驗。由此可見，傳統(tǒng)語音導覽、手機App 掃碼講解、二維動畫顯示、視頻播放以及電子展示儀器等都是現(xiàn)代展覽展示的數(shù)字化的初級階段，而新的數(shù)碼體驗展館才能達到人與歷史的交互式、沉浸式體驗為首選的目的。

圖1 《VR敦煌》互動體驗

圖2 三維數(shù)字重建的“圓明園”

圖3 互動投影“骷髏幻戲圖”

如何使用計算機專用軟件整合圖像、配置音效、制作特效、識別物體、融入現(xiàn)實場景、實現(xiàn)交互是設計者面臨的難題。反之，如果能將虛擬現(xiàn)實技術的應用駕馭得手，自然既能表現(xiàn)展覽展示的主題及故事，又能最大限度地使觀眾沉浸在藝術的感染，感官愉悅，感知教育，接受知識。顯然，近10 年數(shù)字技術引發(fā)的變革對傳統(tǒng)展覽展示方式已產生根本性顛覆。

二、銅綠山古銅礦遺址博物館數(shù)字化改造

國務院《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中明確指出應依托先進數(shù)字技術，推動實施文化創(chuàng)意產品扶持計劃和“互聯(lián)網(wǎng)+”，促進優(yōu)秀文化資源創(chuàng)造性轉化。具體任務就是鼓勵對藝術品、文物、非物質文化遺產等文化資源進行數(shù)字化轉化和開發(fā)，依托地方特色文化，創(chuàng)造具有鮮明區(qū)域特點和民族特色的數(shù)字創(chuàng)意內容產品，加強現(xiàn)代設計與傳統(tǒng)工藝對接，促進融合創(chuàng)新，提高圖書館、美術館、文化館、體驗館數(shù)字化、智能化水平，加強智慧博物館和智慧文化遺產地建設，創(chuàng)新交互體驗應用。

以銅綠山古銅礦遺址、大冶鐵礦東露天采場、漢冶萍煤鐵廠礦舊址和華新水泥廠舊址為代表的黃石礦冶工業(yè)遺址群，完整地展現(xiàn)了古代勞動人民以礦石開采和冶煉制造為核心的礦業(yè)文明發(fā)展進程，其代表性、系統(tǒng)性和完整性都是相當罕見的。國家文物局原局長、時任故宮博物院院長的單霽翔先生在黃石考察特別指出：“單獨看黃石的銅、鐵、水泥等遺產，不乏其物，但集中于17 平方公里的區(qū)域密集整體呈現(xiàn)，全國唯一?！?2012 年12 月，黃石礦業(yè)工業(yè)遺產于入圍中國世界文化遺產預備名單，這也是目前我國唯一列入該名單的工業(yè)遺產。

以上述4 個工礦博物館中，年代最久，開放最早，影響最大的銅綠山古銅礦遺址博物館為例，結合現(xiàn)在“互聯(lián)網(wǎng)+ 文博旅游”的新路徑，用虛擬現(xiàn)實技術進行新的文化創(chuàng)意，不僅開拓了現(xiàn)代的數(shù)字化展示理念，改變了傳統(tǒng)工礦遺產的展示面貌，而且對將來聯(lián)合申遺取得成功有著重要的現(xiàn)實意義。

1.展示背景

黃石作為中國古代青銅文化的重要發(fā)祥地，歷史悠久。在殷商時期，銅綠山就已經(jīng)開礦煉銅，歷經(jīng)三千余年歲月滄桑，爐火仍然生生不息。作為中國第一座展現(xiàn)古代礦冶科技發(fā)展史的專門性博物館，銅綠山古銅礦博物館是全國重點文物保護單位，也是我國繼半坡遺址、秦始皇兵馬俑后的第3 座歷史遺址博物館。展覽館于1984 年開館，展廳全長36 米，寬度30 米，高度14 米。考古發(fā)掘現(xiàn)場近400 平米，其中，平巷66 條，豎井70 個，盲井斜井各一個，全部采用春秋時期木質榫接方框支架維護，縱橫交錯，層層迭壓?，F(xiàn)主要展示方式有：出土文物、礦石標本、圖版、模型、部分聲光電系統(tǒng)、幻影成像裝置，反映了遺址的地質地貌、挖掘經(jīng)過、采礦冶煉等狀況。展廳外東南方向深約20 米的地下，還保留有西周至春秋時期的采礦遺存，其面積約2000 平方米。

讓展廳里表面看來“一堆爛泥巴和爛木頭”的古礦冶遺址（如圖4）活起來，讓如同迷宮一樣的地下多層巷道再現(xiàn)在人們眼前，并讓人們走進巷道，實現(xiàn)3000 年的時空穿越，通過身體力行，手眼感知，多感官愉悅，感受3000 年的神秘而燦爛的中國古代文明。采用虛擬現(xiàn)實技術的數(shù)字體驗館可以通過整合博物館展廳及展品，建成以數(shù)字化、智能化、互動化的模式進行展示的多功能共享性鑒賞互動廳。

2.博物館數(shù)字化改造規(guī)劃

在具體應用層面上，虛擬現(xiàn)實技術涉及眾多技術和輸入輸出設備。就AR 顯示設備而言，可分為頭戴式、手持式和空間式3 種。頭戴式顯示設備（如AR 眼鏡、AR 頭盔）目前還存在重量大、舒適性差、續(xù)航時間短、價格高昂等缺點。手持式顯示設備利用手持式移動終端（如智能手機、平板電腦等）的顯示屏幕作為AR 圖像的顯示媒介，具有價格低廉、普及率高等優(yōu)點?？臻g式顯示設備（如CAVE 投影系統(tǒng)）其體積較大，只能應用在固定的顯示領域，缺乏沉浸式體驗，但可以同時為一群人提供增強現(xiàn)實信息[1]。對于博物館這種需要對大量用戶展示的應用場景，可以采用手持式顯示設備的增強現(xiàn)實方案。價格高昂且只能同時供少數(shù)用戶使用的頭戴式顯示設備可用于博物館后期的商業(yè)開發(fā)領域。此外，對于模擬場景的構建可采用三維掃描結合三維建模軟件完成，而與參觀者的交互可通過體感設備結合空間式顯示設備的方式實現(xiàn)。

銅綠山古礦博物館中現(xiàn)有的出土文物、礦石標本以及古礦冶遺址本身具有真實性、唯一性的特點，這些是虛擬現(xiàn)實技術無法替代的。但是從促進文物數(shù)字化轉化，提升參觀者的興趣，推動文化遺產傳播的角度出發(fā)，利用虛擬現(xiàn)實技術對博物館現(xiàn)有展覽展示方式進行合理改造是十分必要的。具體數(shù)字化改造規(guī)劃如下：

（1）構建古礦三維模型

考古發(fā)掘現(xiàn)場處于技術原因和對遺址的保護，僅僅只發(fā)掘了一部分，絕大部分的采礦遺址還埋藏在地下。虛擬現(xiàn)實技術（VR）可以對現(xiàn)有發(fā)掘現(xiàn)場遺址按空間比例，巷道結構，橫豎井，多層巷道的真實遺存進行高清三維數(shù)據(jù)掃描。利用三維掃描數(shù)據(jù)結合考古研究成果使用三維建模軟件可模擬出絕大部分的古礦三維模型，這既可以幫助考古工作者復原銅綠山古礦的原貌，也利于參觀者更全面的了解銅綠山古礦。

（2）古礦石數(shù)字化呈現(xiàn)

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，基于移動終端設備的增強現(xiàn)實技術互動展示方式優(yōu)勢不斷凸顯，在眾多博物館互動體驗和創(chuàng)新發(fā)展中得到廣泛應用。[2]如今智能手機相當普及，通過針對博物館礦石、工藝品等具體展品開發(fā)增強現(xiàn)實App，參觀者只需要下載安裝App 就可以通過自己的智能手機，平板電腦看到“活”的展品。通過手機和平板電腦的操控與展品交互，實現(xiàn)從多個不同角度甚至是礦石內部進行深入觀察。依托手持式顯示設備進行古礦石數(shù)字化改造，一方面，加入了參觀者與展品的交互，可以增加博物館的趣味性，提高參觀者的用戶體驗；另一方面，由于增強現(xiàn)實借助參觀者自帶的智能設備，展館只需要投入軟件開發(fā)維護成本，省去了大量昂貴的硬件投入與維護，可以有效降低硬件改造升級的人力物力財力。

（3）采礦冶煉互動投影

圖4 銅綠山古銅礦遺址

以雕塑方式構建采礦冶煉模擬場景只能靜態(tài)的展示古人采礦冶煉的景象，置身于這樣的展廳，沒有專業(yè)知識的參觀者很難感受到古人開采礦產的艱辛過程以及大興爐冶的宏偉場景。采用播放科普視頻的方式可以在一定程度上解決靜態(tài)展示固有的缺點，但是也存在單純視頻播放缺乏與參觀者交互的問題。

互動投影對動態(tài)且有趣的交互體驗設計有著良好的承載能力，作為一種投入較低的虛擬現(xiàn)實技術被廣泛應用于產品廣告、數(shù)字娛樂、建筑展示、教育甚至醫(yī)療等多個領域。[3]在采礦冶煉模擬場景中使用互動投影可使過去原本被動式的接收信息變?yōu)榱酥鲃有缘膮⑴c，大大加強了體驗感和參與興趣。其同時支持多人多點，無先后的互動模式也非常適合博物館這類多用戶同時參與互動的應用場景。因此，可使觀眾的參觀體驗得到質的提升。

3. 博物館后期商業(yè)開發(fā)

博物館通過數(shù)字化改造在滿足對古礦遺址展示和文化遺產傳播的基本功能的同時，可用適當考慮建設數(shù)字體驗館進一步滿足參觀者沉浸式、交互式的體驗需求。在數(shù)字體驗館可以引入球幕系統(tǒng)、CAVE 虛擬現(xiàn)實顯示系統(tǒng)、環(huán)幕投影系統(tǒng)、數(shù)據(jù)手套、虛擬現(xiàn)實頭盔等虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和硬件設備，讓人們在不同場景得到不同層次的多維交互式文化旅游體驗。

后期商業(yè)開發(fā)構想具體為：①設置“巷道探秘”CAVE虛擬現(xiàn)實體驗區(qū)，使參觀者完全沉浸于一個被立體投影畫面所包圍的大型虛擬仿真環(huán)境中，通過佩戴數(shù)據(jù)手套或位置跟蹤器等虛擬現(xiàn)實交互硬件，得到一種身臨其境的三維立體視聽影像和交互感受。②“穿越千年”環(huán)幕影院區(qū)設計，可用環(huán)幕投影系統(tǒng)再現(xiàn)3000 年前采礦冶煉和先民的生活場景，參觀者在此能古今穿越，全方位感受沉浸式虛擬體驗。③設置“礦產博覽”互動體驗區(qū)，參觀者可以頭戴虛擬現(xiàn)實頭盔利用數(shù)據(jù)手套體驗采集礦石的過程，并能獲得手持各種奇異的礦石晶體任意角度欣賞的感受。

三、結語

作為新興“融媒”、“浸媒”的典型代表，虛擬現(xiàn)實在各個層面的維度上相對于傳統(tǒng)的傳播媒介具有自身的獨特優(yōu)勢，但運用虛擬現(xiàn)實技術時應充分考慮對厚重文化的敬仰，對歷史人物的尊重，對文物的尊重。將先進虛擬現(xiàn)實技術帶入博物館、展覽館不能僅僅只是供游人娛樂，而應本著寓教于樂的目的，處理好參觀者與展品之間的關系，從而使先進的技術手段更好的為藝術品、文物、非物質文化遺產等文化資源的傳播服務。

展覽展示設計通過虛擬現(xiàn)實技術得到豐富，具有廣泛的應用前景。隨著國力的不斷增強，人民文化修養(yǎng)的不斷提高，將會有更多數(shù)字化博物館、展覽館出現(xiàn)。而面對虛擬現(xiàn)實產品的高投入要制訂合理的發(fā)展計劃，用最適合的虛擬現(xiàn)實創(chuàng)意精品高水平、高質量地回饋社會和人民。