VR技術(shù)在福建博物院科普教育中的應(yīng)用實踐

彭珠清 傅永和

摘 要 VR技術(shù)具有浸入性、交互性、構(gòu)想性等特點，福建博物院探索將VR技術(shù)應(yīng)用實踐在科普教育中。文章圍繞《“海峽人”的樂園》VR專題片的內(nèi)容選題、構(gòu)想設(shè)計、制作等方面展開分析，通過VR技術(shù)融合展示了閩臺兩地的自然相似度、陸橋相連的地質(zhì)變遷、“海峽人”的生活方式等，使觀眾能夠“親臨”“海峽人”的樂園，感受當(dāng)時的生活，以期能為博物館科普教育領(lǐng)域的VR技術(shù)應(yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞 VR技術(shù) 科普教育 應(yīng)用實踐

0 引言

教育是現(xiàn)代博物館的主要職能之一，我國現(xiàn)行《博物館條例》明確指出，“博物館，是指以教育、研究和欣賞為目的，收藏、保護并向公眾展示人類活動和自然環(huán)境的見證物，經(jīng)登記管理機關(guān)依法登記的非盈利組織”。突出并強調(diào)了博物館的社會教育功能以及教育的獨特性與公益性。

VR技術(shù)全稱虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，以下簡稱：VR技術(shù)），意即借助計算機模擬產(chǎn)生的一個多源信息融合的交互式三維虛擬空間世界，實現(xiàn)在視覺、聽覺、觸覺等方面的真實模擬，通過三維動態(tài)展示和使用者實體行為的結(jié)合，讓使用者身臨其境，達到即時的、近乎真實的、沉浸式的活動與體驗。VR技術(shù)在博物館科普教育中的應(yīng)用，能夠讓觀眾主觀的、參與性的接受科學(xué)知識。為了充分發(fā)掘福建博物院館藏文物資源，順應(yīng)數(shù)字化時代的科普教育要求，福建博物院積極探索更完善、更先進的數(shù)字化多媒體手段，進一步豐富科普教育的展教方式，以滿足社會大眾多層次、多方位的學(xué)習(xí)需求。

1 VR技術(shù)助力博物館科普教育功能

近年來，在數(shù)字化、智能化的時代背景下，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在博物館中的應(yīng)用成為博物館發(fā)展的一個重要趨勢，助力博物館跨空間、跨時間、跨地域的限制，更好地發(fā)揮博物館的教育功能和展示功能。國內(nèi)的大中型博物館、科技館紛紛開展了VR技術(shù)的應(yīng)用研究與實踐，主要用于展品的陳列展示、互動科普教育系統(tǒng)開發(fā)及動手體驗實踐方面，推動了博物館科普教育模式的全面變革。

1.1 VR技術(shù)打破了傳統(tǒng)的科普教育的局限性

傳統(tǒng)的科普教育方式、內(nèi)容規(guī)?；目破栈顒?、類型局限的科普教育作品等已然不能滿足公眾的學(xué)習(xí)需求。隨著虛擬技術(shù)的發(fā)展，一些VR成果慢慢進入我們的視野，如：北京故宮實現(xiàn)了虛擬漫游、中國人民軍事博物館展出了虛擬的紅軍過草地三維影像、清華大學(xué)國家光盤工程研究中心研發(fā)出虛擬布達拉宮大全景VR等，VR技術(shù)實現(xiàn)了足不出戶也能親臨現(xiàn)場般的觀察和體驗，創(chuàng)新了科普教育手段和模式。

1.2 VR技術(shù)可以實現(xiàn)傳統(tǒng)科普教育無法實現(xiàn)的效果

一方面，對一些現(xiàn)實中不好模擬的場景無法生動地呈現(xiàn)在觀眾面前，利用VR技術(shù)可以很好地解決。比如：首部?；韬钪黝}大片《探秘海昏侯大墓》，運用VR技術(shù)將歷史與現(xiàn)代相結(jié)合，通過互動體驗，使觀眾親臨兩千年前的漢代?；韬顕?在首都博物館的“王后、母親、女將——紀念殷墟婦好墓考古發(fā)掘四十周年特展”中，觀眾戴上VR頭盔即可一眼“看穿”婦好墓穴，飽覽隨葬品的現(xiàn)場風(fēng)貌，借助VR技術(shù)有效解決了以往只能通過觀看文物、靠想象還原歷史的問題。另一方面，沉浸式、交互性體驗激發(fā)了觀眾對科學(xué)的興趣和熱愛，讓觀眾將被動接受式學(xué)習(xí)內(nèi)化為主動探索，啟發(fā)觀眾的想象力與創(chuàng)造力，激發(fā)創(chuàng)造性思維。

1.3 VR技術(shù)能夠融合多感官體驗

傳統(tǒng)的科普教育方式通常只靠聽覺或聽覺這種單一的感官體驗，而VR技術(shù)則融合了視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等多種感官體驗，從而實現(xiàn)身臨其境的感受。通過佩戴VR頭盔、手柄等設(shè)備，觀眾能夠獲得很好的沉浸感，借助聽覺和觸覺與虛擬環(huán)境產(chǎn)生互動。聲音通過智能化的播放設(shè)備以及一系列的數(shù)字化處理，能夠使觀眾產(chǎn)生空間感，利用二維和三維特效技術(shù)，模擬真實環(huán)境中的風(fēng)、雷、電等，使內(nèi)容更加真實。

2 VR技術(shù)在科普教育中要解決的關(guān)鍵性問題

VR技術(shù)是一種全新的人機交互方式，借助計算機建構(gòu)一個虛擬的三維空間世界，觀眾通過佩戴實體設(shè)備如特殊的眼鏡、頭盔等，在虛擬環(huán)境中感受真實的視覺、聽覺、觸覺等感官模擬，可以不受限制地隨意觀察360°三維空間，從而產(chǎn)生一種置身其中的神奇感。借助VR技術(shù)實現(xiàn)科普教育，同時也要借鑒各種基礎(chǔ)理論，如情境體驗式學(xué)習(xí)理論、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、自主學(xué)習(xí)理論、沉浸理論等，才能設(shè)計出更好科普教育資源。

2.1 浸入感的表現(xiàn)

沉浸式的學(xué)習(xí)有助于提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)效率，對科普知識的學(xué)習(xí)非常重要。浸入感是VR技術(shù)的主要特征，觀眾通過佩戴眼鏡、頭盔等實體設(shè)備，在計算機技術(shù)構(gòu)建的虛擬三維空間中，獲得“真實”的視覺感受、聽覺感受和觸覺感受，突破時間和空間的展示，能夠讓觀眾與虛擬環(huán)境“融為一體”。

2.2 交互性體驗

交互性是指觀眾在虛擬三維空間中，自然地在虛擬場景進行互動體驗，從而獲得更“真實”的參與感，提高觀眾的學(xué)習(xí)興趣。觀眾在虛擬環(huán)境中進行自主學(xué)習(xí)與探究，能夠針對性的進行反復(fù)操作與演練，通過與環(huán)境的相互作用認識自己的學(xué)習(xí)情況。

2.3 構(gòu)想的合理性

虛擬環(huán)境下的科普教育資源具有較強的浸入感和情境感，構(gòu)建合理有效的、身臨其境的故事情境，能夠讓觀眾認識固有認知與新知識的關(guān)聯(lián)性，提高學(xué)習(xí)的真實感和沉浸感，從而加深對所學(xué)知識的印象。

3 VR技術(shù)在福建博物院科普教育中的應(yīng)用實踐

作為福建省集自然科學(xué)、社會科學(xué)于一身的綜合性博物館，福建博物院在宣傳科學(xué)知識方面有著獨特的作用。2017年在福建省文化和旅游廳的推動下，福建博物院開始著手設(shè)計首個觀眾VR體驗項目——《“海峽人”的樂園》。戴上VR眼鏡，就能徜徉在海峽兩岸之間，讓觀眾在虛擬環(huán)境中體驗“海峽人”的生存環(huán)境，感受閩臺自然資源的共有性與差異性，深刻感悟閩臺兩岸是一家的歷史淵源。

3.1 選題依據(jù)

（1）“東山陸橋”與地質(zhì)變遷?！皷|山陸橋”這個概念由福建師范大學(xué)林觀得教授提出，并于2009年入選“中國地理百年大發(fā)現(xiàn)”。在臺灣海峽萬頃碧波底下，存在著一條橫亙臺灣海峽的淺灘，即“東山陸橋”，臺灣的學(xué)者稱“臺灣陸橋”。西起福建東南沿海東山島，向東延伸到海峽中部的臺灣淺灘，再向北，經(jīng)澎湖列島而后至臺灣西部。臺灣原為大陸的一部分，由于斷陷而形成臺灣海峽，海峽兩岸關(guān)系密切，植物、動物等相互遷移分布。自第四紀以來，地球上出現(xiàn)過至少4次較大規(guī)模的冰期、間冰期的反復(fù)更替，氣候時冷時暖，變化無常，期間動植物也發(fā)生了大規(guī)模的交流。海退時期，“東山路橋”長時間露出水面，使得動物以及人類能夠暢通往來于海峽兩岸，而植物也隨著動物和人類的活動范圍被傳播于兩岸之間。海侵時期，“東山路橋”淹沒于海底，兩岸的動植物和人類隨之又被隔斷，又有了各自的獨特性。

（2）“海峽人”的發(fā)現(xiàn)。福建、浙江和臺灣的漁民在臺灣海峽進行拖網(wǎng)捕魚作業(yè)時，打撈出了海峽海底淺層的第四紀哺乳動物群化石，可以確定的種類達28種之多，其中包含古人類的肱骨化石——“海峽人”，這些動物化石和臺灣出土的動物化石有著高度的一致性。來自天南海北的動物群化石組合說明這些哺乳動物當(dāng)年就生活在那里，而“海峽人”更是早先通過“東山陸橋”往來于海峽兩岸?！昂{人”的發(fā)現(xiàn)，填補了臺灣海峽古人類考古的空白，印證了兩岸人民同根同源、史前閩臺一體化、閩臺自古是一家。

（3）科普讀物《遠古的家園》?！哆h古的家園》是福建博物院范雪春等研究員傾力撰寫，記錄了兩萬年前臺灣海峽的秘密，揭示了早期人類文明的來龍去脈以及當(dāng)時與人類息息相關(guān)的哺乳動物方面的科普知識。

鑒于福建博物院對臺灣海峽的研究基礎(chǔ)以及福建與臺灣的地理位置，特研發(fā)以“海峽人”為主題的VR項目，旨在闡述閩臺兩岸自然相似性，將臺灣海峽變遷時期的生態(tài)環(huán)境、古人類生活習(xí)性、航海往來等與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，仿真模擬呈現(xiàn)給觀眾，展現(xiàn)閩臺兩岸一家親的歷史淵源，以期豐富科普教育的呈現(xiàn)形式、深化教育內(nèi)容、強化教育展示效果，讓觀眾身臨其境走進“海峽人”的家園，激發(fā)觀眾進一步認識臺灣、了解臺灣的熱情。

3.2 資料收集

在撰寫項目腳本和大綱之前，先進行資料收集與整理工作，包括閩臺地質(zhì)變遷資料、考古發(fā)掘資料、動植物資源、氣候等，充分利用考古學(xué)、地質(zhì)學(xué)、植物學(xué)、動物學(xué)等多學(xué)科，融合考究閩臺同根同源的歷史關(guān)系，為創(chuàng)建古動物模型、古環(huán)境復(fù)原、古人類生活場景復(fù)原等提供科學(xué)依據(jù)，確保設(shè)計的科學(xué)性和嚴謹性。

3.3 內(nèi)容策劃

在內(nèi)容分篇章的選擇上，通過前期研究發(fā)現(xiàn)，海峽兩岸自然相似性、東山陸橋、“海峽人”的生存環(huán)境、生活方式、大航海時代等方面是觀眾感興趣卻僅憑文物、標本資料等無法深入了解的內(nèi)容。為此，我們利用VR技術(shù)生成逼真的三維影像，復(fù)原場景，真實感強烈，讓觀眾能夠浸入式、交互性地去體驗、觀察和學(xué)習(xí)相關(guān)科普知識。

如表1所示，《“海峽人”的樂園》VR專題片分6個篇章，總時長12 min，每個篇章平均約2 min，以“海峽人”為主題，將觀眾作為第一視角，讓他們“親臨”歷史現(xiàn)場。

首先，以“海峽人”的發(fā)現(xiàn)倒敘入場，模擬漁民出海捕魚，打撈出動物化石，進而將觀眾的眼球集中到古人類化石上，點明主題《“海峽人”的樂園》。在故事敘述中采取了光環(huán)突出引導(dǎo)的方式展開，觀眾戴上VR設(shè)備后，在一個光環(huán)圍繞的“海峽人”化石引導(dǎo)下，去觀察體驗“海峽人”的樂園。

第二篇介紹海峽兩岸的自然相似性，從植物學(xué)、動物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、氣候等角度綜合分析臺灣、福建兩地現(xiàn)有的自然生態(tài)。利用VR技術(shù)生成三維仿真模型，用線條突出顯示兩地主要的河流走向，列舉法貼圖展示兩地的共有和特有動植物，讓觀眾戴上VR頭盔，聽著解說詞，馬上一目了然，引導(dǎo)觀眾在情境中仔細觀察。

第三篇由高度的自然相似性自然地引入陸橋相連的歷史淵源，末次冰期東山陸橋露出水面，此時，為躲避嚴寒，以猛犸象、披毛犀。達維四不像鹿等為代表的北方動物被迫大規(guī)模南遷，匯聚在海峽盆地。

第四篇虛擬演示海峽盆地的地理優(yōu)越性，氣候宜人、陽光明媚，成為人類和動植物躲避嚴寒的樂園。借助VR技術(shù)構(gòu)建三維仿真場景，模擬演示“海峽人”的生活環(huán)境、生活方式等。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，觀眾可以“穿梭”在茂密的原始森林里，如圖1所示?？梢越嚯x觀察“海峽人”的采集與漁獵生活，認識他們的生活環(huán)境與生活習(xí)性，感受“海峽人”的群居生活，如圖2所示。這部分還設(shè)置了互動環(huán)節(jié)，觀眾通過手柄操作，參與操縱四不像鹿和“海峽人”在森林里奔跑的情境。

第五篇航海往來，講述全球氣候開始轉(zhuǎn)暖，大地復(fù)蘇，臺灣海峽進入最高水面時期，居住在海峽盆地的“海峽人”被迫遷移到高地。隨著時間的推移和經(jīng)驗的累積，先民發(fā)明了航海技術(shù)，開啟了征服海洋之旅，先后踏上了臺灣島、東南亞、太平洋島嶼等，最后形成如今世界上最龐大的島嶼族群——南島語族。利用三維仿真模擬海水上漲，先人制作獨木舟、劃船出海等，用先人的造型模擬奔跑的行為，在地球模型上展示南島語族群的分布。

最后，結(jié)篇首尾呼應(yīng)，閩臺兩岸一家親，永不分離。

3.4 視頻制作過程

（1）古動物掃描與模型搭建。為了還原最真實的動物形態(tài)特征，我們搜集了猛犸象、野豬、達維四不像鹿等古動物標本、研究資料，經(jīng)專家進行科學(xué)鑒定后，由專業(yè)技術(shù)人員進行建模。

（2）自然場景制作。場景搭建是VR專題片制作的重要環(huán)節(jié)，要充分利用VR技術(shù)的特點，極力搭建真實的場景，只有真實的場景才能給觀眾帶來浸入感和體驗感。虛擬場景構(gòu)建得越真實，體驗者的沉浸感越強。

（3）畫面剪輯與配音。VR專題片能夠給觀眾帶來了豐富的空間維度，但場景的切換對觀眾生理舒適度、體驗感、浸入感等有一定的影響。專題片中場景切換時，一開始等待時間過長，眼前一片漆黑，給觀眾體驗帶來一種斷電的視覺感。后來制作團隊在能夠帶動片子運轉(zhuǎn)的情況下，盡量提高場景切換速度，同時配上背景音，以跟上情節(jié)發(fā)展。

（4）互動環(huán)節(jié)設(shè)置?！丁昂{人”的樂園》VR專題片設(shè)計的初衷是讓觀眾置身于“海峽人”的樂園中，參與到“海峽人”的生活中來。片中，僅有一處森林奔跑的互動，通過操作手柄，與“海峽人”、動物群狂奔在森林里。若能引入更多的互動環(huán)節(jié)，如通過操作手柄與“海峽人”一起狩獵、采集野果、共同劃槳出海等互動，將給予觀眾更佳的體驗感。

4 VR技術(shù)未來的應(yīng)用展望及建議

福建博物院設(shè)計的《“海峽人”的樂園》VR項目基于現(xiàn)有的研究成果，首次借助VR技術(shù)、多學(xué)科融合展示閩臺同根同源的歷史關(guān)系，將科學(xué)性與趣味性相結(jié)合，實現(xiàn)了浸入式體驗的科學(xué)傳播，是福建博物院科普教育工作的一個重要創(chuàng)新。通過有趣、生動的VR虛擬現(xiàn)實互動體驗，不僅能夠讓觀眾快速掌握科普知識，而且還能真正激發(fā)觀眾對科普知識的興趣，有效提升觀眾的科學(xué)素質(zhì)。

從應(yīng)用實踐的過程來看，此次VR項目也存在一些不足之處。首先，由于技術(shù)所限，資源設(shè)計開發(fā)有缺陷，功能上不夠完善，沒有達到最初設(shè)想的理想效果;其次，由于時間場地等限制，觀眾體驗及后期反饋方面比較欠缺;最后，VR技術(shù)本身也有它的局限性，觀眾在佩戴眼鏡觀看過程中，隨著時長的增加，不適感明顯，尤以年長者更突出。對此，我們對VR技術(shù)的應(yīng)用提出幾點建議：

（1）及時對VR教育資源的應(yīng)用效果進行評估與反饋，以便后期開展VR科普教育資源的更新、設(shè)計與開發(fā)。青少年是參觀博物館的重點群體，特別是自然類博物館，他們希望從博物館認識當(dāng)?shù)氐娜宋臍v史、了解自然科學(xué)知識、啟發(fā)學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，因此VR體驗設(shè)計要充分考慮青少年的需求，在虛擬場景的搭建上，適當(dāng)考慮青少年的視覺感受，青少年更熱衷于豐富多彩的場景。作品應(yīng)用的反饋與評估，也能在很大程度上修正VR資源的群體偏差。

（2）VR技術(shù)在博物館中的應(yīng)用要緊扣博物館自身的館藏藏品，同時加強資源內(nèi)容研究，提升資源質(zhì)量，保證內(nèi)容構(gòu)想的合理性、有效性。針對所展示的內(nèi)容進行劇本改編、創(chuàng)作、升華，設(shè)計相應(yīng)的展示內(nèi)容與形式。

（3）增加交互性操作任務(wù)，實現(xiàn)技能訓(xùn)練。角色扮演，有利于學(xué)習(xí)者的技能訓(xùn)練，而VR技術(shù)的沉浸性和交互性，能夠讓學(xué)習(xí)者能夠全身心投入學(xué)習(xí)。在VR專題片中，增加交互互動，能夠讓觀眾獲得更好地體驗與認知。

（4）借助VR技術(shù)開發(fā)專題性的探究式學(xué)習(xí)系統(tǒng)。首先是針對生活中無法觀察到的自然現(xiàn)象或變化過程，為學(xué)習(xí)者提供形象、逼真、感性的學(xué)習(xí)資源，讓抽象的概念直觀化、通俗化，調(diào)動學(xué)習(xí)者多感官參與體驗學(xué)習(xí)，以便學(xué)習(xí)者理解;其次，建構(gòu)主義理論認為學(xué)習(xí)是一個動態(tài)適應(yīng)的過程，通過對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中提出的各種問題或假設(shè)進行虛擬，通過虛擬系統(tǒng)可直觀地觀察該假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果。如此，可以實現(xiàn)重復(fù)學(xué)習(xí)、重復(fù)驗證，從而達到探究式學(xué)習(xí)的目的。例如恐龍滅絕假說、植物的演變、食物鏈等，均可以嘗試開發(fā)探究式學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

5 結(jié)語

《“海峽人”的樂園》VR專題片是福建博物院科普教育方式的一個創(chuàng)新，在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)展示科學(xué)知識，實現(xiàn)了體驗式、浸入式的科學(xué)傳播。VR技術(shù)豐富了博物館科普教育資源的形式和內(nèi)容，科學(xué)性與趣味性相結(jié)合，帶領(lǐng)觀眾穿越時空，體驗大自然的神奇與多彩，期待未來VR技術(shù)能在博物館科普教育中得到更廣泛的應(yīng)用與實踐。

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Abstract VR technology is immersive， interactive and imaginative. Fujian Museum took the lead in applying VR technology in science popularization education. This paper analyzed the topic selection， conception design， production and other aspects of the VR feature film“the Paradise of the strait man". Through the VR technology， the natural similarity of Fujian and Taiwan， the bridge connected the geological change，"strait man"'s way of life， etc. were displayed integration. So that the audiencescan "visit" the"strait man"'s paradise " and experience the life at that time.We hope it can provide reference for the VR technology application in the field of science popularization education in museums.

Keywords VR technology， popular science education， application practice