移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代博物館當(dāng)中的運(yùn)用研究

王 崢（蘇州大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215000）

一、博物館發(fā)展現(xiàn)狀及多媒體展示方式存在的問題分析

博物館是人類收集、典藏、陳列、研究自然和人類文化遺產(chǎn)實(shí)物的場所，是公眾學(xué)習(xí)自然知識、歷史文化知識的殿堂。作為社會(huì)文化基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，各類博物館在實(shí)現(xiàn)收藏、研究功能的同時(shí)，更應(yīng)該擔(dān)負(fù)起面向大眾，服務(wù)于社會(huì)的文化教育、知識傳播等重要職能。博物館的數(shù)量與質(zhì)量在很大程度上成為衡量一個(gè)國家社會(huì)發(fā)展和精神文明程度的重要標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)文化和旅游部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國博物館數(shù)量從1996 年至今，呈現(xiàn)逐年快速增長態(tài)勢，截至2017 年，由1996 年的1219 家博物館迅速增加到4721 家，而至2018 年8 月份，我國博物館數(shù)量增長至5136 家，一年之間增加了400 多家。博物館在數(shù)量快速增長的同時(shí)，公共服務(wù)的水平及深度上也有顯著提高。隨著我國博物館實(shí)行免費(fèi)開放，吸引了更多的老百姓進(jìn)入博物館，全年接待參觀群眾達(dá)到10 億人次。教育部門通過一系列措施吸引中小學(xué)生進(jìn)入博物館參觀，利用博物館學(xué)習(xí)的長效機(jī)制也在我國中小學(xué)開始逐步建立。參觀博物館也日漸成為了一種生活方式。隨著博物館數(shù)量的爆發(fā)式增長，觀眾被吸引至博物館從而對展陳的趣味性與高效性提出了更高的要求，傳統(tǒng)的博物館在展陳方面非常注重實(shí)物的陳列，但是由于展示場地的限制，往往無法提供較為全面的信息，且信息的傳遞方式也還是具有“單向性”。

從歷史角度來看，一次新技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用總會(huì)在一定程度推動(dòng)人類文明的發(fā)展與進(jìn)步。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡稱 AR），是指計(jì)算機(jī)通過運(yùn)算后實(shí)時(shí)地將生成的虛擬影像或者信息與攝像機(jī)捕獲的真實(shí)場景相融合疊加且與之互動(dòng)的技術(shù)。隨著智能移動(dòng)終端的迅速普及和智能終端硬件性能的不斷攀升，使得增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用前景更為廣闊。因此伴隨科技的進(jìn)步，在網(wǎng)絡(luò)平臺逐漸完善、計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，博物館展示空間引入了大量的多媒體數(shù)字技術(shù)，注重開發(fā)展示的交互性，豐富展示語言。如何充分利用日趨完善的網(wǎng)絡(luò)媒體成為當(dāng)前一個(gè)重要的課題。故宮博物院在這方面做了很好的嘗試，充分利用網(wǎng)絡(luò)媒介建立數(shù)字故宮、故宮社區(qū)，開發(fā)故宮app 應(yīng)用打造線上線下，互聯(lián)互通的數(shù)字社區(qū)。同時(shí)帶動(dòng)國內(nèi)很多博物館在展陳方面充分運(yùn)用多媒體設(shè)備，豐富了展示形式。然而博物館所設(shè)多媒體設(shè)備在使用過程中要保持良好的運(yùn)轉(zhuǎn)也不容易，且維護(hù)費(fèi)用相當(dāng)昂貴，致使國內(nèi)現(xiàn)在很多博物館的多媒體設(shè)備形同虛設(shè)，有的常年關(guān)閉，反而成為累贅。

由于實(shí)體博物館存在地域性，為了打破地域性的限制，在日益完善的網(wǎng)絡(luò)平臺基礎(chǔ)之上，虛擬博物館應(yīng)運(yùn)而生。網(wǎng)絡(luò)虛擬博物館是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以數(shù)字化為形式，通過對實(shí)體陳列展品的信息化處理與管理，實(shí)現(xiàn)展品的網(wǎng)絡(luò)化保存，并借助計(jì)算機(jī)、手機(jī)等帶有聯(lián)網(wǎng)特性的信息終端平臺向更多的觀眾提供觀看展覽、接受教育與研究展品等多種博物館服務(wù)，使傳統(tǒng)博物館展示空間得以延伸。早期虛擬博物館往往通過全景圖片的形式來讓觀眾得到身臨其境的感受，近年也出現(xiàn)了很多基于VR 技術(shù)的虛擬博物館，其展示形式并不是以往將館藏作品拍照后簡單的陳列于網(wǎng)站，也不是將實(shí)體博物館的空間照片制成VR 應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)，而是依托數(shù)字虛擬技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上重建“實(shí)體”博物館，在具有虛擬空間的同時(shí)，將展示信息融入其中。Google 于2011 年推出谷歌藝術(shù)計(jì)劃（“Art Project”計(jì)劃），通過自己的“Street View”技術(shù)將全世界著名博物館、美術(shù)館的名畫以70 億像素的高清晰虛擬呈現(xiàn)于互聯(lián)網(wǎng)上，使網(wǎng)民足不出戶即可身臨其境地欣賞包括盧浮宮、大都會(huì)博物館、紐約現(xiàn)代藝術(shù)博物館在內(nèi)的世界頂級的博物館及美術(shù)館的館藏作品。

圖1 谷歌藝術(shù)項(xiàng)目中的大不列顛博物館

虛擬博物館雖然在一定程度上解決了地域的限制，然而正所謂眼見為實(shí)、百聞不如一見，親臨博物館現(xiàn)場觀賞藏品往往能帶給觀眾最直觀的感受，這正是博物館之所以吸引觀眾前往的原因之一。而且相對于觀眾而言通過網(wǎng)絡(luò)游覽虛擬博物館是無法和真實(shí)空間中切身感受歷史文化以及氣勢恢宏的建筑空間給人帶來的心理體驗(yàn)相提并論的。博物館追求展品的真實(shí)性，但是信息的全面性和交互性有待提高，虛擬展館彌補(bǔ)地域的差異，交互性強(qiáng)，但是虛擬的展館往往無法提供真實(shí)的體驗(yàn)，介于兩者之間有沒有什么更好的解決方案呢？增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在此方面正好是能提供有力的補(bǔ)充。

二、移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)以及應(yīng)用前景

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是一種將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術(shù)，把現(xiàn)實(shí)世界中一定時(shí)間空間范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息包括視覺、聲音、味覺、觸覺等信息，通過電腦等科學(xué)技術(shù)，模擬仿真后再疊加應(yīng)用到真實(shí)世界，被人類感官所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)地疊加到了同一個(gè)畫面或空間同時(shí)存在。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，不僅展現(xiàn)了真實(shí)世界的信息，而且將虛擬的信息同時(shí)顯示出來，兩種信息相互補(bǔ)充、疊加。雖然增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是在虛擬現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，但是虛擬現(xiàn)實(shí)由于是完全依托計(jì)算機(jī)創(chuàng)造出來的虛擬空間，在與現(xiàn)實(shí)世界的交互下是脫節(jié)的；而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是通過對現(xiàn)實(shí)世界采樣后將虛擬世界以及信息與之疊加，在交互的過程中與現(xiàn)實(shí)世界始終是融合的。所以在受眾體驗(yàn)過程中更能獲得真切的體驗(yàn)。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展之初是基于計(jì)算機(jī)或者大型工作站作為系統(tǒng)的運(yùn)行平臺，存在著體積較大，成本較高且場地因素制約性較大的缺點(diǎn)，限制了用戶的運(yùn)動(dòng)范圍，在實(shí)際應(yīng)用過程中也受到諸多限制。而移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可以分為傳統(tǒng)移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和基于移動(dòng)終端的移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)兩種。傳統(tǒng)移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要依靠PC 機(jī)、頭盔顯示器或者GPS、磁傳感器等一些外接設(shè)備來完成系統(tǒng)。該類系統(tǒng)具有設(shè)備昂貴，不便于長期攜帶，維護(hù)成本較高，交互設(shè)計(jì)繁雜等局限性。

基于移動(dòng)終端的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可以分為穿戴式和手持式兩種，穿戴式的終端設(shè)備比較常見的有谷歌公司發(fā)布的Google Glass 和微軟公司發(fā)布的HoloLens，穿戴設(shè)備主要通過語音或者手勢來實(shí)施交互。相對穿戴設(shè)備而言手持式的移動(dòng)智能終端更易普及，而且隨著移動(dòng)終端硬件性能的不斷提升、開發(fā)成本的持續(xù)下降使智能手機(jī)成為一個(gè)最為普及的手持式移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的載體，為人們的生活?yuàn)蕵返葞順O大的便捷和樂趣，目前隨著移動(dòng)智能設(shè)備諸如智能手機(jī)、平板電腦的不斷發(fā)展，運(yùn)算能力以及圖形處理能力越來越強(qiáng)，現(xiàn)代移動(dòng)智能設(shè)備全球定位系統(tǒng)、電子羅盤、重力感應(yīng)等一系列傳感裝置的置入，使得其具備了極大的拓展前景，加上普及率也越來越高。這一切都為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)擺脫體積龐大的PC 設(shè)備之限制，邁向戶外的無線化發(fā)展提供了可能。

三、移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在博物館應(yīng)用中主要有以下幾個(gè)方面

（一）集成室內(nèi)定位與導(dǎo)覽等大量信息功能

筆者曾有兩次參觀盧浮宮的經(jīng)歷，盡管在出行前通過瀏覽盧浮宮官方網(wǎng)站確定參觀路線，但是真到了博物館，還是被淹沒在藝術(shù)品的汪洋之中迷失了方向。如果通過移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以經(jīng)由參觀者移動(dòng)設(shè)備獲取的實(shí)景圖像信息確定參觀者的具體位置，通過置入虛擬地圖、方向箭頭疊加在移動(dòng)設(shè)備獲取的實(shí)景上作為指引為其導(dǎo)航至想去的目標(biāo)展館。由于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是通過實(shí)景疊加信息，使得其過程更為直觀。由于目前智能手機(jī)幾乎都搭載了GPS 定位系統(tǒng)，所以在室外導(dǎo)航基本可以通過衛(wèi)星定位來實(shí)現(xiàn)，但是如果使用者進(jìn)入室內(nèi)，衛(wèi)星定位將不起作用，所以室內(nèi)的定位和導(dǎo)航就將轉(zhuǎn)由WiFi 來實(shí)現(xiàn)，目前室內(nèi)定位技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，在技術(shù)上完全可以支持移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在博物館內(nèi)實(shí)現(xiàn)定位與導(dǎo)覽。目前英國最繁忙的機(jī)場之一，蓋特威克機(jī)場（London Gatwick Airport）正在部署一套系統(tǒng)通過專用的應(yīng)用與數(shù)千個(gè)微型藍(lán)牙信標(biāo)向旅客展示登機(jī)口所在位置。就目前而言室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)開發(fā)的障礙主要來自于開發(fā)成本較為昂貴，但是蘋果的ARKit 技術(shù)降低了室內(nèi)導(dǎo)航軟件的開發(fā)成本，在不遠(yuǎn)的將來我們有理由相信室內(nèi)導(dǎo)航甚至?xí)傻筋愃朴诠雀璧貓D、百度地圖這樣的導(dǎo)航軟件中去。

圖2 克利夫蘭藝術(shù)博物館一號畫廊的交互體驗(yàn)

室內(nèi)導(dǎo)航的功能除了可以輔助實(shí)現(xiàn)在博物館的瀏覽過程中確定線路，還可以在參觀過程中，通過圖形識別技術(shù)，用戶經(jīng)由移動(dòng)設(shè)備的攝影機(jī)獲取展區(qū)圖像從而調(diào)用相關(guān)展區(qū)的信息鏈接，獲取大量相關(guān)的信息，增加展示的互動(dòng)性。

（二）彌補(bǔ)現(xiàn)實(shí)的殘缺、擴(kuò)張真實(shí)環(huán)境

在博物館中經(jīng)常會(huì)展出一些殘缺的文物或者藝術(shù)品，在以往，通常會(huì)采用修復(fù)的方式再展出文物，但是由于受到修復(fù)技術(shù)的限制，使得這些修補(bǔ)的痕跡十分明顯，有些時(shí)候這種修復(fù)甚至是對文物的二次破壞，對文物造成無法彌補(bǔ)的損害?，F(xiàn)在我們可以借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在博物館展出破損、殘缺的文物實(shí)樣，通過觀眾的手機(jī)或者移動(dòng)智能設(shè)備獲取文物的圖像信息，經(jīng)由服務(wù)器處理后在觀眾的移動(dòng)端上對文物進(jìn)行“修復(fù)”，觀眾可以在設(shè)備上全方位的獲取文物的完整圖像信息，也可以獲得相關(guān)的背景資料。不僅不會(huì)破壞文物，而且可以讓觀眾領(lǐng)略到文物原有的神韻。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅可以運(yùn)用在小件文物的展示中，還可以運(yùn)用到建筑的修復(fù)，國內(nèi)較為成功的案例當(dāng)屬北京理工大學(xué)完成的“圓明園數(shù)字重建項(xiàng)目”。該項(xiàng)目基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在完整保持圓明園大水法遺址風(fēng)貌的基礎(chǔ)上，在遺址現(xiàn)場虛擬再現(xiàn)圓明園無與倫比的建筑藝術(shù)，不僅具備宣傳愛國主義教育和精神文明建設(shè)的宏觀意義，而且也為推動(dòng)圓明園的旅游經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了非常顯著的作用。

（三）移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體現(xiàn)高度的交互體驗(yàn)

圖3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)修復(fù)古跡示意圖

博物館之所以能吸引大批的參觀者，是因?yàn)槠渲叙^藏大量珍稀精美的藏品，以往博物館非常注重藏品的陳列，而隨著時(shí)代的發(fā)展，簡單的實(shí)物陳列、圖文解說已經(jīng)不能滿足參觀者的需求。目前很多博物館都配備了講解器提供參觀者使用，然而通過博物館所提供的講解器了解的藝術(shù)品相關(guān)知識的過程基本是單向傳播的方式，不能完全滿足參觀者的個(gè)性需求，缺乏互動(dòng)。我們現(xiàn)在可以通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛實(shí)相加的方式獲取高度的交互體驗(yàn)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，不僅在觀眾面前展現(xiàn)真實(shí)的展品信息，而且可以將虛擬信息同時(shí)顯示出來，兩者相互疊加相互補(bǔ)充，通過視頻的顯示控制以及多傳感器的融合實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的交互體驗(yàn)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)突破了“所見即所得”的局限，當(dāng)觀眾通過移動(dòng)智能終端的攝像頭指向藝術(shù)品后，在屏幕上出現(xiàn)藝術(shù)品的同時(shí)，還可以加載相關(guān)的內(nèi)容介紹、虛擬場景、相關(guān)視頻、解說音頻、購買信息等鏈接，也可以通過內(nèi)建的社交平臺查看其它觀眾的留言，在深度和維度上實(shí)現(xiàn)更具意義的互動(dòng)。

結(jié) 語

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是一個(gè)非常有趣的領(lǐng)域，它通過將信息實(shí)時(shí)展示于現(xiàn)實(shí)物品之上，增強(qiáng)我們對物品屬性的認(rèn)知程度，在教育、培訓(xùn)、購物、交流、導(dǎo)游等方面都有著不小的潛能。前面我們提到過基于移動(dòng)終端的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)目前分為穿戴式和手持式兩種，穿戴式的終端設(shè)備以谷歌公司發(fā)布的Google Glass 和微軟公司發(fā)布的HoloLens 應(yīng)用最為廣泛，它們通過類似虛擬現(xiàn)實(shí)方式具有一定的沉浸體驗(yàn)，能直接體驗(yàn)到真實(shí)的環(huán)境，穿戴設(shè)備主要通過語音或者手勢來實(shí)施交互，其受開發(fā)成本和硬件的限制，在目前我們接觸到的現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)應(yīng)用并不多?；蛟S未來的智能眼鏡的迭代能夠?yàn)楝F(xiàn)實(shí)增強(qiáng)的推廣提供足夠的推力。目前看來，我們最方便的是使用掌中的設(shè)備來接觸它，例如智能手機(jī)。雖然在體驗(yàn)上移動(dòng)設(shè)備不能獲得最佳的視覺體驗(yàn)效果，然而卻是開發(fā)成本最低的一種。如果能夠有創(chuàng)意的利用其特點(diǎn)，還能發(fā)掘出增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的無限可能。