煙臺自然博物館在展品數(shù)據(jù)采集和數(shù)字化展陳上的探索

欒明杰

摘 要：文章通過對煙臺自然博物館數(shù)字化建設(shè)現(xiàn)狀的分析研究，明確了其目前在數(shù)字化博物館建設(shè)方面面臨的短板，探討了解決途徑，并對相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)字化展陳涉及技術(shù)進(jìn)行了調(diào)研，從而為下一步更好地利用數(shù)字化技術(shù)促進(jìn)博物館發(fā)揮科普教育和文化傳播職能提供解決方案，展現(xiàn)了美好愿景。

關(guān)鍵詞：博物館;可視化互動;數(shù)字化建設(shè);三維數(shù)據(jù)采集

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2022.07.016

進(jìn)入21世紀(jì)以來，得益于經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展，我國人民的物質(zhì)和文化生活水平顯著提高，促使我國博物館事業(yè)迎來蓬勃發(fā)展，有力助推了文化事業(yè)全面繁榮和文化產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。特別是2008年，宣傳部等多部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于全國博物館、紀(jì)念館免費(fèi)開放的通知》，點(diǎn)燃了博物館行業(yè)爆發(fā)式增長的引擎。黨的十八大以來，隨著文化體制改革的不斷深化，公共文化投入力度持續(xù)加大，公共文化服務(wù)設(shè)施不斷得到完善，文化行業(yè)的服務(wù)能力和服務(wù)水平得到明顯提升，伴隨著文化事業(yè)日益繁榮興盛。據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)，2019年全年，國內(nèi)的各類博物館共計(jì)接待觀眾12.27億人次，再創(chuàng)歷史新高。然而2020年以來，受突如其來的新冠肺炎疫情影響，各行各業(yè)的高速發(fā)展突然遇阻，國內(nèi)博物館行業(yè)也遭遇寒冬，全年共計(jì)接待觀眾5.4億人次。疫情的強(qiáng)烈刺激，迫使博物館行業(yè)不得不加速數(shù)字化進(jìn)程，紛紛尋求線上發(fā)展。國內(nèi)博物館行業(yè)的龍頭如中國國家博物館、故宮博物院、上海科技館等在數(shù)字化建設(shè)方面始終走在前列，取得了較為矚目的成績。然而大量的地市級博物館、私人博物館等財(cái)力有限的博物館在此方面的探索尚處于起步階段，迫切需要同體量級博物館探索出合適的發(fā)展路徑。

1 煙臺自然博物館數(shù)字化建設(shè)現(xiàn)狀

煙臺自然博物館近年來一直持續(xù)關(guān)注國內(nèi)外博物館行業(yè)在智慧化、信息化、數(shù)字化建設(shè)方面的新動向和新舉措。特別是近三年來，煙臺自然博物館持續(xù)上線了內(nèi)網(wǎng)公文辦公系統(tǒng)、博物館藏品本地管理系統(tǒng)、官方網(wǎng)站、官方公眾號、智能化安防監(jiān)控系統(tǒng)、全域語音導(dǎo)覽系統(tǒng)等數(shù)字化項(xiàng)目，為博物館的數(shù)字化建設(shè)長期規(guī)劃搭建好了基本框架，奠定了良好基礎(chǔ)。按照煙臺自然博物館數(shù)字化建設(shè)長期規(guī)劃，數(shù)字化博物館全面建成應(yīng)包含如下幾個方面。

1.1 數(shù)字化防護(hù)

以智能化監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，搭配防入侵報警系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)、重點(diǎn)展品壓感式無線報警系統(tǒng)等，構(gòu)建一套完整、系統(tǒng)、安全的博物館協(xié)同防護(hù)系統(tǒng)。

1.2 數(shù)字化辦公

以內(nèi)網(wǎng)公文辦公系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過各類辦公軟件的探索應(yīng)用，逐步搭建一套數(shù)字化、無紙化、高效化的辦公環(huán)境。

1.3 數(shù)字化展陳

以展品信息數(shù)字化為基礎(chǔ)，將展品從單一靜態(tài)的文字、實(shí)物轉(zhuǎn)換成數(shù)字的音頻、視頻，再通過多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)等互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)、新平臺拓寬展示形式，使博物館文化內(nèi)容能夠更加及時、生動地傳播給更多的公眾。

1.4 數(shù)字化社區(qū)

以官方網(wǎng)站、官方公眾號為基礎(chǔ)，逐步擴(kuò)展至微博、視頻號、抖音等新媒體平臺，通過培養(yǎng)專業(yè)化的運(yùn)營團(tuán)隊(duì)，打造以博物館為核心的數(shù)字化社區(qū)，增加觀眾黏性。

1.5 數(shù)字化文創(chuàng)

以館藏明星藏品為挖掘?qū)ο?，在?shù)字化語境中，探索文創(chuàng)產(chǎn)品的與時俱進(jìn)的更多種類和表達(dá)形式，打造流量IP，讓博物館藏品活起來，走進(jìn)千家萬戶。

2 煙臺自然博物館數(shù)字化展陳面臨的主要問題

經(jīng)過近幾年的建設(shè)，煙臺自然博物館在數(shù)字化防護(hù)、數(shù)字化辦公以及數(shù)字化社區(qū)方面已有一定基礎(chǔ)，目前數(shù)字化展陳方面面臨的問題較多，主要有以下幾個問題。

2.1 原有多媒體設(shè)備幾乎全部無法正常使用

煙臺自然博物館所有多媒體設(shè)施設(shè)備開館前便已經(jīng)采購使用，距今已有十余年，因建設(shè)方與多媒體廠商存在資金協(xié)調(diào)問題，后期維修保護(hù)無法跟進(jìn)。造成館內(nèi)十余項(xiàng)多媒體項(xiàng)目存在軟件過期、過保，無法使用;無后續(xù)資金跟進(jìn)導(dǎo)致多媒體設(shè)備內(nèi)容無法更新;電子設(shè)備運(yùn)行時間過長，造成觸控屏失效、顯示屏變暗、系統(tǒng)變卡、播放異常等設(shè)備系統(tǒng)老化問題等。

2.2 新增部分職能迫切需要數(shù)字化展陳技術(shù)跟進(jìn)

2021年上半年，煙臺市開展深化事業(yè)單位改革試點(diǎn)工作，根據(jù)市委編辦意見和《煙臺市城市規(guī)劃展示館機(jī)構(gòu)職能編制規(guī)定》，原煙臺自然博物館、原煙臺市城市規(guī)劃展示館、原煙臺市國土資源檔案館組建新的煙臺市城市規(guī)劃展示館，掛煙臺自然博物館、煙臺市城市規(guī)劃展示館、煙臺市國土資源檔案館三塊牌子。按照新的職責(zé)，新增了國土空間規(guī)劃展示相關(guān)職能?！稛熍_市國土空間總體規(guī)劃（2019—2035年）》向全社會發(fā)布，意味著展示館原有的展示內(nèi)容面臨全面推翻重建，而國土空間規(guī)劃展示主要采用多媒體等數(shù)字化展陳方式，迫切需要摸索探尋適合實(shí)際情況的展陳方式。

2.3 博物館展品信息數(shù)字化工作尚未開展

煙臺自然博物館共有13個展廳，展陳內(nèi)容較為綜合，涉及礦產(chǎn)類、化石類、標(biāo)本類、文物類、人文類等。一方面，展品類型十分繁多，如書畫作品、動物化石、動物標(biāo)本、黃金制品、微縮模型、珠寶礦產(chǎn)、觀賞石、根雕木雕等;另一方面，展品體量差異巨大，從幾克到幾噸。復(fù)雜的展品情況導(dǎo)致難以形成通用的展品三維數(shù)據(jù)采集方案，體量大的展品無法運(yùn)用精細(xì)三維掃描儀獲取其三維結(jié)構(gòu)信息，而體量超小的展品，無法完成高清紋理采集工作，從而無法完成后期的紋理貼圖工作。

3 煙臺自然博物館面臨問題的解決途徑

經(jīng)過對面臨問題的綜合分析，毫無疑問展品信息的數(shù)字化工作是數(shù)字化展陳的前置工作，是一切的前提。二維圖像采集和三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)掃描建模貼圖，是獲取展品信息的二維化和三維化手段?？紤]到煙臺自然博物館展品情況的復(fù)雜性、數(shù)據(jù)收集時間的緊迫性等，決定先對全部展品實(shí)現(xiàn)二維圖像采集，同時選取部分重點(diǎn)和代表性展品先行進(jìn)行三維數(shù)據(jù)掃描。同時，針對原有多媒體設(shè)備無法正常使用問題以及國土空間規(guī)劃展示問題，要盡快尋找兼顧兩方的數(shù)字化展陳形式。

4 數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)

4.1 二維數(shù)據(jù)采集

二維數(shù)據(jù)采集主要采用高清數(shù)碼相機(jī)、光影營造系統(tǒng)以及相關(guān)專業(yè)軟件來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)相應(yīng)的拍攝規(guī)范，平面類展品主要拍攝正視圖一張，不可移動的化石、標(biāo)本、礦產(chǎn)類等展品，除正視圖外，至少拍攝側(cè)視圖一張?？梢苿拥恼蛊罚鶕?jù)展品大小、形狀和重要等級，合理選取角度，酌情拍攝正視圖、側(cè)視圖、俯視圖、背面圖、底部圖、局部圖等圖像。拍攝素材必須經(jīng)過專業(yè)軟件的消除畸變、消除色差、調(diào)整合理曝光、剔除無用背景元素、去除噪點(diǎn)等必要的處理，最大限度地保留展品原貌后方可生成提交文件。

博物館相關(guān)管理人員必須逐張對二維數(shù)據(jù)進(jìn)行審核。審核衡量二維數(shù)據(jù)采集是否達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)為：畫面需構(gòu)圖簡潔、主體突出、背景淡化、曝光合理;應(yīng)完整反映出展品的樣貌、質(zhì)地、色調(diào)、紋理;小規(guī)格展品要做到無畸變，大規(guī)格展品因場地問題確實(shí)無法做到無畸變的，邊角畸變應(yīng)控制在10%以內(nèi)。只有質(zhì)量達(dá)到指定要求，才可以錄入數(shù)據(jù)庫。

4.2 三維數(shù)據(jù)采集

三維數(shù)據(jù)采集主要運(yùn)用精細(xì)三維激光掃描儀獲取博物館展品的真實(shí)、完整的三維結(jié)構(gòu)信息。運(yùn)用高清單反相機(jī)獲取博物館藏品的紋理照片，用于后期藏品的紋理貼圖。結(jié)合三維掃描獲取的文物三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)及高清拍攝的紋理照片，通過專業(yè)軟件經(jīng)過點(diǎn)云處理等過程制作附帶紋理信息的三維文物模型。最后，對制作好的模型文件進(jìn)行優(yōu)化處理，結(jié)合WEBGL渲染技術(shù)，制作模型的數(shù)字化展示文件。

三維激光掃描作為數(shù)據(jù)采集的一種方式，因其具備自動化、高精度、無接觸等特點(diǎn)，在博物館數(shù)字化過程中普遍被采用，是比較成熟的應(yīng)用技術(shù)。其首先用激光掃描獲取目標(biāo)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，繼而通過電腦運(yùn)算根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)建立三維模型，最后通過進(jìn)一步的紋理貼圖和修正后，輸出數(shù)據(jù)作為虛擬博物館、數(shù)字互動設(shè)備等的展示互動素材，便于展品的復(fù)制或者修復(fù)，是博物館文化傳播展示的新形式、新手段。

對于館內(nèi)小體量的展品，如珠寶類、礦石類，部分化石類如螺類、三葉蟲等，部分生物類的標(biāo)本如貝殼類、鳥類等，采用手持式激光掃描儀較為便捷。對于部分大型展品，特別是如館內(nèi)長17米、寬3.2米、高1.8米的龍硯作品，以及長11米、寬2米、高2.5米的西游記根雕作品等超大型展品來說，必須采用大視場激光掃描儀。

相關(guān)采集技術(shù)指標(biāo)要求如下：①手持三維數(shù)據(jù)采集精度小于等于0.03毫米;大視場三維數(shù)據(jù)采集精度小于等于2毫米。②紋理圖像分辨率大于等于9000×9000。③主要紋理處無明顯接縫。④采集單張紋理的有效像素大于5000萬。⑤數(shù)據(jù)輸出格式3DS、STL、OBJ等通用三維模型格式，實(shí)現(xiàn)和Geomagic、Imageware等逆向工程軟件自由交換數(shù)據(jù)。⑥用于展示的模型文件需包含obj模型文件、mtl文件及貼圖文件。⑦可在PC端、微信端與移動端無插件順暢瀏覽;模型支持隨意拖拽放大、縮小、720度全方位瀏覽。

4.3 其他類數(shù)據(jù)采集

展品的文字介紹、音頻介紹、視頻介紹、年代尺寸等數(shù)據(jù)的制作和采集與以上二維、三維數(shù)據(jù)的采集同樣重要，甚至更加重要。正是因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)展品才能活起來、生動起來。在此暫不做贅述。

5 數(shù)字化展陳技術(shù)探索

隨著近些年來移動互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，博物館與數(shù)字技術(shù)的結(jié)合越來越緊密，國內(nèi)外各類博物館紛紛研究如何引進(jìn)數(shù)字技術(shù)到各自的傳統(tǒng)展覽中，積極探索創(chuàng)造新型博物館生態(tài)。近幾年來，中小學(xué)組織的學(xué)生社會研學(xué)活動、社會實(shí)踐大課堂、小記者活動等日漸頻繁，特別是2021年推行減輕義務(wù)教育階段學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)和校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)工作以來，中小學(xué)生走進(jìn)博物館的次數(shù)明顯增多。另外，深受年輕人喜歡的網(wǎng)紅效應(yīng)、短視頻效應(yīng)在各類社交媒體上對文旅項(xiàng)目的帶動效應(yīng)持續(xù)增大，年輕人走進(jìn)博物館也越來越頻繁。

這些因素都迫使博物館盡快轉(zhuǎn)變思路，從觀眾需求出發(fā)，以為觀眾創(chuàng)造良好的交互體驗(yàn)和文化體驗(yàn)為目標(biāo)，結(jié)合各自實(shí)際特點(diǎn)，思考一條適合本館發(fā)展路線的數(shù)字化展陳革新之路。

近些年來涌現(xiàn)的應(yīng)用于博物館的先進(jìn)交互技術(shù)與傳統(tǒng)的多媒體交互方式相比，能夠給觀眾帶來更加強(qiáng)烈的沉浸感，并可以實(shí)現(xiàn)視、聽、觸、嗅等多維度的深度交互。

5.1 實(shí)時動作捕捉技術(shù)

常用的運(yùn)動捕捉技術(shù)種類比較多，其中光學(xué)式是現(xiàn)階段發(fā)展最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的捕捉技術(shù)。可用于博物館展陳的正是以微軟Kinect為代表的光學(xué)式動作捕捉，可捕捉參與者的各類動作，用以驅(qū)動相應(yīng)事件，給參與者一種全新的參與式體驗(yàn)，加強(qiáng)互動的真實(shí)性。

5.2 全息影像技術(shù)

全息影像技術(shù)是一種在三維空間中用投影的方式投射三維立體影像的新型顯示技術(shù)。因?yàn)槠浼兇饫霉獾难苌浜透缮嬖?，觀眾無須額外借助任何設(shè)備來輔助體驗(yàn)即可以觀看影像，十分適合博物館用于展示展品，滿足觀眾多角度欣賞展品的需求。

5.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過將虛擬的人類感官所能感受到的各類信息疊加到真實(shí)世界中，并與現(xiàn)實(shí)互相交錯，從而豐富信息量、營造更為震撼的場景和氛圍，增強(qiáng)受者的感官體驗(yàn)，加深其感知。利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，博物館展品的各種信息可以實(shí)時展示給觀眾，甚至可以重演歷史事件，極大地提升了參觀體驗(yàn)。

5.4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)不同，虛擬現(xiàn)實(shí)則是通過計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)完完全全地構(gòu)建全新的、深度沉浸式的、可多維度交互的虛擬世界。在博物館的展陳應(yīng)用中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更多的是佩戴專用眼鏡來完成與展品、場景的互動體驗(yàn)，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中更為前沿的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí)、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)等尚少有應(yīng)用。

5.5 3D立體打印技術(shù)

3D立體打印技術(shù)以液體或粉末為原料，以計(jì)算機(jī)中的模型為原型，通過層層疊加打印并快速凝固的方法來構(gòu)造三維物體。在博物館行業(yè)中，其更多的是在文物修復(fù)、展品復(fù)制等方面得以應(yīng)用。實(shí)際上，與快速建模技術(shù)結(jié)合，3D打印技術(shù)可在互動式展陳及博物館文創(chuàng)產(chǎn)品方面取得不錯的應(yīng)用效果。

數(shù)字化技術(shù)的逐步應(yīng)用，為博物館創(chuàng)新展陳形式帶來了更多的可能。通過對現(xiàn)有主流數(shù)字化展陳技術(shù)的研究，結(jié)合煙臺自然博物館現(xiàn)狀分析得出：

①實(shí)時動作捕捉技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以深度介入煙臺市國土空間總體規(guī)劃展示下一步的數(shù)字化展陳設(shè)計(jì)中。

②虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以應(yīng)用于地球廳，加深中小學(xué)生對宇宙構(gòu)成及地質(zhì)災(zāi)害的理解;應(yīng)用于生物廳，加深觀眾對生物生存環(huán)境的體驗(yàn)。

③增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以應(yīng)用于化石廳，用于復(fù)原猛犸象、恐龍等生物的原貌;應(yīng)用于黃金廳，用于展示黃金從開采到提煉、加工的全流程。

④全息影像技術(shù)可以應(yīng)用于黃金廳，用于全方位展示珍貴黃金標(biāo)本，提升觀眾觀感體驗(yàn);應(yīng)用于王懿榮館，用于展示王懿榮抗擊倭寇的復(fù)原場景。

⑤3D打印技術(shù)可以應(yīng)用于化石廳，用于復(fù)原恐龍生活場景，提升觀眾參與體驗(yàn)。

6 結(jié)論

目前，數(shù)字化技術(shù)在促進(jìn)博物館發(fā)揮科普教育和文化傳播職能方面起到了積極作用。然而數(shù)字化展陳手段的多樣化帶來的弊端首先就是喧賓奪主，掩蓋展覽本身。其次是高度同質(zhì)化、內(nèi)容扁平化等問題，如各地的4D、5D影院及虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)館等。博物館一定要警惕陷入數(shù)字化技術(shù)的低劣包裝陷阱中，而忽視了展品本身的內(nèi)容才是博物館文化傳播的精髓，這也強(qiáng)調(diào)了展品的數(shù)據(jù)采集工作的重要性。各類新興數(shù)字技術(shù)的融入是為了彌補(bǔ)現(xiàn)實(shí)場景以及展品在信息輸出方面的天生缺陷，從而幫助觀眾更加簡單地融入場景、體會展品內(nèi)涵。因此，尋求一個平衡點(diǎn)至關(guān)重要。這個平衡點(diǎn)在不同類型的博物館各不相同。煙臺自然博物館以自身實(shí)際作為出發(fā)點(diǎn)，對數(shù)字化技術(shù)如何融入自然歷史類博物館的現(xiàn)代展陳中做了積極探索，具有指導(dǎo)意義。

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