基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的德州市互動(dòng)展覽設(shè)計(jì)

劉吾久 孫紅遠(yuǎn) 渠 垚 山東華宇工學(xué)院

目前，在展覽設(shè)計(jì)中使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)已成趨勢，展覽內(nèi)容是否正確精準(zhǔn)的輸出，觀眾的需求是否得到滿足是展覽設(shè)計(jì)者需要思考的核心問題。為了探索增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在德州市博物館數(shù)字化展覽改造中的應(yīng)用形式，現(xiàn)通過文獻(xiàn)了解現(xiàn)狀，總結(jié)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用形式，并以單個(gè)展廳為單位分析現(xiàn)有的展覽內(nèi)容與板塊，得到了第一與第三展廳展覽內(nèi)容的改造權(quán)重與匹配形式，說明了互動(dòng)展覽的設(shè)計(jì)趨勢與研究深入路徑。

使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)的必要性

我國正在進(jìn)行一場如火如荼的博物館和展會(huì)改革，一個(gè)主要的途徑就是加快技術(shù)進(jìn)步，增加公眾對中國公共博物館和展會(huì)的關(guān)注度。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的載體是智能手機(jī)、平板電腦等設(shè)備。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與展會(huì)設(shè)計(jì)的融合，為以提高參觀者好奇心為目的的交互式展覽設(shè)計(jì)提供了一個(gè)獨(dú)特的框架。Matos和 Nisi認(rèn)為，用戶驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)新能夠用現(xiàn)代化的、令人耳目一新的內(nèi)容吸引訪問者。此外由于一些文物的特殊性質(zhì)與文物本身的脆弱性，博物館無法長期將其在外展覽，導(dǎo)致參觀者與文物的互動(dòng)非常有限，能夠觀賞的文物數(shù)量大大下降，重復(fù)觀賞相同的文物最終導(dǎo)致普通參觀者的好奇心被消磨殆盡。對于文物研究者，如考古工作人員、歷史研究人員等而言，他們?nèi)绻麩o法從各個(gè)角度近距離觀看文物的真實(shí)面貌，進(jìn)行研究比較，或在不同的背景下研究這些文物，工作效率就會(huì)降低，職業(yè)倦怠感將會(huì)增加。

如今，人們通過移動(dòng)終端感知和解讀文化遺跡。如果我們想要了解古代的傳統(tǒng)文化，只靠文字或圖片是很難感受到“疑是銀河落九天”的壯觀，“大漠孤煙直，長河落日圓”的壯美，“閑披秋水未終卷，心與天游誰得知”的閑適安逸。而借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，這些便可以輕松實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，其對促進(jìn)青少年樹立文化自信，增強(qiáng)民族自豪感也有著不可忽視的作用。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)也帶來了諸多挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)或多或少地對用戶驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)新進(jìn)行了實(shí)證和觀察，從而在展覽場景中評估了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的作用。最近歐洲的一些調(diào)查顯示，大約45%的博物館已經(jīng)開始發(fā)展利用3D或虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示物品的展覽形式。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)在博物館中如何應(yīng)用

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)旨在以交互形式展現(xiàn)歷史，藝術(shù)性地重現(xiàn)過時(shí)的內(nèi)容。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為所有在展會(huì)和博物館中參觀文化遺產(chǎn)的參觀者提供了一個(gè)空間環(huán)境，并對參觀者的行為進(jìn)行深入細(xì)致的研究。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)專業(yè)人士創(chuàng)造了一種用戶體驗(yàn)環(huán)境，使參觀者能夠?qū)μ囟ㄎ幕瓦z產(chǎn)產(chǎn)生更深層次的認(rèn)知。XIAO等人從中國文化中收集相關(guān)歷史，以提供增強(qiáng)版的數(shù)字媒體展覽。它展示了物理世界與數(shù)字空間相重疊的多樣化增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。Selvadurai和Jensen 對丹麥水上公園的游戲化數(shù)字裝置展覽進(jìn)行了研究。在這里，研究人員介紹了啟蒙和體驗(yàn)二分法。體驗(yàn)引發(fā)興趣，而啟蒙則是通過展覽起到教導(dǎo)作用，體驗(yàn)問題已通過問卷和訪談的方式得到解決。展覽的內(nèi)部工作人員提供了大量的解決方案和補(bǔ)救措施，以解決通過博物館和展覽推廣文化遺產(chǎn)的相關(guān)技術(shù)問題。增強(qiáng)文化遺產(chǎn)功能的最佳方法是在研究中使其變得更加強(qiáng)大、更加持久。展會(huì)和博物館是藝術(shù)場所，參觀者進(jìn)行參觀不僅是為了娛樂，同時(shí)也想了解文化。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重點(diǎn)在于通過典型的媒體元素（包括聲音、圖像和視頻）來增強(qiáng)參觀者的體驗(yàn)，通過修復(fù)文化資源，使有興趣的參觀者保持興奮。研究人員在臺(tái)北兒童藝術(shù)博物館針對帶有幼兒的父母進(jìn)行了一項(xiàng)案例研究，該研究的目的是增強(qiáng)兒童在博物館的學(xué)習(xí)體會(huì)。該研究強(qiáng)調(diào)了博物館在讓兒童參與內(nèi)容更新方面的發(fā)展。通過用戶、環(huán)境和展覽交互的系統(tǒng)，將用戶體驗(yàn)和展覽體驗(yàn)融入人機(jī)交互中。在測量交互水平的基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶的需求、行為和屬性來利用展覽模塊。

使用計(jì)算機(jī)技術(shù)開展博物館增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)展覽

博物館在標(biāo)準(zhǔn)操作方式中廣泛采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)時(shí)，遇到的困難主要有兩個(gè)，分別是如何高效創(chuàng)建文物的3D模型和基于這些模型建立虛擬展覽。近年來，3D掃描儀和3D打印機(jī)日益平民化和市場化，博物館能夠輕松購買到高質(zhì)量的3D掃描儀。3D模型的可用性是先決條件，但這只是第一步，為了廣泛應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，博物館需要基于他們收集的3D模型摸索通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行展覽的高效、經(jīng)濟(jì)和簡單的方法。設(shè)立展覽的工作應(yīng)該由博物館工作人員來完成，但是他們并不是電腦專家，所以需要一個(gè)普通人就能夠完成的系統(tǒng)或方法來支撐虛擬展覽的構(gòu)建。同時(shí)，系統(tǒng)必須為博物館參觀者提供直觀的人機(jī)界面，以便用戶可以輕松自然地與虛擬內(nèi)容進(jìn)行交互，就像他們可以與現(xiàn)實(shí)世界中的物體進(jìn)行交互一樣。

博物館的交互展覽設(shè)計(jì)應(yīng)作為一個(gè)系統(tǒng)開展設(shè)計(jì)行動(dòng)，以用戶為中心，融入全局思維。場館的環(huán)境與環(huán)境中的有形產(chǎn)品是用戶接受服務(wù)與展開探索過程中最直觀的接觸點(diǎn)，在搭建場館交互展覽系統(tǒng)的前期需要解決怎么數(shù)字化和哪些數(shù)字化的問題。通常情況下，將現(xiàn)實(shí)世界的物體轉(zhuǎn)化為數(shù)字世界的物體是需要技術(shù)手段與物理硬件支持的，例如通過計(jì)算機(jī)三維技術(shù)完成創(chuàng)造—編輯—利用—再編輯—再利用，在此過程中可選擇通過物理設(shè)備輔助工作更快更好地完成，如掃描儀、捕捉設(shè)備、燈光設(shè)備、攝像設(shè)備等；中期需要解決的是數(shù)字資產(chǎn)高效率使用與用戶體驗(yàn)提升等問題，優(yōu)秀的交互設(shè)計(jì)一定是能滿足用戶需求的，所以應(yīng)基于有效的用戶調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。前中期的工作稱為準(zhǔn)備工作或后臺(tái)工作，是用戶看不見的工作，用戶直接接觸到的環(huán)節(jié)是最后的交互視效環(huán)節(jié)，呈現(xiàn)手段的多樣使得其形式多樣，即不依靠額外的硬件顯示設(shè)備或觸控設(shè)備也可以實(shí)現(xiàn)良好的視覺效果，例如需要手機(jī)掃碼查看交互效果的方式是產(chǎn)品—技術(shù)—硬件設(shè)備—效果，可總結(jié)為有形的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互方式；產(chǎn)品—技術(shù)—效果的方式可總結(jié)為無形的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互方式。

圖1 交互展覽設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架圖（作者自繪）

德州市博物館的交互展覽設(shè)計(jì)研究

德州市博物館的常設(shè)展廳有四個(gè)，既有對德州從古至今發(fā)展歷程的記錄，也有對未來發(fā)展的展望。一個(gè)城市或地區(qū)的發(fā)展受到多維度因素的影響，博物館作為展現(xiàn)此過程的核心力量，承擔(dān)的責(zé)任也更多，并在此過程中承擔(dān)“翻譯者”的角色。以德州市博物館的第一展廳與第三展廳為例，研究展廳的內(nèi)容與展覽形式，以及如何運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)提升交互效果，激發(fā)觀眾好奇心。

表1 德州博物館第一、三展廳分析（作者自制）

第一展廳重在介紹歷史，故介紹普及類描述較多，展廳中占比最多的為文字與圖片展板也屬于合理情況。第三展廳意在營造能為參觀者帶來沉浸式體驗(yàn)的德州舊景，所以占比最多的為場景類內(nèi)容。

圖2以面積大小和展覽流程中的受關(guān)注程度為評判依據(jù)制作了第一和第三展廳內(nèi)容占比的示意圖，為各版塊、各展示接觸點(diǎn)以何種形式與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合產(chǎn)出有效的交互方式提供參考，還可以作為權(quán)重依據(jù)。

圖2 展廳內(nèi)容占比示意圖（作者自繪）

但是，此示意圖可以基于更加全面的用戶調(diào)研，例如通過監(jiān)控錄像等無接觸觀察方式分析游客真實(shí)的參觀流程，并記錄與各接觸點(diǎn)的交互反應(yīng)，在得到基礎(chǔ)策略后，招募實(shí)驗(yàn)游客進(jìn)行分組式引導(dǎo)參觀并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用恰當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯糠椒?，例如層次分析法，得到各板塊或各接觸點(diǎn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)化的形式，投入資源大小等權(quán)重信息，以獲得更精準(zhǔn)的展覽升級策略。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在博物館展覽中的應(yīng)用主要是為了提升參觀者的感官體驗(yàn)，使其獲得沉浸感，合適的匹配形式可以使技術(shù)的優(yōu)勢最大化地發(fā)揮出來，達(dá)到1+1＞2的效果。例如，參觀者如果都使用最先進(jìn)的可穿戴增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)行參觀，就可以更加真實(shí)地感受到數(shù)字化的文化資產(chǎn)。

通過絢目的特效、配套的音效與體感模擬進(jìn)一步增加真實(shí)感是一種優(yōu)行之有效的方案，但是所耗費(fèi)的資源也十分龐大。所以在為展館中的內(nèi)容進(jìn)行增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)賦能時(shí)，要確定形式方向，再依據(jù)權(quán)重等級分配資源，聚焦細(xì)節(jié)。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的細(xì)分形式有很多：

首先是以電子屏幕為載體的動(dòng)態(tài)效果顯示類，能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互效果功能的也可劃分為此類，其是實(shí)現(xiàn)難度較低，經(jīng)濟(jì)性較高的一類。

其次是使用各類投影技術(shù)使數(shù)字化形象出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)世界的各種投影類技術(shù)，有全息投影、空氣成像、巨幕互動(dòng)投影等。

最后是依靠可穿戴設(shè)備刺激用戶感官以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)感的一類，有頭盔式AR設(shè)備、AR/VR眼鏡、交互手套等。

表3分析了博物館現(xiàn)有的展示內(nèi)容改造的匹配形式與現(xiàn)階段需要改造的權(quán)重等級，這里的權(quán)重等級不應(yīng)一成不變，應(yīng)該隨著技術(shù)的發(fā)展，用戶的關(guān)注度與情緒，經(jīng)費(fèi)預(yù)算的多少，用戶教育水平等因素而變化，即循序漸進(jìn)地進(jìn)行迭代改變。

表2 三類增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與示例（作者自制）

表3 三類增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與示例（作者自制）

表4 第三展廳內(nèi)容的改造權(quán)重等級與匹配形式（作者自制）

博物館中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與展覽的整合具有創(chuàng)造附加價(jià)值和吸引游客、增強(qiáng)參觀者好奇心的潛力。該研究有助于利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)來提高游客體驗(yàn)感和滿意度，進(jìn)而重塑博物館的展覽模式與服務(wù)模式。這意味著在沉浸式設(shè)備的支持下，博物館展覽內(nèi)容有望進(jìn)行重新配置和創(chuàng)新。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在博物館展覽中的應(yīng)用形式多樣，并不斷發(fā)展出新的形式，根據(jù)用戶體驗(yàn)、現(xiàn)有資源和預(yù)期效果如何匹配或創(chuàng)造合適的形式是需要進(jìn)行設(shè)計(jì)思考和科學(xué)規(guī)劃的。對展覽內(nèi)容改造的權(quán)重進(jìn)行分級需要進(jìn)行更加深入的研究，增加用戶研究樣本的數(shù)量，引入宏觀視角的權(quán)重研究方法，并通過觀察與研究常態(tài)化產(chǎn)出進(jìn)行迭代設(shè)計(jì)。文化資產(chǎn)的數(shù)字化是運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的首要問題，博物館中價(jià)值最高的展品一般為文物，文物的外觀特性即歷史痕跡，所以文物數(shù)字化方案較舊物復(fù)現(xiàn)或舊景復(fù)原不同，需要數(shù)字化雙胞胎與數(shù)字復(fù)現(xiàn)兩種技術(shù)結(jié)合應(yīng)用才能組合出更多的交互效果，從而激發(fā)用戶的好奇心，增強(qiáng)文化輸出能力。