一種展示高新技術成果的虛實結合展示技術

王玥 高天芳 朱云龍 汪梅

摘 要：隨著高新技術成果的產業化加快，科技創新對國家發展具有非常重要的促進作用，科技發展與日常生活的關系更加密切，因此，人們對于了解科技發展特別是高新技術發展的愿望日益增強。與此同時，相關的科普資源和展示設計較為陳舊和單一，如何設計出既能準確把握高新技術科普內容，又能同時滿足互動性與趣味性的展品成為亟需解決的關鍵性問題。本文以嫦娥奔月互動展示關鍵技術研究為例，旨在提升我國高新技術類展品的質量和水平，為推動發展高新技術類展品展示關鍵技術研究貢獻出自己的力量。

關鍵詞：高新技術成果 嫦娥探測器 虛實結合 展示技術

中圖分類號：J59 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）03（a）-0000-00

當代中國開始進入加快轉變經濟發展方式的關鍵時期，科技發展與創新對于經濟社會發展的促進作用日益突出，高新技術成果被廣泛應用于日常生活，與人們的衣食住行密不可分。公眾對于高新技術成果的興趣不斷增長，然而對于高新技術發展的了解渠道，主要為文字報道與科普視頻，相關的科普資源發展相對滯后，尤其是展示高新技術的展品數量和質量嚴重不足，迫切需要成熟的展示技術研究。

現有展示高新技術的展品，大多以模型靜態展示和多媒體介紹為主，對于技術的創新性的表達以及互動性等各方面要求較低，因此，科技館行業急需推動發展高新技術成果展示關鍵技術研究，以提高我國高新技術類展品研發水平[1]。以本文研究的嫦娥奔月互動展示關鍵技術為例，現有的展項主要是通過多媒體和模型等方式展示探測器結構以及登月技術原理，展示方式相對單一。本文通過創新展示設計形式，提出一種具有虛實結合的新型展示設計，為如何在科普同時保證展品的趣味性和互動性做出示范，以期提升我國高新技術類展品的質量和水平，為推動我國科技創新成果向科普資源轉化，促進我國公民科學素質建設做出貢獻。

1 研究背景及展示難點分析

月球具有可供人類開發和利用的各種獨特資源，已成為未來航天大國爭奪戰略資源的焦點。我國從1994年開始探月計劃的可行性研究，2004年正式立項，稱作“嫦娥工程”，實現月球探測將是我國航天深空探測零的突破。

人類航天活動的三大領域是發射人造地球衛星、載人航天和深空探測，其中嫦娥奔月及落月過程存在超重和失重兩種非常特殊的狀態，而這也是地面難以體驗到的特殊重力環境，此類展項通常采用多媒體視頻等便于展示的形式。此外，月面影像數據查詢如何在常見圖片展示形式的基礎上，開發出新穎趣味的展示方式也是本文的重點和難點。

2 現有展示方式

嫦娥作為中國航天事業發展的里程碑，公眾和媒體的關注度較高，嫦娥衛星的每次發射和動向都會經新聞媒體都會進行實時報道，報道中也會包含多媒體視頻資料進行嫦娥衛星奔月過程的相關科學原理介紹，因此，相關的研究和資料已經較為完善，國內也已經出現不少相關的主題展示，其主要展示方式大體可以分為三種。

2.1 模型與圖文展示

國內進行過最多的展示形式是嫦娥探測器相關的模型展示，例如2014年11月8日，珠海航展中心中國航天館內展出的嫦娥三號探測器模型，其結構由月球軟著陸探測器（簡稱著陸器）和月面巡視探測器（簡稱巡視器，又稱玉兔號月球車）組成。展項通過還原月球表面的場景，能夠給予觀眾一種較為真實的感受，觀眾通過觀察等比例或者縮小比例的探測器模型了解嫦娥號的結構，配合圖文展板介紹嫦娥號的發射原理和科學知識，對觀眾了解嫦娥衛星高新技術成果具有一定的促進作用。

2.2 多媒體及虛擬技術展示

此類展示主要應用多媒體及虛擬互動技術，觀眾進入模型艙座椅，利用按鈕和操作手柄進行互動，期間通過模型艙前部顯示屏觀看嫦娥衛星奔月過程，并操作虛擬月球車在月球上進行探測任務，具有一定的趣味性。結合現在較為成熟的VR技術，使觀眾仿佛身臨其境，同時可以利用操作手柄進行互動體驗，具有較高的觀賞性和互動性。

2.3 投影互動多媒體展示

此類展示通過投影及多媒體進行互動，觀眾操縱搖桿和按鈕選擇嫦娥奔月和月面實景進行觀看，內容較為全面。觀眾從操作屏中選擇一個嫦娥探測器，拖向前方投影幕，則屏中會出現相關嫦娥探測器的介紹及其奔月過程。屏幕中間采用了可轉動的半剖地球模型，多媒體配合模型進行演示，互動較為有趣。

由于以上幾種展示方式的效果具備各自的優勢，本文經過調查和研究后，提出了一種虛實結合的演示思路，通過模型和多媒體結合的方式表現嫦娥奔月的全過程，并確立了展品設計所需的核心內容。

3 展示關鍵技術

本文通過充分調研相關展示案例，確立了以真實月面影像、嫦娥探測器設計和探測器奔月過程為核心的展示內容，對三個關鍵技術內容進行了深入研究，并以此為基礎針對性地設計研發了展品。

3.1 基于真實月面影像數據的三維可視化演示系統[2-4]

指尖月球主要采用了三維可視化展示技術，基于我國嫦娥衛星獲取的月球影像及地形數據，以三維可視化的方式動態交互展示月球。

3.1.1 三維月球觸控式自由漫游

觀眾通過在主界面上以手指單點、兩點觸摸操作以操控主顯示區的三維數字月球的放大、縮小和旋轉，以對月球感興趣區進行查看和漫游。本系統采用嫦娥二號50米分辨率真實月面影像數據，數據量達到幾十G，系統針對海量影像和地形數據的采用LOD動態加載技術，實現流暢的操作體驗，也使觀眾可以看到更多的月面細節。

3.1.2 月球典型地貌路徑漫游

在主界面的下方為月表典型月貌路徑漫游選擇區。觀眾可通過手指點擊左右兩個按鈕對月表典型月貌縮略圖進行瀏覽，然后通過手指點選感興趣的月表月貌縮略圖，主顯示區根據觀眾所選擇的縮略圖，以對應的漫游路徑引導觀眾對典型月表形貌飛行漫游，并配有解說。

3.1.3 經緯度查詢

觀眾在主界面上點擊經緯度查詢按鈕，進入經緯度查詢界面，觸控輸入感興趣的經緯度（北緯為正，南緯為負，東經為正，西經為負，緯度有效范圍-90度到90度，經度有效范圍-180度到180度），點擊查詢，主界面的三維月球轉動到觀眾輸入的經緯度區。此時觀眾可對此區域進行自由漫游瀏覽。

3.1.4 月球地名查詢

觀眾在主界面上點擊月表地名查詢按鈕，進入月表地名分類界面，觀眾選擇感興趣的地名分類，再進入地名選擇界面，選擇感興趣的地名。主界面的三維月球轉動到觀眾輸入的月球地名區。此時觀眾可對此區域進行自由漫游瀏覽。

采用三維可視化技術，將月面真實影像數據轉化為三維可視化系統，觀眾通過觸控式三維月球進行月球典型地貌路徑漫游、經緯度查詢、月球地名查詢等互動。通過趣味新穎地互動展示技術，向公眾展示月球表面真實圖像資料，讓公眾近距離感受我國嫦娥探月工程的成果。該展示方式新穎有趣，為今后類似的展示需求提供一種較好的展示技術參考。

3.2 嫦娥奔月過程演示的虛實結合展示系統[5-6]

展品主要由投影墻、投影儀、地球半球模型、月球半球模型、一個探測器設計操作臺（包括四個觸摸屏）等組成。其中，月球半球模型通過投影墻背后的磁吸式升降控制機構帶動，可以在與投影墻平行的平面上繞地球模型模擬運動。

嫦娥探測器設計：可供1-4名觀眾同時參與互動，系統隨機分配該次的探月的嫦娥衛星型號。此時，投影墻上會顯示總任務要求和嫦娥衛星三維骨架模型，各個觸摸屏會顯示所有設計任務要求，觀眾選擇一項任務進行設計（同一項任務在同一時間內只能由一個人設計），選擇合理的載荷。操作臺出現設計任務選擇畫面，任務開始10s后彈出提示“可請求其他設計者幫助”，設計錯誤時給出提示，直到設計成功。觀眾完成一項任務設計后，可接著選擇其他任務。完成所有設計任務后，倒計時三秒開始演示。

模擬演示階段會演示嫦娥被發射升空和奔月的全過程，以及相繼進行科學活動的情況。投影墻中出現發射場場景，虛擬火箭從中間地球模型上發射升空。隨后，投影轉為宇宙背景，月球通過磁吸式運動機構繞著地球轉動，多媒體畫面配合兩個半球實物模型演示衛星奔月軌跡與探月任務的執行情況。觀眾選擇的不同載荷，其探月任務的執行情況也會不同。

4 總結

“嫦娥奔月”展項運用三維數字化展示技術，通過嫦娥衛星獲取的月球影像及地形數據對月球進行精確的還原，讓觀眾可以直觀的觀察月球的形態，感受我國嫦娥探月工程的成果。為了更好的展現探測器奔月和著陸過程的科學性，針對性地設計了垂直式磁吸運動系統，使月球模型能夠圍繞地球模型平穩受控運動。通過嫦娥探測器設計和探測任務的完成兩項內容，使觀眾可以在參與互動的同時獲取知識，使觀眾在趣味性的游戲中產生疑問和興趣，實現了科技館展項中的互動性、娛樂性、科普性于一體的展示目的。

本文旨在通過嫦娥奔月互動展示關鍵技術研究為例，豐富科技館現有高新技術成果科普展示方式，為如何設計出既能準確把握高新技術科普內容，又能同時滿足互動性與趣味性的展項提供一個參考，希望能夠對提升我國高新技術類展品的質量和水平和推動發展高新技術類展品展示技術貢獻出自己的力量。

參考文獻

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