北京天文館“宇宙穿梭”展覽中的展項創新

趙開羿 景海榮 苗軍 馬勁 王菁

摘 要 創新不僅體現在國家政策層面上，也反映在社會生活中。北京天文館推出了全新的“宇宙穿梭”展覽，在展項創新上傾力投入，使得觀眾的交互體驗大大加強。讓觀眾不再是冷漠的旁觀者和被動的信息接收者，而是身臨其境的參與者和主動的信息制造者。

關鍵詞 展項創新 展示體驗 媒體演示

0 引言

在科技類博物館中，展項=展示內容+展示形式。其中，展示內容指科學知識，也是展項設計的目的；展示形式指呈現方式，也是展項創新的關鍵。在展示內容確定的基礎上，如何通過展示形式的創新激發觀眾的興趣，是我們需要考慮和解決的問題。下面就以“宇宙穿梭”展覽為例，具體闡述北京天文館的展項創新。

1 “宇宙穿梭”展覽概述

天文學博大精深。采用合適的展示形式傳遞深奧的天文知識，并喚起觀眾探索宇宙奧秘的熱情，是北京天文館“宇宙穿梭”展覽的核心設計思想。為此，新展覽在內容、形式和手段上做到了吐故納新、與時俱進。

在內容上，考慮到不同觀眾的參觀需求，以趣味化的方式，全方位闡釋了天文基礎知識及前沿動態。其中每一個展項都是原創設計，根據具體的知識點有針對性地進行展示。

在形式上，因地制宜，結合建筑本身的獨特性和現代感，將設計風格與建筑語言有機融合，在有限的空間內營造出奇幻的氛圍。既中規中矩，又活潑生動，最大限度地追求展覽的整體效果。

在手段上，充分利用國內外先進的展示設備和技術，例如激光投影、體感交互、動態捕捉等，展示類型涵蓋平面靜態、直觀動態和交互體驗，目的是讓觀眾在參觀展覽的過程中，學習豐富的天文知識。

2 展覽中的展項創新

如表1所示，“宇宙穿梭”展覽分為七大展項，緊扣主題，造型美觀，創意新穎。首先以“宇宙演化”為開篇，回顧宇宙發展歷程中的大事件。接著動手體驗“宇宙尺度”，從地球出發，認識由近及遠不同距離處的各類天體。然后走出太陽系，開啟尋找“系外行星”的旅程。通過“引力透鏡”，欣賞宇宙中奇妙的天體變形像。在最具神秘色彩的黑洞附近，體驗“逃離黑洞”的樂趣。轉動轉盤，觀察層級式的“天體系統”。最后，進行“時空穿梭”，在問答游戲中實現穿梭宇宙的夢想。

2.1宇宙演化

如圖1所示，“宇宙演化”展項是一座由樹脂制成的雕塑，表面采用投影涂料處理，極具視覺沖擊力。從地面到天花板，依次象征宇宙的大爆炸、黑暗時期、星系形成和太陽系形成四個重要演化階段。觀眾可以通過觸摸屏，分別進行了解。

眾所周知，宇宙自誕生以來，歷經了137億年的歷史。不過，對于我們人類來說，一輩子的時間也不過寥寥幾十年，所以很難想象，宇宙在漫長的歲月里走過了怎樣的風風雨雨。如表2所示，展項下方的“宇宙日歷”將宇宙演化史壓縮為一年，標出在各個月份發生的標志性事件。

設計團隊在前期準備階段搜集了大量資料，決定選取“倒鐘”結構作為展項的外形參考，并據此繪制出施工圖。繼而，在展項的展示媒體上進行了一些探索。最初的設計是制作內投屏幕，將投影機置于雕塑內部，并配以硬質的投影幕布。在研發過程中，發現投影的成像距離過短，試用了魚眼鏡頭以及短焦鏡頭之后，仍不能達到正常的可視距離。對此，設計團隊作出相應調整，將直徑不一的環幕水平圍繞一圈，排列成倒鐘形狀。但是經過詢價得知，對于單個展項而言，這一做法所需的費用過高。于是，綜合考慮各項因素和限制條件，最終使用了4臺高分辨率的激光投影機，在異形的造型上運用激光光束透射出設定的畫面。同時選用了比較常規的觸摸屏，來控制激光投影機的放映，實現靜態展示與動態演示的緊密結合。這種交互方式的成熟度很高，在各館中屢見不鮮，而且操作程序相對簡單，減少了后期的維護成本。

2.2 宇宙尺度

在宇宙空間中，存在著各式各樣的天體。“宇宙尺度”展項將地球作為起點，逐漸深入至廣袤的宇宙空間。設計團隊挑選了21個天體，從天宮一號到月球，從太陽到冥王星，從天狼星到昴星團，從銀心的黑洞到銀河系的近鄰小麥哲倫星云，從草帽星系到遙遠的天貓超星系團，最后來到一百多億光年外的類星體。這些天體涵蓋了多種類型，包括人造衛星、天然衛星、行星、矮行星、恒星、星團、黑洞、星系、星系團、超星系團、類星體等。

如圖2所示，7個55英寸的大屏幕一字排開，組成連貫的畫面，氣勢恢宏。每個屏幕前各有一個交互區域，觀眾可以通過不同的手勢來控制屏幕的演示內容。此外，還設置了兩套長度單位的坐標系統：國際單位制的“米”和天文學中常用的“天文單位”“光年”“秒差距”。

在展項的細化設計中，考慮到每個天體都是一個獨立的交互點，如果采用傳統的觸摸屏，難以給觀眾帶來耳目一新的感覺。為此，設計團隊引入了全新的智能運動感應設備——“厲動”體感控制器。通過簡單的平移和握拳動作，就能控制屏幕里的光標，完成所有的交互內容。控制器可追蹤全部10根手指，精度高達1/100 mm，這就是屏幕上的每次移動都與雙手完美同步的原因。同時，設計團隊對展項的操作步驟進行了簡化，讓觀眾不費吹灰之力，輕松掌握這一精密技術。從最大程度上降低了學習成本，有助于觀眾更便捷地參與進來，并且避免觀眾與展項的物理接觸，延緩設備的磨損。

2.3 系外行星

在浩瀚的宇宙中，我們是孤獨的嗎？“系外行星”展項介紹了人類尋找系外行星的情況。太陽并不是唯一具有行星系統的恒星。圍繞其他恒星運動的行星稱為“系外行星”，意思是“太陽系”之外的行星。目前，在各種類型、各個年齡階段的恒星周圍都探測到了行星。這表明行星形成是非常常見的過程，具有行星系統的恒星相當普遍。

如圖3所示，在飛往星際空間的飛船中，你可以學習探測系外行星的方法，了解最新的搜索結果。通過一個強大的望遠鏡，近距離觀察已知的宜居行星，看看它們的質量、大小、軌道與地球的異同。在不改變原有交互方式的基礎上，設計團隊對交互體驗進行創新，提高了人機交互的反饋效果。觀眾可以利用手動控制桿，在電動馬達的帶動下，同步操作眼前的多媒體平臺和頭頂的望遠鏡模型。

2.4 引力透鏡

引力透鏡效應是廣義相對論所預言的一種現象，現已得到證實。由于時空在大質量天體附近會發生畸變，所以當光在星系、星系團或黑洞等具有巨大引力的天體附近經過時，光線將沿彎曲空間的短程線傳播。

“引力透鏡”展項模擬了在天文觀測中的引力透鏡效應，利用攝像頭實時捕捉觀眾的半身像，通過引力透鏡變形的公式算法，將最終的變形圖像呈現給觀眾。當單人體驗時，會看到對面展墻上的星系變形；當多人體驗時，將會看到彼此的多重像變形。如圖4所示，南北兩側的體驗區，通過天花板的星系旋臂進行串聯，地面還繪有光路示意圖表示對應關系。同側的3個體驗區，則分別代表距離地球不同遠近的天體位置。在這個展項，能夠體驗強、弱、微三種不同的效果，這是因為觀測者、黑洞和對面觀眾的所在位置不一定在一條直線上。當三者恰好共線時，我們就可以看到神奇的光學幻影——愛因斯坦環！

2.5 逃離黑洞

黑洞是宇宙中最不可捉摸的地方之一。在那里，時間和空間都強烈扭曲，它產生的引力場是如此之強，以至于在它的視界之內，任何物質和輻射都無法逃逸，就連傳播速度最快的光也不例外。如果你駕駛著宇宙飛船經過一個黑洞，怎樣才能安然無恙地逃離黑洞的引力陷阱呢？

如圖5所示，“逃離黑洞”展項漏斗形的表面模擬了黑洞附近扭曲的空間，中間深陷之處便是黑洞中心的奇點。凡是進入視界范圍的物體，都再無逃出的可能。觀眾可以選擇適當的角度和力量發射代表天體的小球，演示黑洞對于周圍天體的吸引作用。另外，設計團隊還在曲面上設置了數臺傳感器，實時捕捉小球的運行軌跡，并在展項正面的80英寸大屏幕上顯示。大多數情況下觀眾發射的小球都會落入黑洞的中心，而一旦小球成功逃離黑洞，屏幕便出現“逃離成功”的字樣，使得展項與觀眾的互動不再平淡。

2.6 天體系統

自地月系統至大尺度纖維狀結構，整個宇宙呈現出等級式層級關系，宇宙中的一切都是更大結構的一部分。比如，地球是太陽系的一部分，太陽系又位于銀河系中，銀河系是本星系群的局部，而本星系群只是本超星系團的一角，本超星系團則是分散在可觀測宇宙的纖維狀結構中的數百萬超星系團之一。

如圖6所示，“天體系統”展項以樹的造型作為設計理念，將可觀測宇宙形象地比喻為一棵大樹。從樹根向上，樹干、樹枝、樹杈、樹梢、樹葉分別代表已知宇宙結構中各層級的天體系統：超星系團、星系團（群）、星系、恒星系統、行星系統。這象征著宇宙結構之復雜、數量之龐大，也寓意著不同天體系統之間存在的并列關系、包含與被包含關系。模型本身稱得上是一幅絢麗的“宇宙畫作”。由于平面設計非常搶眼，設計團隊便弱化了交互體驗的方式。觀眾轉動轉盤，通過持續用力，大樹自下而上依次發光，最終將點亮我們身處的地球。

2.7 時空穿梭

在領略了宇宙的廣闊之后，觀眾將在“時空穿梭”展項進行一場競賽。經過預設的“答題”環節，獲得登機牌，便可進入體驗區。

如圖7所示，體驗區共有4臺穿梭機——天鵝號、英仙號、獵戶號、人馬號，可根據需要自行選擇單人或雙人模式，最多能同時容納8名觀眾。在領航員“小T”的帶領下，觀眾將觀看三段短片：《宇宙大爆炸》《銀河系形成》《太陽系形成》，并交替經歷三個游戲“逃離宇宙大爆炸”“捕獲氫原子”“認識太陽系”，比一比誰跑得快、誰反應快、誰知道得多。在時空穿梭之旅中，后臺程序將以照片形式進行記錄，并制成片尾供觀眾打印留念。

3 結語

創新不一定都是從無到有，也可以基于以往的經驗。科技類博物館的展項設計具有很強的綜合性，既要考慮展示內容、展示形式，又要兼顧觀眾的行為習慣，并在后期的布展施工中不斷思考完善。在北京天文館的“宇宙穿梭”展覽中，設計團隊在展項的設計和實施上做出了創新嘗試，讓新展覽的展示體驗更為多元。

參考文獻

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