基于混合現實技術的博物館導覽系統應用研究

張馨文 章 立 （江蘇省無錫市江南大學 214122）

博物館是征集、典藏、陳列和研究代表自然和人類文化遺產的實物的場所1。在我國博物館中，信息多以單一的形式展現在參觀者面前，無法刺激參觀者及時的將接收到的信息結合具體體驗。混合現實技術作為一種新興的技術展示形式，具有虛擬結合現實，輸入結合輸出的主要特征。將混合現實與博物館導覽相結合，設計符合博物館內容的導覽系統。通過混合現實導覽引導參觀者在博物館中進行自發性、探索式和合作式的認知過程。

一、博物館數字導覽系統發展的問題

目前，我國博物館數字導覽系統的內容選擇目前有以下問題：第一，博物館講解系統涉及內容和知識體系性較弱，講解內容過于基礎和空洞；第二，大部分博物館的講解內容覆蓋面相對較小，大量展品沒有針對性的講解內容；第三，博物館導覽系統內容與博物館展出實物之間關聯度較弱。博物館導覽與混合現實技術結合能夠彌補現博物館導覽的缺陷，提升博物館導覽的實用性。

二、認知理論下數字導覽的作用

根據認知心理學的認知原則2，博物館的數字導覽在認知過程的形成中應有以下主要作用：數字導覽系統充分結合博物館情境，在認知過程中對大腦的生理結構進行直接和間接的刺激，促進認知活動的全面展開；數字導覽應通過對環境的利用，提高參觀者的喚醒水平，促進無意識認知形成；數字導覽結合環境的設計展示，充分調動參觀者的情緒與運動系統，提高認知活動的質量和效果；數字導覽系統結合博物館物理情境，推動容量巨大的長期記憶的形成。

三、混合現實技術的特征及應用優勢

（一）MR技術在博物館導覽中的特征

混合現實技術通過在現實世界、虛擬世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，以增強用戶體驗的真實感。混合現實技術具有以下特征：多感知性：混合現實除了一般計算機技術所具有的視覺感知之外，還涉及聽覺、運動、觸覺感知等多種感知系統。沉浸感：混合現實直接在物理空間中營造虛擬與現實的交界，營造出物理空間之上的虛擬沉浸式體驗。實時交互性：混合現實技術能夠借助媒體手段進行信息的輸出，用戶接收到信息后，做出身體動作及手勢的反饋和語音的命令輸入。自主性：混合現實的自主性主要體現在，混合空間中真實物體和虛擬物體都可以成為混合現實交互過程中的交互道具。用戶可以利用真實物體對虛擬物體傳達交互指令也能夠直接操控虛擬對象，與混合空間信息進行自主的交互控制。

（二）MR技術應用于博物館導覽的優勢

參觀者在博物館進行參觀的過程中，混合現實的技術特性能夠為信息帶來直觀、可實踐和具有情緒化的傳播特點，促進參觀者形成完整的思維認知3。在博物館導覽的過程中，混合現實技術的沉浸感的情境塑造為抽象概念的表達提供了視覺化的展示形式。混合現實技術能夠在博物館的環境中將不同維度的概念以具象化的表現形式展示在參觀者面前，降低虛擬世界給體驗者帶來的不適感。混合現實技術的應用能夠彌補物理空間對于知識呈現的不足和缺點。

（三）MR導覽系統設計分析

1.基于案例的混合現實導覽系統設計

（1）導覽系統信息傳遞流程

根據認知活動的形成過程，參觀者在接收到信息時主要的處理過程有以下四步：接收概念：混合現實系統通過對知識背景的簡要介紹，將參觀者帶入虛實結合的實物參觀環節。讓參觀者在進入展館之初對展品有一定的自我理解，以便進入更深入的內容理解。形成初步理解：這個過程在進行時，混合現實系統將青銅器信息利用圖像和動畫的展示方式疊加在實物上，對展出的青銅文物進行全面的剖析，促進參觀者形成初步理解。情境體驗：在混合情境中參觀者通過語音、動作、手勢三種方式在虛擬角色的引導下，完成對青銅器陶范法鑄造過程中一個或幾個步驟的體驗。形成啟發性認知：在參觀結束后，混合現實系統對青銅器及整個青銅時代青銅器藝術的演變與發展進行講述，對展示主題進行提升。

（2）混合現實導覽應用分析

博物館應用情境分析：上海博物館青銅器館內展品分布分散，沒有明確的人流線路引導，展品介紹以文字為主，內容較少。

參觀者特征分析：歷史文物類博物館的參觀者對于博物館的主題和娛樂性的要求越來越高，希望在輕松娛樂的環境里了解博物館的知識4。

混合現實導覽內容設計：介紹青銅器分為外在紋樣、器形和內在時代背景兩個部分。案例選取的西周孝文王時期的大克鼎作為介紹對象，混合現實導覽內容主要選取其被捐贈的過程、器形、銘文、紋樣和西周青銅器鑄造過程。

（3）導覽系統交互方式設計

交互的主要目是為參觀者提供幫助和指導，以便及時獲得內容的反饋5。根據混合現實的交互特征，交互方式分為動作交互、多感官交互和界面交互三種形式6。利用AR Kit中的對象探測錨、對象掃描儀和環境探測錨實現。動作交互主要涉及參觀者通過手勢和對界面輸入指令的控制對展示內容進行選擇。

2.導覽技術開發及使用過程

技術開發過程：混合現實導覽系統的展示手段主要包含虛實結合的圖像疊加展示形式和通過虛擬空間的重現構建探索式參觀體驗。在青銅器紋樣的展示中，混合現實系統的虛實疊加的特點能夠讓紋樣在器皿上展示、剝離和拆解。對于陶范制作法的制作過程，混合現實系統所構建的青銅器鑄造廠的遺址復原能夠為參觀者帶來沉浸感強的體驗空間。

用戶使用流程：參觀者利用已安裝好博物館虛擬導覽系統移動設備對博物館內的青銅器展品進行識別和內容展示。首先用戶在首次打開程序時，需要對博物館內的場館環境進行識別，完成對于物理坐標的構建，同時調用虛擬導游。然后，用戶通過對青銅器進行二次識別，獲取參考目標對應的介紹內容。通過語音、視頻、空間重建對青銅器的器形、紋樣以及鑄造過程進行具體介紹，完成自主探索式的參觀過程。

3.混合現實導覽視覺設計

混合現實系統的界面要結合混合現實技術的特點和硬件設備進行設計。虛實結合式應用的界面設計需要針對用戶動作和視覺的引導進行設計。引導內容主要有一下幾個方面：

位置引導：通過界面內的箭頭標識、操作位置標注以及語音的引導對用戶進行位置引導。

視覺引導：視覺引導主要依靠虛擬環境中構建的虛擬導游進行具體的視覺引導。虛擬導游會通過動作、手勢以及聲音引導用戶控制手中的移動終端的位置和朝向。

操作引導：通過圖形在物理空間的疊加，減少參觀者在參觀過程中信息匹配的困難，加上虛擬導游的視覺引導，參觀者能夠將導覽系統提供的信息和真實物體結合的更好。

四、結論

在參觀中，混合現實對于參觀者在參觀時的情緒、實踐能力和認知活動的質量都有了改善。混合現實導覽系統解決一部分參觀者在知識遷移時容易出現的問題。博物館在設計導覽系統時應該更加充分的利用博物館所具備的物理環境，并結合混合現實為參觀者提供沉浸式的參觀環境，提高博物館的文化傳播效率，發揮導覽系統的最大作用。

注釋：

1.鄭奕.博物館教育活動研究[M].上海：復旦大學出版社，2015.

2.Robert L，M.Kimberly.Cognitive Psychology[M].上海：上海人民出版社，2008.

3.黃紅濤.混合現實環境中具身交互如何促進科學概念理解[J].北京：現代遠程教育研究，2018（6）：28-36.

4.呂屏.基于VR技術的虛擬博物館交互設計[J].包裝工程，2017，38（24）：137-141.

5.李小平.VR/AR教學體驗的設計與應用研究[J].北京：中國電化教育，2018，（3）：10-18.

6.黃進.混合現實中的人機交互綜述[J].北京：計算機輔助設計與圖形學學報，2016，（6）：869-880.