低耦合的多媒體交互裝置設計與管理方法

摘要：隨著計算機軟硬件的發展，交互多媒體展示手段也在不斷提升，交互裝置的多樣化，讓展覽展示項目中多媒體創意的發揮空間越來越大，創意內容的升級又對交互裝置依賴度越來越高，相應地使得大型交互多媒體項目中的設備管理越來越復雜。本文針對各類展覽展示項目，站在綜合系統集成的角度，提出低耦合的多媒體交互裝置設計和系統開發理念，希望為展覽展示行業的跨界集成管理提供一種可借鑒的模式和經驗。

關鍵詞：低耦合 交互多媒體 交互裝置 系統集成 系統開發

Design and Management Method of Low Coupling Multimedia Interactive Device

WANG Hongwei

（Beijing Cangfeng Technology Co.， Ltd.， Beijing， 100120 China）

Abstract：With the development of software and hardware， means of interactive multimedia? are also constantly improving. The diversification of interactive devices makes more space for multimedia creativity in exhibition projects， and the upgrading of creative content depends more and more on interactive devices. Accordingly， the equipment management in large-scale interactive multimedia projects becomes more and more complex. Aiming at various exhibition projects， this paper puts forward the design concept of low coupling multimedia interactive device? design and system development from the perspective of comprehensive system integration， hoping to provide a reference model and experience for the cross-border integrated management of exhibition industry.

Key Words：Low coupling; Interactive multimedia; Interactive devices; System integration; System development

在展覽展示的交互多媒體項目集成中，項目管理團隊常常面臨內容制作，交互軟件開發，基于環境的音視頻終端設備的選型，音頻處理，視頻采集、傳輸、拼接融合等處理設備的選型，以及集控管理等多種工作，最終完成完整的項目落地。

交互多媒體系統集成并不是簡單的產品組合，很多情況下，構成方案的軟件、硬件、內容會來自不同的團隊，這就需要項目經理有很好的跨界理解度，以便進行分項制作或分包的把控。目前，行業內對各個產品，尤其是從內容制作到開發層面和硬件集成都具有理解力的項目經理非常稀少，時常會出現項目在落地時終端設備與環境的不適配、硬件與軟件的不適配、內容分辨率與環境比例的不適配、經過傳輸設備和處理設備后的音視頻出現異常等情況，影響最終展項的效果。

1 集成任務分解需求

一些成熟的大型集成公司，除了有著多年項目管理經驗的團隊之外，還有著長期穩定的產品供應鏈和分包團隊，甚至企業內有內容制作、軟件開發等多個部門，多種軟硬件的配合形成了一定的模式，這樣在一定程度上可以降低項目落地后出現問題的概率。

對于一些中小型的集成公司，團隊人員更迭或者甲方需求多變的時候，一個好的任務分解和方案供應管理方法可以很好地提升協作效率，避免扯皮，從而提升項目落地的把控能力，降低風險[1]。

高內聚低耦合，本來是軟件工程中的概念，是判斷軟件設計好壞的標準，通常程序結構中各模塊的內聚程度越高，模塊間的耦合程度就越低。本文提出了系統集成中的低耦合設計與管理思路，并認為交互多媒體系統集成也適用于此原理，系統的各個分解模塊只有低耦合設計，才能使得項目團隊更好地協作共生。

本文針對交互多媒體項目中常見的交互裝置的管理，以及相關裝置和軟件、內容、傳輸及終端音視頻設備的配合模式，提出低耦合的開發和管理的理念，用于指導項目分解的模式，以期提升行業的細化分工和促進多團隊的有效協作。

2 常見的交互裝置

2.1常見的交互裝置

近年來，多媒體展覽展示越來越向著沉浸式交互和創意交互方向發展，多種社交媒體的出現也大大提升了大眾對于交互多媒體的認知，各地文化展館、文旅小鎮的交互多媒體展項層出不窮[2]。大型展覽中的多媒體交互不再像桌面小游戲一樣，通過鼠標鍵盤的操作進行交互，而是更多地借由融入外部環境的定制化裝置中。

無論內容創意多么玄妙，裝置外觀多么奇特，交互手段對影像的影響多么巨大，目前，交互多媒體行業的經常用到的比較成熟的交互裝置，按照技術實現方式基本上分為以下幾類[3]。

（1）觸覺反饋裝置類。

（2）力覺反饋裝置類。

（3）位置、溫度、濕度等傳感器類。

（4）圖像、語音識別類。

（5）數據手套、數據衣等空間姿態捕捉類。

不同類別的交互裝置的表現形式，可能會以獨立的產品出現，也可能會以組件的方式進入其他系統中，通過不同類型的環境結構進行固定、安裝和布線連接。在交互多媒體項目的實踐中，交互裝置可以獨立存在，也可以由開發方與現有管理系統進行對接或嵌入開發。交互裝置能否獨立存在，取決于該交互器件與開發的耦合屬性的強弱，進而決定了項目管理過程中分包拆分管理的可能性。

2.2 低耦合屬性分析

以上所述的各種設備，并非都具有低耦合的天然基因。在項目分解時，針對上述設備的軟件交付，有些必須完全由開發方打包在一起進行開發，甚至要進行現場軟硬件聯調，才可以實現功能。低耦合屬性比較明顯的是通斷類設備，模擬量傳感器類設備，以及實現了數據封裝，具有操作系統底層驅動的設備。

觸摸框是一種典型的低耦合屬性的設備，一般此類設備就像鼠標鍵盤一樣，通過USB連接到操作系統后，即可實現基于操作系統的全屏觸摸，所有的程序運行時也可以調用觸摸響應。一部分手柄也做到了標準化匹配，通過面板初始化后，可以適配大多數程序。

還有一種典型的低耦合屬性的裝置是開關類設備，如按鈕觸發，通過觸點接觸實現0-1或1-0的跳變，向軟件通告狀態改變。重力感應觸發的音樂地磚也是如此，傳統的重力感應地磚踩踏后亮起或播放音樂，在和交互軟件對接時，還可以同時觸發軟件中的場景變化。

其他類別的設備耦合屬性和擬調用的模式有關，如旋鈕觸發，既可以是模擬量，也可以是開關量，實時驅動場景變化時，多媒體內容會隨著模擬量的實時采集數值，按照某種規則轉化成為連續數據，影響場景變化。若旋鈕作為時間驅動，可以引起三維場景中的光照連續變化。此時，開發者需要連接到裝置進行開發調試才能更好地完成交付。

當旋鈕作為開關量時，僅需要設定閾值后，對外輸出信號跳轉即可，類似于單按鈕觸發，此時耦合性比較低，開發者只需要從外接指定端口獲取一個跳變的數值即可。

聲音觸發中，簡單的聲音傳感器一般是識別音量，音量是開關量，高于閾值則觸發輸出，樓宇走廊的聲控燈采用的就是類似機理。

提前建立問答庫的語音識別模塊也是開關量，基于公有云的語義識別，雖然在開發時較為復雜，但往往在交互多媒體結合時也是轉化為特定場景的驅動，這兩種都相當于以模式識別為目標的多開關量的管理，類似于多按鈕觸發。

凡是可以類似于開關量的觸發，都是低耦合屬性較強的裝置，完全可以實現裝置管理和軟件開發的分離。

凡是需要通過實時數據和軟件進行交互的裝置，低耦合屬性就會較差。

例如，數據手套對于模擬抓取程序的開發（見圖1），由于所呈現影像的渲染需要數據手套的實時數據，數據手套與開發方捆綁度很高，一般由一個團隊完成。數據衣驅動實時骨骼動畫也是如此，此類裝置的低耦合條件較差。

在某種需求條件下，此類低耦合條件較差的裝置也可以進行低耦合設計，此類需求往往不需要實時數據（見圖2），而是需要模式型數據（見圖3）。

例如，Leapmotion（手勢互動模塊）在進行切換控制時，可以將左、右揮手，上、下揮手，部分手勢姿態模式化，封裝成為模式序號輸出，就可以作為獨立的接口狀態的模組出現，對接到不同種類的軟件響應。此時，多模式輸出的設計類似于多個按鈕開關量的組合管理[4-5]。

綜上所述，需要實時驅動內容的交互裝置低耦合設計屬性較差，而當此類設備的信號轉變為模式識別是，便具備了低耦合屬性的開發條件。

3 交互裝置的IO管理模式

3.1 傳統的中控管理方式

展覽展示項目中，中控系統使用率較高，純硬件式中控管理一般會有一個中控主機，是控制系統的核心，所有的外設通過有線（網線或其他總線）或無線連接完成硬件連接，通過中控程序部署，管理所有的二級設備和終端設備，完成整個系統的開啟和關閉、系統的模式切換管理、內容選擇、環境燈光以及窗簾外設的控制等。

此類系統的優勢是系統穩定，上電即用，適合設備空間分布較廣，種類和數量較多的環境，缺點是布線復雜，主要面向設備通信，與創意內容的交互結合不便。

在一些簡單的控制環境中，中控系統會通過單一的定制化程序實現，行業通常稱之為軟中控，一般是系統復雜度不高，各個受管理設備都可以通過網絡通信實現響應，一個與所有受控設備處于同一網絡中的平板電腦，內嵌一個軟件中控程序，就可以實現整個系統的開啟關閉、模式切換等便捷的管理。

此類系統的優勢是開發靈活，可以對接到內容管理，缺點是由于需要基于操作系統設計，會受到操作系統及運行環境穩定度的影響，在超大視頻類的光影展示項目中，涉及多機渲染和多畫面融合播控的場合，依然是此類系統為主，重要場合會有多機備份。

以上中控系統均可以實現部分通斷類信號的收集和轉發，但是硬件中控系統與軟件開發的連接能力較差，軟中控的實現靈活度會較高，可以用于簡單交互設備信號的獲取和轉發。

3.2 項目協作中的交互裝置管理模式

3.2.1交互裝置管理模塊的引入

可采用通用模塊實現獨立的裝置數據讀取和轉化的管理，如小型PC工控機，或者ARM類主機。如基于Arduino的模塊（見圖4），可以實現多種數字量和模擬量的監測，通過代碼實現定義和輸出，硬件方式USB線纜連接到軟件主機即可。軟件開發者只需要了解如何初始化設備，從串口設備獲取的字段對應何種信息，驅動內容的變化即可[6]。

在此類場景中，外設傳感器可以和一些開發板形成套裝，進行監測數據的標準化輸出，實現第三方軟件開發者的讀取，而不需要涉及交互硬件裝置的細節。

3.2.2軟件開發與交互裝置的通信

對于低耦合的裝置，由于有了獨立管理服務單元的存在，軟件開發只需要進行網絡或者串口初始化，讀取裝置的數據輸出，并按照雙方定義好的數據轉化為對應的驅動數據，進行內容的管理即可。

3.2.3傳輸模式管理方式

網絡、串口均可，對于多設備的通信管理，建議采用網絡方式進行，目前展館類項目中，設備之間采用有線連接的方式較多，控制平板可以采用無線入網的方式。

3.2.4交互裝置與服務器及音視頻系統的關系

在低耦合設計的思路下，最終多媒體項目中，各個組成部分的連接如圖5所示。

對于大空間、多展項的應用，最外部依然是依靠傳統的中控系統，來完成整個系統的管理。

3.2.5獨立制作內容在軟件中的配合處理方式

對于場景的控制，如果三維場景的模型需要根據交互數據發生變化，但管理模塊一般經過整理后輸出的是固定模式的數據，需要進行第二次整理和優化，以實現模型的聯動。二維場景制作時的內容分層制作變得更加重要（見圖6），分層制作，有利于內容的獨立分包，而不需要各個制作團隊完全了解軟件的實際需求，降低溝通成本[7]。

在此思路下，內容制作時，固定背景按照時長和分辨率等要求進行輸出即可，互動元素可以采用序列幀的方式進行輸出，由軟件進行圖元在場景中的進入、退出和運動控制。這需要軟件方對內容進行合理分組，從而在軟件嵌入的內容制作管理上，實現了低耦合設計。

3.2.6針對環境適配的設計取舍

對于低耦合的設計來說，地面互動，應該實現互動軟件和觸摸驅動的分離，最佳模式是多點互動識別在系統層完成，即桌面驅動實現多點捕捉，而與軟件無關，任何團隊開發的軟件全屏顯示，即可實現在裝置上的全局互動。

對于有拖拽、縮放等要求精度比較高的墻面互動，可采用紅外框進行觸摸設置，對于精度要求不高的互動可采用雷達類設備，此類設備基本都具有桌面驅動甚至Windows免驅。還有一種攝像頭方式，墻面互動也可以采用，但是此方式一般要求開發方了解裝置，進行統一的開發和調試。

近年來，一些景點人流量大的地面互動需求越來越多，對于此類項目，需要考慮避免裝置的損壞，因此這些場景的地面互動或者使用地磚LED屏（內置傳感器），或者采用攝像頭的方式，高處安裝攝像頭，才能有效地避免設備損壞。所以室外基本上都會盡量避免在地表安裝互動裝置，而有運營管理的室內展館，地面墻角的安裝方式也是較為常見的。

4? 低耦合系統設計趨勢與展望

近年來，展覽展示系統集成發展過程中，交互多媒體的實現手段越來越多，項目從相對獨立的軟件集成、硬件集成，逐漸過渡到了以創意為先的軟硬件融合設計和落地。

在行業實踐中，需求方越來越傾向于短鏈合作，承接項目總包管理的團隊也逐漸過渡到首先具有某一方向專業技能的團隊，比如專業內容創作團隊、空間裝飾裝潢團隊、顯示硬件團隊、軟件開發團隊，他們都面臨著從供應商到總包的轉換嘗試，而出于商業保護的目的，不同團隊的技術融合和對接的模式發展極為緩慢。各自為戰的集成等同于模塊的強行捏合，導致很多項目經理只能成為終端需求與分包協作團隊的傳話筒，無法有效地把關各個輸出，也無法對最終結果負責。

本文提出的低耦合項目設計和管理思路，是第一次被引入多媒體交互項目中，僅從交互裝置和其他模塊的配合方向進行了展開說明，并未對其他系統間關聯進行說明。實際上，在處理系統、傳輸系統與終端設備的設計，控制系統與不同系統的協作中都可以采用低耦合的設計思路進行任務分解和設計落地。理解低耦合的項目設計和管理思想，可以有效地降低項目管理的門檻，整合團隊的核心競爭力，促進行業細分，推動所見即所得的項目落地，提升甲方的項目滿意度。

相信隨著行業的發展，行業內各個方向團隊的專業度越來越高，產品和方案的范圍也會越來越多地考慮到生態協作，考慮到接口通信、數據模式定義等輸入輸出的適配度，從而推動行業從方案設計端到開發端的全面升級。

5? 結語

本文推出了交互多媒體項目方案設計與管理中的低耦合管理思路，并重點針對交互裝置的設計與管理進行闡述，以點帶面，對整個交互多媒體項目的管理思想進行了規范化引導，促進分包與協作，提升專業團隊的精細化運作，讓高大上的交互多媒體項目從設計到落地，真正地實現所見即所得，以更高的性價比服務于各行各業。

參考文獻

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作者簡介：王宏煒（1981—），男，碩士，工程師，研究方向為交互多媒體、VR、AR、5G應用。