體感技術在博物館中的應用

張寶文，陳達銀

（長安大學 地質博物館，陜西 西安 710000）

博物館承擔著科普教育、科學研究、文化傳承和交流展示的重要功能，是人們學習休閑不可或缺的理想場所之一；而體感技術有可以擺脫鼠標、鍵盤、頭盔、手柄等外部設備控制的優勢，實現快速與計算機溝通，減少了溝通障礙的優勢，如果能將二者結合，能帶給參觀者更自由主動的參觀體驗，提高觀展趣味性。

1 體感技術在博物館中的應用

以長安大學地質博物館觀賞石廳為例，廳內每一件展品都是大自然的不朽之作，展現了大自然的神奇，它們顏色鮮艷，質地晶瑩，光澤燦爛，堅硬耐久，同時儲存稀少，是可以制作首飾等用途的天然礦物晶體，如鉆石、水晶、祖母綠、紅寶石、藍寶石和金綠寶石（變石、貓眼）等；也有少數是天然單礦物集合體，如瑪瑙、歐泊；還有少數幾種有機質材料，如琥珀、珍珠、珊瑚、煤精和象牙，也包括在廣義的寶石之內。這些色彩繽紛、造型奇特、具有很高觀賞價值的奇石，令參觀者在了解地球科學的同時，享受到自然之美。

體感技術是人們可以很直接地使用肢體動作，與周邊的裝置或環境互動，而無須使用任何復雜的控制設備，便可讓人們身臨其境地與內容做互動的一種技術。可以讓用戶更真實地遨游在游戲的海洋中。并且隨著技術的進步，體感技術還可以用在商場的服裝店，甚至用戶可以在網上隨意試穿自己喜歡的衣服。目前，國外的體感設備有Kinect、Psmove、Wii、leap motion等。在所有體感設備中，Kinect是微軟在2009年發布的XBOX360體感外設，該設備擺脫了游戲的單一操作，使人機交互的理念向前邁出了一大步。設備使3D體感攝影機和麥克風輸入為一體，能夠同時進行動作偵測、影像識別、語音收集等。隨著微軟Kinect設備的發布，各種采用Kinect設備開發的軟件及應用快速進入各行各業，其主要利用Kinect可以擺脫鼠標、鍵盤、頭盔、手柄等外部設備控制的優勢，實現快速與計算機溝通，減少了溝通障礙，而Kinect的應用也遍及各個領域，主要包括游戲領域、教育領域和醫療領域等[1-3]。這里擬在觀賞石廳布置一套體感設備，讓觀眾在參觀到該廳時，不僅可以欣賞美麗的奇石，還能在特定的空間內，利用設備的即時動態追蹤、影像識別、麥克風輸入、語音識別等功能自動檢測到人體手勢，參觀者無須佩戴類似虛擬現實技術的頭盔或者攜帶增強現實技術的手機或平板電腦等外設，就能在舉手投足間輕松地控制計算機程序，體驗變被動參觀為主動體驗的樂趣。

2 應用實例實現方法

體感設備具有4組麥克風陣列，可過濾降噪、定位生源、識別語音；有紅外投影機、顏色攝像頭、紅外攝像機等多組攝像機，能實時監測用戶的深度信息、位置信息、人臉識別、詳細姿勢和骨骼點的三維坐標信息[4]，功能十分強大，使用領域廣泛。這里僅以切水果的體感游戲案例，開發切礦石的過程并進行說明。

2.1 硬件

主要設備選擇了微軟的Kinect1.0設備，因種種客觀原因該設備早已停產，相比任天堂的Switch、Wii等體感機價格更加便宜，而且傳感器多，功能完備。

2.2 軟件

軟件采用Unity3D三維綜合游戲引擎。

2.2.1 素材準備

將礦石的原圖分割為兩部分，如圖1所示，為瑪瑙圖片，最左邊為瑪瑙原石，中間和右邊分別為原石切開后的一部分，分別命名為manao、manao_1和manao_2。其他礦石圖片類似處理，為了不顯重復，切割方向可進行適當改變，比如圖2為紫水晶及其分割圖。

圖1 瑪瑙及其分割圖

圖2 紫水晶及其分割圖

2.2.2 體感技術實現

將Kinect連接到計算機上；在官網上下載Kinect for Windows SDK 2.0并安裝；下載kinect for unity的插件并安裝。給主攝像機上添加Kinect Manager腳本，勾選Display User Map顯示用戶圖、Show Tracked User Only僅顯示被跟蹤的用戶、Detect Closest User檢測最靠近的玩家、Ignore Inferred Joints忽略關節；設置Player Calibration Pose激活程序的動作為Tpose（伸直雙臂至身體兩側，與肩平行，擺成個T子型），Player Common Gestures用戶常用手勢為2個，分別為Swipe Right和Swipe Left，向左揮手和向右揮手，Gesture Manager動作管理為腳本。添加事件系統EventSystem，給其添加Standalone Input Module獨立輸入模塊。

設置開始界面如圖3所示。當手點擊左邊按鈕時，羊脂玉先上拋然后下落；點擊右邊按鈕時，炸彈直接下落，代碼如下：

圖3 開始界面

游戲界面如圖4所示，從邊界底部隨機位置拋出一塊礦石，比如畫中的螢石，升到頂部之前落下，若三次沒有切中，則游戲結束。獲取人的手部坐標，并轉化為二維屏幕坐標；當手是打開狀態并觸摸到炸彈時，會失去一條生命；當手的狀態是打開狀態并觸摸到礦石時，會增加一分，礦石變為兩半圖片并裂開掉落，同時從底部拋出新的礦石，代碼如下：

圖4 游戲界面

如果礦石出界了，重新生成礦石：

劈開礦石，即生成左右兩半礦石：

newStoneInit (rightStone,true);}

2.2.3 操作演示

將軟件打包以exe格式發布，連接Kinect體感傳感器，在計算機上運行，開始界面如圖5所示，最外圍藍黃相接的是程序默認天空盒，棕色圖片為程序背景，半透明的淺色圖片為用戶視圖，手形圖標是控制鼠標，當識別到人的手部時，會跟隨手的移動及動作進行變化；左下角白色羊脂玉為開始圖標，裝飾有一圈彩色圓環，當人握拳按下時, 羊脂玉先上拋然后下落然后切換到游戲界面；右下角的炸彈為結束圖標，裝飾有一圈白色圓環，當人握拳按下時，炸彈直接下落并結束程序。游戲界面如圖6所示，有礦石或炸彈開始彈出，圖中為人切中礦石瑪瑙后，瑪瑙被劈成兩半，同時彈出新的礦石孔雀石的景象。（注：照片拍攝時，一人操作，一人拍攝，因礦石運動較快，計算機程序刷新頻率比手機頻率快，故照片拍出的影像有虛影，實際操作中虛影是人肉眼看不到的。）

圖5 運行開始界面

圖6 切割礦石

3 結束語

雖然Kinect已停產，但原因并不是它的功能不夠強大，而是微軟認為Kinect不能為其帶來更多的收益，因為Kinect開發成功后微軟并未能出售大量的基于Kinect的游戲。但它依然是優秀的體感設備，能夠對創意實驗、文化發展、技術進步等提供支持，用在高校博物館中，讓人們在嚴肅的參觀學習之余，也能主動參與到博物館展覽中來親身體驗，提高參觀學習興趣，寓教于樂，更好地輔助發揮博物館的文化教育作用。■