虛擬現(xiàn)實技術(shù)在航空類博物館設(shè)計中的應(yīng)用

陳浩

【摘? 要】 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在航空類博物館設(shè)計中具有能夠提高吸引力和互動性、提高博物館教育水平和教學(xué)效果、提供更深入的航空體驗等優(yōu)勢，但要想切實發(fā)揮出這些優(yōu)勢，需要采用虛擬現(xiàn)實游戲化體驗、虛擬現(xiàn)實展覽與互動、虛擬現(xiàn)實航空類博物館教育等策略予以支持，進而創(chuàng)造出更先進、更具體驗性的航空類博物館。

【關(guān)鍵詞】 虛擬現(xiàn)實技術(shù)；航空類博物館；博物館設(shè)計

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種能夠模擬并創(chuàng)造虛擬環(huán)境的技術(shù)，該技術(shù)依托專門的設(shè)備設(shè)施讓用戶沉浸在虛擬世界中，并能與虛擬世界內(nèi)的事物形成交互關(guān)系，其核心設(shè)備是頭戴式顯示器，這是一種佩戴在頭部的設(shè)備，可將虛擬環(huán)境投影到用戶視野中，該設(shè)備通常由屏幕、傳感器和輸入設(shè)備組成，能夠?qū)崿F(xiàn)沉浸式的觀看和交互體驗。除頭戴式顯示器外，手柄和跟蹤器等輔助設(shè)備也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的重要組成，這些設(shè)備可以追蹤用戶的手部和身體動作，并將其轉(zhuǎn)化為虛擬世界中的交互操作，例如，用戶可以通過手柄來拿取虛擬世界中的物品，或者通過身體動作來進行跳躍、奔跑等動作。目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用在多個領(lǐng)域，如游戲、教育、醫(yī)療等，其潛力和影響力已經(jīng)被廣泛認可。其中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在游戲領(lǐng)域的應(yīng)用是最為普遍的，能夠為游戲玩家提供更加真實、身臨其境的體驗，讓他們感覺自己置身于游戲世界中。此外，隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)療、教育等領(lǐng)域也逐漸開始引入和應(yīng)用這項技術(shù)，如教育領(lǐng)域依托該技術(shù)開發(fā)出虛擬現(xiàn)實教學(xué)模式，該模式可以為學(xué)生提供更具體驗性的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生查資料、學(xué)習(xí)知識等更為便捷，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在航空類博物館設(shè)計中的優(yōu)勢

（一）增加吸引力和互動性

在航空類博物館設(shè)計中，引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以為參觀者帶來全新體驗，增加博物館的吸引力和互動性。例如，航空類博物館會展示各種飛行器和飛行設(shè)備，如果參觀者只能觀看而不能體驗，會極大地削弱參觀者的參觀興趣，而依托虛擬現(xiàn)實技術(shù)，參觀者便有機會轉(zhuǎn)換身份，成為一名置身于駕駛艙中的飛行員，他們可以操縱飛機完成各種動作，親身感受飛行的刺激和暢快，進而釋放內(nèi)心對飛行的熱情。除了體驗飛行外，參觀者還能在互動中充分發(fā)揮其自主性，例如，在航空博物館舉辦的航空教育活動中，參觀者無需按部就班聽取講解者“滔滔不絕”，而是能在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的幫助下，獨自擁有接受教育空間，并基于自身興趣和知識掌握程度去選擇教育內(nèi)容，同時還可以在需要答疑解惑或者交流互動時進入到互動空間，與博物館專業(yè)教師和其他參觀者進行交流溝通。此外，豐富展示方式也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的重要功能，例如，航空類博物館中的很多展品是靜態(tài)陳列，參觀者只能通過標簽或者展示板進行了解，而借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，展品呈現(xiàn)可進行實時三維展示，將飛機模型、發(fā)動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)等展示為立體的虛擬物體，進而讓參觀者可通過不同角度和距離來觀看，進而更好地了解飛行器的內(nèi)部構(gòu)造和工作原理。

（二）提供更深入的航空體驗

虛擬現(xiàn)實技術(shù)能為參觀者帶來沉浸式的體驗，使他們有機會親身感受飛行過程，并能重回航空歷史的各個場景中，更深入地了解航空的發(fā)展歷史和重要里程碑。例如，可以用虛擬現(xiàn)實技術(shù)呈現(xiàn)萊特兄弟制造的第一架飛機，并讓參觀者以試飛者的身份去操縱，進而使參與者深刻體會萊特兄弟的勇氣和熱情。一般航空博物館是以展覽和教育為入手點來設(shè)計相關(guān)展示項目，而在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的支持下，可以增加更多切入點，例如，建立飛行訓(xùn)練模塊可以不再是簡單地讓參觀者體驗飛行過程，而是可以以訓(xùn)練為目標，使參觀者真實體驗飛行員接受訓(xùn)練的過程，感受正式飛行員需要經(jīng)受的挑戰(zhàn)和壓力。個性化定制是航空博物館提供更深入航空體驗的重要途徑，為此，設(shè)計人員可依托虛擬現(xiàn)實技術(shù)為參觀者提供個性化的內(nèi)容，例如，部分人對航空歷史感興趣，那么就可以在虛擬空間中增加歷史類內(nèi)容；部分人對技術(shù)細節(jié)感興趣，那么就要引入技術(shù)操作、技術(shù)原理等內(nèi)容。

（三）提高博物館教育水平和教學(xué)效果

航空博物館具有一定的教育職能，而想要落實這一職能，需要不斷優(yōu)化教育內(nèi)容和教育方式。首先，傳統(tǒng)的航空類博物館往往是借助展品、文字和圖片來傳遞知識，參觀者只能被動觀看，而在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的加持下，參觀者可由被動向主動轉(zhuǎn)化，例如，參觀者可直接體驗飛行過程，這可以激發(fā)參觀者的興趣，進而使其主動參與到學(xué)習(xí)中。同時，參觀者的自主探索也能得到支持。其次，虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠突破時間和空間的限制，將教育過程置于更廣闊的空間內(nèi)，例如，在介紹航空歷史時，選擇航空實驗室或飛行訓(xùn)練場能夠營造氛圍，但航空歷史有上百年時間，如果將教育地點固定，會影響參觀者的學(xué)習(xí)效果，而在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的支持下，參觀者可以親身經(jīng)歷每一個歷史事件，這樣不僅能夠突破空間限制，將博物館帶到參觀者身邊，還能夠讓參觀者身臨其境地了解航空歷史。此外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還能使教學(xué)方式得到豐富。在航空類博物館中，口頭講解通常是講解員的常用教學(xué)方式，而利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以設(shè)計互動性更強的教學(xué)模塊，如模擬飛行操縱、飛行器拆裝等，讓參觀者親身參與其中，通過視覺、聽覺和觸覺等多個感官去學(xué)習(xí)和體驗，進而增強學(xué)習(xí)效果。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在航空類博物館設(shè)計中的應(yīng)用策略

（一）虛擬現(xiàn)實游戲化體驗

1. 制作逼真的飛行模擬器

要制作逼真的飛行模擬器，可以采取以下策略和步驟：第一步是確定目標和需求。了解航空類博物館的主題和展品，明確游戲化體驗的目標和需求，為飛行模擬器的設(shè)計提供指導(dǎo)；第二步是收集相關(guān)資料和數(shù)據(jù)。研究不同類型的飛行器、航空器件和航空歷史，了解其特點、性能和操作方式，并收集飛行器的飛行數(shù)據(jù)、圖像和視頻資料，以及航空歷史相關(guān)的資料和圖片；第三步是設(shè)計虛擬飛行器的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。根據(jù)收集資料，繪制飛行器的外觀圖，包括機翼、機身、尾翼等部分的形狀和比例，同時要考慮內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括駕駛艙和儀器面板的布局和設(shè)計；第四步是編寫飛行模擬器的程序代碼。使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)平臺編寫飛行模擬器程序代碼，并根據(jù)飛行器的特點和性能，模擬其飛行動力系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)和其他相關(guān)系統(tǒng)的運行和響應(yīng)；第五步是制作逼真的飛行場景和視覺效果。根據(jù)航空歷史和地理環(huán)境，繪制飛行場景，包括起飛點、目的地、飛行路徑等，還要添加逼真的天氣效果，如陽光、云層、風(fēng)等，增加游戲體驗的真實感；第六步是開發(fā)飛行模擬器的交互功能。設(shè)計駕駛艙的控制面板和手柄，使玩家能夠操縱飛行器的姿態(tài)、速度、方向等，并提供適當反饋，如震動、聲音和光線變化，增強玩家的參與感和沉浸感；第七步是測試和優(yōu)化飛行模擬器。進行多次測試，驗證飛行模擬器的表現(xiàn)和可靠性，而后根據(jù)測試結(jié)果優(yōu)化程序代碼，追求更好的視覺效果和交互功能，確保模擬器能夠提供逼真的飛行體驗。

2. 提供虛擬飛行體驗

虛擬飛行體驗旨在通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬真實飛行過程，使參觀者能夠身臨其境地感受飛行的刺激和樂趣。而要想提供更好的虛擬飛行體驗，設(shè)計者要基于不同類型的飛機構(gòu)思設(shè)計策略，如戰(zhàn)斗機、直升機、客機等，以滿足不同參觀者的飛行體驗需求。在機型確定的大框架下，設(shè)計者需要選擇相對應(yīng)的VR設(shè)備，如VR頭盔、手柄等，確保參觀者獲得更逼真的駕駛感受。同時，為增強虛擬飛行的樂趣和挑戰(zhàn)性，博物館可設(shè)計一系列任務(wù)關(guān)卡，如穿越惡劣天氣、執(zhí)行特殊任務(wù)等，這樣的游戲元素可以激發(fā)參觀者的興趣和參與度，使虛擬飛行更具有互動性和可玩性。除此之外，為提供更細致的虛擬飛行體驗，博物館可以通過聲音、震動和風(fēng)力等技術(shù)手段增強參觀者的感官體驗，例如，在飛行器起飛和著陸時，通過模擬座艙內(nèi)的震動和聲音，使參觀者可以直接感受飛行的震撼和沖力，也可通過模擬風(fēng)力和空氣流動，讓參觀者感受到飛行中自然環(huán)境的變化。

（二）虛擬現(xiàn)實展覽與互動

1. 使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)展示航空歷史

在航空類博物館設(shè)計中，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)打造航空歷史展示平臺，可以創(chuàng)新互動參觀方式，幫助參觀者更好地理解航空歷史。具體可以從兩方面入手：一方面是基于歷史事件創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的環(huán)境與氛圍，以便參觀者深入其中體會歷史事件發(fā)生的背景，也能轉(zhuǎn)化為主人公角色，去參與歷史事件發(fā)生的每一個環(huán)節(jié)；另一方面是塑造沉浸式敘事性內(nèi)容，如可在虛擬空間中引入故事內(nèi)容，以“娓娓道來”的方式讓參觀者體驗環(huán)境氛圍，并通過傾聽，學(xué)習(xí)相關(guān)知識。

2. 設(shè)計互動游戲

通過參與互動游戲，能夠使參觀者打開心扉，使其受到更深層次的教育。依托虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作的游戲內(nèi)容更具沉浸性，參觀者不僅能深度參與，還能在互動中獲得良好體驗。例如，參與飛行模擬游戲時，參觀者能親身感受到飛行的刺激和挑戰(zhàn)，而在刺激之余，參觀者逐漸會獲得對飛行器控制、操縱以及飛行原理的更深入認識。而互動游戲要想發(fā)揮作用，不僅要有趣還要具有挑戰(zhàn)性。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可打造有挑戰(zhàn)性的關(guān)卡，例如，要求參觀者在有限時間完成某機械的組裝，可以先進行圖片式的拼接，讓參觀者了解基本原理和組裝步驟，而后進入到“真實”的組裝場景中，要求參觀者按照組裝步驟去實施每個程序。“真實”組裝過程和理論知識是有差異的，通過這種活動能鍛煉參觀者由理論到實踐的轉(zhuǎn)化能力，在這一過程中，參觀者可以邀請其他人合作，共同完成組裝任務(wù)

（三）虛擬現(xiàn)實航空類博物館教育

1. 創(chuàng)造沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境

依托虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)造沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，可以為航空博物館發(fā)揮教育職能提供有力支持。首先是通過精細模擬和建模，再現(xiàn)真實的航空場景，將不同年代的飛機、機場和飛行器等展現(xiàn)給參觀者，讓他們目睹歷史上的飛行場景，進而深入了解航空發(fā)展的歷程；其次是結(jié)合互動體驗優(yōu)化操作界面，例如加入互動元素，如手勢識別、體感技術(shù)和虛擬操作界面等，使參觀者能主動參與到航空學(xué)習(xí)中，并能基于自身需求獲取相應(yīng)內(nèi)容。沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)離不開視覺與聽覺感受，為此，可利用多媒體技術(shù)打造引人入勝的故事，并搭配音頻、視頻、圖像等元素使得故事內(nèi)容更為引人注目。

2. 為觀眾提供多樣化的學(xué)習(xí)資源

航空博物館是人們深入了解航空歷史和技術(shù)發(fā)展的重要場所，而依托虛擬現(xiàn)實技術(shù)，航空博物館能夠向參觀者提供多樣化學(xué)習(xí)資源，讓觀眾獲得更豐富、更深入的教育體驗，以及更高的教育效果。一是飛機技術(shù)原理資源。飛機技術(shù)原理是復(fù)雜的，而在虛擬現(xiàn)實技術(shù)支持下，這些原理能以直觀可見與可操控的模式進行呈現(xiàn)，進而讓觀眾獲得更深入理解，對飛機原理更好掌握。二是飛機訓(xùn)練學(xué)習(xí)資源。很多參觀者都有“飛行夢”，并且不只是簡單地上天體驗飛行過程，還要真正學(xué)會開飛機。這類資源可為參觀者學(xué)習(xí)飛機駕駛技術(shù)提供幫助，而且依托虛擬現(xiàn)實技術(shù)，參觀者不只是學(xué)習(xí)理論內(nèi)容，還能進入虛擬機艙中去觸摸操作桿，并按照理論內(nèi)容學(xué)習(xí)操作技術(shù)。三是航空歷史和文化學(xué)習(xí)資源。這類資源是以呈現(xiàn)航空歷史發(fā)展和當前發(fā)展成果為目標，依托虛擬現(xiàn)實技術(shù)航空博物館可以創(chuàng)建虛擬歷史場景，讓觀眾穿越時空、了解航空歷史的重要事件和人物，讓觀眾進入包括飛行器、發(fā)動機和裝備在內(nèi)的航空展區(qū)，并在虛擬環(huán)境中觀看飛機的演進過程和重要的航空里程碑。同時，這類學(xué)習(xí)資源還能在國家對比上下功夫，讓參觀者能夠了解不同國家的航空文化和飛行傳統(tǒng)，進而拓寬自己的視野和知識廣度。

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