面向新冠疫情防控科普宣傳的交互裝置設計研究

計鑒洋，王征

面向新冠疫情防控科普宣傳的交互裝置設計研究

計鑒洋，王征

（北京交通大學 建筑與藝術學院，北京 100091）

為進一步化解當前疫情防控中人們易于產生的焦慮情緒及遏制謠言傳播，進行面向疫情防控科普宣傳的交互裝置設計，以此增強防疫科普的多維度體驗感和情感交互性，提高受眾學習的內驅力和對疫情防控的正向關注。以“裝置”為表達媒介作為防疫科普宣傳的重要手段，探索了影像裝置藝術與科普教育相融合的發展趨勢，并分析了超聲波測距傳感器在觸控交互界面設計中的應用，實現了“病·口”為題的新冠疫情防控科普裝置設計探索，據此開展了疫情防控科普教育影像的交互展示。建立了防疫科普影像裝置系統，為大眾開展防疫科學教育提供交互式學習手段，使受眾感受到防疫科普宣傳的新穎性，構建起防疫、科普、藝術的有機聯系，為宣傳防疫知識和開展防疫科普教育提供借鑒。

防疫科普裝置；超聲波測距傳感器；交互影像

復雜多元的防疫知識體系給防疫科普學習增加了額外壓力，設計應參與進來能夠提供一定的解決方案。新媒體裝置藝術是科技與藝術結合的產物，在空間建構和審美表現方面有更豐富的呈現，是可以“智能化、人性化、實用化”為核心，使用視頻、影像、全息投影、VR/AR、3D打印等多種媒介，將視聽等感官疊加，創造出有限空間內無限延伸和對現實的多元融合的防疫科普空間[1]。人們可以通過視覺、聽覺、觸覺、肢體運動等感知與互動方式對作品進行參與及信息傳播[2]。新媒體裝置藝術兼具純藝術和媒介傳播的雙重特性，有益于裝置藝術與科普教育的融合，推動新時代科普教育朝著更加立體的傳播模式發展，而針對科普教育領域，采用裝置藝術實現跨領域的展現將成為未來的發展趨勢。楊棄[3]提出了在兒童科普展廳的展示設計中，應用體驗式情境設計方法，突出設計的教育性、互動性。楊健等[4]將《化學元素周期表》科普展項與交互體驗相結合，設計出包括知識內容、視覺元素、布局、互動形式的情感化交互界面，有益于青少年科普教育。陳德康[5]針對氣象科普視頻傳播中所暴露的問題，以劇情沉浸式體驗和實時互動問答兩種互動氣象科普視頻課件為案例，全面介紹其制作方法與技巧，為氣象科普視頻從“好看”向“好玩”“好用”轉變。張樹鵬等[6]以火箭科普知識學習為例，研究增強現實虛實交互方式在科普知識學習中的有效性及合理性。羅亦鳴等[7]通過用戶調查及對傳統和現代科普展陳進行對比與分析，挖掘用戶需求和科普展陳的特點，探索了科普類展陳中的實體交互設計方法?？梢?，新媒體裝置技術及相關交互技術能夠為用戶提供沉浸感較強的互動空間，幫助用戶建立更為專業的知識傳遞系統。

為進一步拓寬疫情知識科普形式，高質量傳播疫情防控知識，滿足公眾對新冠肺炎相關防疫知識和心理的需求，提高公眾自我保護意識和化解社會焦慮，助推抗疫工作取得全面勝利具有十分重要的現實意義。以新冠肺炎疫情防控為切入點，在進行疫情防控科普供需分析的基礎上，總結了交互裝置在防疫科普中的設計規律，并開展了“病·口”裝置設計實踐，嘗試將裝置藝術應用于疫情防控科普宣傳教育之中，應用Arduino主板和Processing編序語言設計一個集影像、聲音、疫情信息、交互界面、裝置控制于一體的新冠肺炎防控知識宣傳新媒體影像科普裝置。

1 疫情防控科普的供需分析

一是線下空間的科普宣傳具有不可替代性。在互聯網技術支持下的線上科普發展迅速，能夠突破時空限制，運用網絡手段進行科普宣傳。而線下的優點是通過現實的交流互動，加強了用戶學習過程和學習時長，提高學習的高效和有效性。因此，線下科普宣傳仍具有不可替代的功能。而隨著疫情常態化逐漸恢復正常的生產生活，線下的防疫科普教育就越顯得必要和重要。交互的學習行為、實際參與的學習過程才是用戶對防疫知識更有記憶點和學習熱情的主要途徑。因此，提升線下防疫科普的展示效果、優化展示途徑尤為重要。

二是符合當下疫情常態化的科普教育需要，使其更具人性化。面對公眾對新冠疫情科普的接受逐漸進入疲態的現狀，防疫科普的開展面臨較大挑戰，超過八成的公眾對新冠疫情應急科普知識有著迫切需求[8]，從疫情防控科普的受眾方角度考慮，采用更具新意、與時俱進的方式進行防疫宣傳尤為重要。從新冠疫情的科學傳播實際情況來看，存在信息單向發布導致信息供求不對稱，公眾參與不足、科普內容或形式缺乏和無效等問題，公眾完全處于被動，信息單向流動，無法形成區域連鎖擴散，傳播效果不佳[9]。因此，針對傳統線下科普教育交流方式過于單一的現狀，科普教育應積極提供雙向“交互體驗”式學習途徑。

2 交互技術在科普展示空間中的設計理念

交互技術支撐的科普教育展示，其核心在“交互”，在公共空間的交互設計應滿足4個基本前提。

一是交互設計以科普為服務主體。當科普主體不變的情況下，頻繁地互動操作會導致用戶產生厭煩情緒從而降低交互熱情，因此在科普過程中應采用流暢自然的交互動作作為交互基礎。

二是交互設計滿足用戶體驗的需求。根據馬斯洛需求層次需求分析中所提到的觀點：當用戶某一層次的需要相對滿足了，就會追求更高一層次的需要[10]。因此提高交互設計在形式上的感官刺激，最大限度地利用交互技術將用戶融入產品當中。

三是注重營造多維的體驗環境，注重用戶的感受與周圍環境的關系，營造多維體驗環境。

四是建立合理的動作邏輯。由于人和機器成功交互的根本受缺乏共同立場的限制[11]，所以在設計交互的動作邏輯過程中盡量避免與現實環境體驗過于相似。荷蘭Blendid小組于2004年創作的數碼交互藝術裝置《觸摸我》（見圖1），把整件作品做成一個巨大的掃描儀，觀眾按下掃描開關整個人像即可掃描進入電腦。簡單直白的交互規則加上滿足了目前社會上勇于展現自我的潮流，使這件作品前的觀眾長時間駐足停留。作者在創作時就考慮到由于公共空間中大量的人流而使展覽盡量追求快速流線的參觀方式與觀眾個體在作品前停留駐足的空間矛盾，因此把交互方式設計得盡量簡單、迅速[12]。

圖1 《觸摸我》觀眾的現場交互（Blendid小組，2008年）[12]

3 交互裝置在防疫科普中的設計規律

數字時代，人工智能技術的發展給人機交互方式帶來了新的變革，運用人臉識別、語音識別、動作捕捉等新技術實現人機交互模式的轉變。在目前的科普教育研究中，針對科學技術、天文地理等題材的科普研究相對較多，而對當下防疫知識如何普及的研究有所匱乏。因此，如何合理利用交互技術實現防疫科普，營造有趣的科普體驗環境，傳播普及正確的防疫知識是目前需要解決的問題[11]。

清華大學美術學院向帆團隊設計的“疫情的流圖”，是一種具有流動感的交互可視化程序，是對主流媒體疫情數據信息傳播進行補充，讓人們可以通過移動終端看到各地每日新增病例的流向：地區與數量的關系。這個可視化項目成了一個不斷自我更新、生長的，吸引大量公眾訪問和參與的公共信息媒介。而針對信息的復雜性和數據量值的明顯差距，運用影像、交互和信息分類的方式則對其加以彌補。由此可見，運用交互技術支撐并針對使用目標而擴展開發是實現防疫科普有效的工作方法[13]。

交互影像《疫情之下Hypothalamus》（見圖2），應用Processing圖形編程語言和Kinect工具，通過實時捕捉用戶的手部動作與屏幕互動，逐漸呈現疫情時期情緒視覺可視化，讓用戶從宏觀和微觀兩個視角，以空間與時間來展示人們在疫情期間輿情焦點與情緒的變化，在情緒漲落圖譜中推進自身對數據、個體、情感的認知刻度[14]。該交互影像裝置更加注重防疫科普體感化，通過簡單的肢體動作與可視化數據交互，使公共空間的防疫科普教育的推廣更加數字化、立體化。同樣地根據最新的防疫情況發展，可利用后臺實現實時更新，達到與時俱進保證科普知識的正確性與實效性，提高用戶學習黏性。

圖2 交互影像《疫情之下Hypothalamus》[14]

第四屆中國國際進口博覽會上，AR交互裝置《疫苗展廳-賽諾菲巴斯德創新中心》（見圖3），應用屏幕和互動手柄外置，通過手眼與手柄的交互行為，控制屏幕投放的交互影像變化，用趣味性的方式引導用戶了解疫苗的探索和研制歷程，引發強烈關注[15]。該裝置進一步探索了交互裝置藝術與防疫科普的深入融合，實現了針對展示空間需求進行裝置的定制化和娛樂化，在輸入、輸出設備上實現高度統一，完美切合主體，讓用戶在視、聽、觸多維感知條件下學習理解科普知識。

圖3 AR交互裝置《疫苗展廳–賽諾菲巴斯德創新中心》[15]

以上案例，從展示設計視角闡明了交互裝置的學習體驗在防疫科普中應用的重要性。交互裝置基于自身改變原有空間氛圍、提高感知體驗的優勢，遵循互動流程易懂、操作模式簡單、交互界面合理、交互過程有趣、交互融合內容的設計原則，推動防疫科普教育向著科普宣傳立體化、防疫科普娛樂化、科普空間定制化、增強學習黏性化的方向發展。使防疫科普過程完全融入裝置交互中，從而提高用戶使用感、學習熱情和使用忠誠度，通過視覺美感來進一步吸引用戶，促進公共空間的科普有效性。

4 交互裝置《病·口》設計與實現

4.1 交互影像裝置系統構成

針對疫情防控科普信息量大、涉及知識面廣、知識體系復雜等難點，平衡受眾方與傳播方對科普的切實所需，采用交互影像作為呈現形式，以互動投影技術作為技術支撐。

互動投影技術的主要應用形式分別為AR體感屏幕、沉浸式互動投影空間、墻面投影、互動桌面?；油队皦κ腔佣嗝襟w中極具代表性的實例，其趣味性高、展示性強、敘事性好等特點頗受好評。本文設計研究的防疫交互影像裝置，采用超聲波感應和鏡面反射相結合的方法，呈現了以防疫科普為題材的沉浸式互動投影墻體空間。超聲波感應操控性強，交互過程簡單流暢。通過提前編譯好完整的程序和Arduino主板，處理超聲波感應器實時捕捉的人與墻面距離關系數據，控制防疫科普影像素材庫輸出內容的判定，投影出不同的動態影像。據此構思設計了一款以“病·口”命名的防疫交互影像投影裝置系統組成，見圖4。

此裝置采用Processing與Adobe After E-ects軟件相結合的方式，利用互動投影技術將多層次的防疫科普信息在交互場景中顯示出來，更加直觀、高效、靈活地將大眾帶入到交互環境中，為大眾創造理解和認識的空間，使大眾對科學防疫有更深刻的認識，擁有一種自主的感知體驗。

圖4 防疫交互影像裝置系統組成

本系統裝置是由平面鏡、超聲波測距傳感器、投影儀、幕布、筆記本電腦、Arduino主板組成硬件平臺，基于Processing編程環境建立控制軟件平臺。裝置系統具有交互控制、影音播放的科普教育功能。如圖5所示，由單體鏡子、投影儀組成的裝置輸出設備鑲嵌在固定結構中。當有用戶駐足照鏡子時，觸發超聲感應，位于鏡子上方的投影儀在計算機程控下將開始播放防疫科普知識影像，用戶將在鏡子中觀察到人臉與影像相結合的獨特交互影像，實現交互學習目的。影像內容包括3個部分：一是關于病毒傳染源、傳播途徑和癥狀等知識；二是關于疫情防控措施等知識；三是關于“信息疫情”抵御方法等知識。系統各部分組成功能如下。

1）信號采集部分。根據交互要求進行數據捕獲和采集，捕捉設備為超聲波測距傳感器等。

2）信號處理部分。應用Arduino將超聲波傳感器測量的距離信息采集后轉換成數字量輸入到電腦，然后通過Processing程序觸發控制裝置與觀者進行交互。

3）成像部分。利用投影儀，將計算機存儲的防疫科普影像投射出來，用戶最終在鏡子中看到人像與播放影像交疊的獨特交互影像。

4）輔助設備。包含傳輸線路，安裝構件，音響裝置等。配樂和語音信息傳播將由音響裝置完成輸出。

4.2 防疫科普交互裝置的影像素材庫設計

根據公眾切實對疫情防控科普需求的層級關系，構建設計防疫科普影像素材庫，通過“裝置”作為表達媒介宣傳新冠疫情防控科普知識，見表1，設計的影像素材庫主要包括：“了解新型冠狀病毒感染”；“學會疫情防控知識”；“科學防疫應對‘信息疫情’”。三個模塊能夠幫助用戶建立“認識新冠病毒基本知識—掌握科學疫情防控措施—謹防病毒和謠言雙重侵害”的認知鏈條，模塊間內容緊密銜接，層層遞進。其中所包含的視頻通過影像、文字、聲音設計而融入科學防疫知識，建立防疫、科普、藝術的有機聯系，創新疫情防控科普服務手段，滿足公眾對科學防疫的知識需求。

圖5 “病·口”裝置交互空間示意圖及實現照片

表1 防疫科普影像素材庫內容

Tab.1Content of science popularization video material database for epidemic prevention

4.3 隱喻“病從口入，禍從口出”的情景空間

在明確科普目的的基礎上，創設科普情境，將用戶帶入到科普情境中。新冠疫情是全新的公共衛生事件，給現實世界和網絡世界都帶來了極大的影響，而自古以來“疫”都給世間留下了不可磨滅的創傷。以“病·口”作為裝置的主題構思，源于晉朝名臣傅玄初次在《口銘》中提到，“情莫多妄，口莫多言”“病從口入，禍從口出”，告誡世人慎言；宋代太平興國二年，李昉等14人編撰《太平御覽》，再次引入《口銘》片段強調疾病是由于飲食不當而誘發，災禍是因為出言不慎而引來，以警策人心。“病·口”取自該句諺語的“病”與“口”二字，一語雙關地表達了多層含義。面對新冠病毒，人們防護好口鼻可以很好地防范病毒的入侵，面對“謠言病毒”更應相信科學，秉持更加理性的態度遏制謠言傳播，謹防病毒和謠言的雙重侵害，堅守道德底線和法律紅線。

如圖6所示，當用戶進入裝置的區域中，突破了防疫一米線社交安全距離，投射在鏡中的影像瞬間產生變化，呈現出新冠病毒由遠及近砰然入口的幻境。隱喻“病從口入，禍從口出”的警語。

4.4 交互裝置的藝術造型和公共空間營造

在構建好科普目的與表達情景后，根據現實條件限制營造空間。目前，大眾回歸日常生產生活，公共空間重新恢復使用，學校、企業、醫院等擁有大量流動人群的空間成為主要的線下防疫科普的重要據點。而公共空間內人流量大，用戶在參觀過程中的停留時間是十分有限的，在有限時間內，合理設計展示空間就十分重要。以《病·口》為例來看，為更好地適配線下室內、室外公共空間的疫情防控科普條件，設計構建“可拼接式”的交互影像投影裝置。利用磨砂亞克力材料板和便于拆卸的支撐骨架，構建成“夾層空間模塊”+“交互空間模塊”的交互裝置結構，打造模塊化的科普空間（見圖7）。

夾層空間模塊包含后臺運行的控制設備，交互空間模塊包含產生交互反應的外置設備。從外圍平視單體裝置呈現四方形狀、從內部仰視單體裝置呈現八面結構，整體造型展現“四面八方”的含義，構建了半包圍的沉浸式交互空間。實際應用中“交互空間”發揮了多重作用，當用戶停留在裝置四方空間內與裝置產生互動，交互空間發揮實時空間改造、交互影像互動、實時防疫科普的作用；當流動人群的密度和速度過高，無法觸發交互影像呈現交互影像時，交互空間承擔了流動通道的作用。

圖6 突破安全距離則“病毒入口”

圖7 “病·口”裝置造型及結構

針對不同的應用場景，裝置分為“單體結構”和“依托環境空間結構”兩種構建模式，交互影響裝置可很好地依托公共空間的實際條件進行拼裝組合，見圖8。裝置各模塊拆卸靈活、組裝簡單、可重復多次使用，使交互空間的構建容易且便于推廣。

在辦公樓、科技館、博物館等相對封閉的公共空間搭建交互空間，可依靠公共空間固有的墻體作為主要空間搭建的支撐，將夾層空間嵌入固有空間中，隱藏后臺運作設備；同時可根據空間距離調整磨砂亞克力板開合角度，滿足交互過程的空間需求，完成“依托空間結構”的裝置空間構造。而在學校、廣場、活動中心等擁有相對開闊視野的公共空間時，可在構建“夾層空間”+“交互空間”的基礎上，增加頂棚亞克力板吸附LED感應燈，進行“單體結構”裝置空間的營造，見圖9。

這種針對室內室外公共空間的多模式拼裝模塊化設計，可以更好地滿足多場景、多要素、多條件限制的現實需求，實現產品的可推廣性。

4.5 基于“社交距離”觸發防疫科普宣傳的交互過程

在公共空間的交互方式應遵循互動機制易懂、操作模式簡單的設計原則，讓交互過程有趣。本裝置中設計了圍繞防疫“社交距離”為核心交互流程（見圖10）：當用戶距離平面鏡在1.5～2 m范圍內（安全距離范圍內），輸出設備將播放防疫科普視頻素材的第一個模塊視頻“了解新型冠狀病毒肺炎”（見圖11）；當用戶距離平面鏡在1～1.5 m范圍內（安全距離范圍內），則輸出設備播放疫情防控科普視頻素材的第二個模塊視頻“學會疫情防控知識”（見圖12）；當用戶移動到距離平面鏡在0 m～1 m范圍內時，此時觀者突破了疫情防控安全距離，在輸出設備上播放出防疫科普視頻素材的第三個模塊視頻“科學防疫應對‘信息疫情’”（見圖13），特別是用戶移動到0～0.5 m距離范圍時，將呈現“病從口入，禍從口出”的隱喻視頻圖像。

圖8 “單體”和“依托環境空間”的裝置結構

圖9 “單體”和“依托環境空間”裝置的交互空間

圖10 防疫“社交距離”與交互過程聯動

圖11 了解新型冠狀病毒肺炎

圖12 學會疫情防控知識

圖13 科學防疫應對“信息疫情”

在交互邏輯方面，以現實的疫情防控社交距離要求為基準，進行交互控制。用戶與裝置的空間位置變化，與疫情防控要求的實際安全距離密切相關，根據是否突破一米線安全距離，層層深入地呈現防疫影音互動信息，緊抓科學防疫的最終目的。

5 交互裝置《病·口》在防疫科普宣傳中應用的特征

5.1 突出技術應用的便捷性

第一，應用超聲波測距傳感器探測觀者的位置信息，具有非接觸、實時、快速地觸發交互響應的能力，符合當下疫情防控要求，同時感應操控性靈敏、可靠性強，簡單的行為即可觸發豐富的交互情境變化。第二，采用常見的投影輸出設備，可以更好地適配多場景、多人群的實現條件，在最大程度上保證了沉浸式防疫科普空間營造的簡化和流暢。第三，“數據信息”和“算法”隱藏在裝置硬件背后對控制交互過程發揮著主導作用，實現信息輸出完全數字化，更加機動地控制輸出內容的更新調整，適應疫情防控的實時變化。

5.2 增強裝置與用戶的互動性

該裝置依靠更加靈活的數字編程技術支撐，帶來有別于被動式“填鴨”的觀感體驗，展現更加主觀參與的互動式科普學習過程。通過用戶位置移動變化，觸發裝置分模塊的渲染空間環境。這種由用戶自主產生的探索行為，主控整體裝置展示進程，將用戶與空間融為一體，為科普過程帶來別具一格的趣味體驗感和形式美感。

5.3 拓展裝置對用戶感知的理解力

在科普展示的敘述表達方面，突破了原有圖片、文字、影像直白輸出的具象化表達，更加注重感官的放大體驗，以達到更加深入人心的直觀效果，這無疑是在構建裝置對用戶感知的理解力。這種理解力的拓展是建立在豐富的圖樣元素處理過程之中的，將更加注重設計符號化表達，在表達“病·口”背后，從現實“病毒”到網絡“病毒”的多層含義遞進時，將“病毒”圖樣從具象圖形不斷演化成蘊含文化傳承、具有指代性的標志，見圖14。

在影像具體呈現方面，交互影像夸張化，打破科普視頻原有順序性的傳統單調呈現風格，采用大量色彩對比和變速影像的處理，用錯落、接連不斷的元素不斷組合，達到更具有沖擊性的視覺效果。影像中文字呈現效果更加動態化，運用多方向、多顏色、變速的運動方式，強調視覺中心和互動變化，將文字信息要點層層遞進，進一步強化信息接收的有效聚焦，見圖15。

圖14 “病毒”的符號化表達

圖15 色彩對比及動態表達

5.4 豐富防疫科普宣傳的視聽感受

聲音處理多重化，配合畫面，不斷調節互動整體節奏。對應病毒原理、病毒傳播、新冠危害的主題，配合極強節奏的低分貝電子聲音和官方平臺發布的相關性新聞播報聲音進行配音，營造緊張氛圍；對應疫情防控措施等信息，配合相對較緩慢的音效和語音講解，達到簡明、有效地傳播防疫信息；對應謠言一類“網絡”病毒，對應屏幕上謠言影像信息而播放官方播報的正確語音信息，用沖突化的音畫效果，制造信息紛亂的環境，以模擬復雜的網絡空間。

4 結語

將裝置設計與疫情防控科普宣傳相融合尋求突破，借鑒裝置藝術的表達方式、交互方式來表達疫情防控科普宣傳內容。發揮裝置藝術具有的沉浸性、交互性和空間性等特征優勢，通過視覺、聽覺、肢體運動等媒介方式來引導人們納入到裝置的互動之中，達到對疫情防控知識的宣傳與傳播。

通過分析提出了“認識新冠病毒基本知識—掌握科學疫情防控措施—謹防病毒和謠言雙重侵害”的裝置交互設計認知鏈條；并且總結了裝置藝術在防疫科普宣傳中應用的特點，即突出技術應用的便捷性、增強裝置與用戶的互動性、拓展裝置對用戶感知的理解力和豐富防疫科普宣傳的視聽感受。通過實踐能夠給受眾以神奇的視覺感受和深刻的交互體驗，將傳統科普宣傳變得更加具有互動性和體驗感，發揮大眾的自主學習積極性，親身體驗到交互裝置中所蘊含的多維活力。

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Interactive Installation Design for Promotion of COVID-19 Prevention and Control

JI Jian-yang, WANG Zheng

(School of Architecture and Design, Beijing Jiaotong University, Beijing 100091, China)

The work aims to defuse anxiety and contain rumour-spreading in epidemic prevention and control at present and carry out interactive device design for epidemic prevention and control science popularization to enhance the multi-dimensional experience and emotional interaction of popular epidemic prevention propaganda, and increase the audience's motivation to learn and pay positive attention to epidemic prevention and control. With "installation", an expression medium, as an important epidemic preven-tion and control method, the development trend of integrating video installation with art and popular science education was explored. The application of ultrasonic distance sensors in design of touch interfaces was analyzed. The design of "illness and mouth" installation for popular epidemic prevention propaganda was explored. On this basis, the interactive display of popular epidemic prevention images was realized. The establishment of the popular epidemic prevention image system provides interactive learning means for the public to educate themselves about the epidemic prevention knowledge and control measures, makes the audience feel the novelty of the popular epidemic prevention propaganda, constructs organic connections between epidemic prevention, popular science propaganda, and art, and provides references for spreading epidemic prevention knowledge and conducting epidemic pre-vention education.

popular epidemic prevention propaganda installation; ultrasonic distance sensor; interactive video

TB472

A

1001-3563(2023)12-0264-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.12.029

2022–11–18

計鑒洋（1998—），女，碩士生，主攻數字媒體藝術。

王征（1978—），男，博士，副教授，主要研究方向信息設計、數據可視化、量化分析。

責任編輯：陳作