基于擴展現實技術的博物館導覽應用研究

李一澤 李棟寧

摘要：分析擴展現實在博物館導覽中的設計理念，討論博物館導覽在擴展現實理論介入下的多模態及數字化交互虛擬的設計特點。文章首先對擴展現實的概念進行闡述，總結傳統博物館導覽的單一及固定性問題，并通過案例展示擴展現實技術在博物館導覽的應用即讓觀者參與到同展品的多維虛擬交互中，并對抗博物館疲勞。擴展現實導覽可塑造的博物館導覽互動式設計理念，即技術不可見、疊加虛擬的情境、自然多模態交互為用戶及設計者提供了更多參與可能。XR和博物館導覽的融合一方面為博物館游客提供了更有效的知識獲取實現高質量的娛樂，多維度滿足參與者的需求；另一方面，探索數字化博物館導覽的互動設計、多模態交互使得博物館掙脫原有導覽模式，提供了廣闊設計空間。

關鍵詞：擴展現實 博物館導覽 互動設計理念 博物館疲勞 多模態交互

中圖分類號：J0-03 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2023）19-0049-04

Abstract：To analyze the design concept of extended reality in museum Tours and discuss the characteristics of multi-modal and digital interactive virtual design of museum Tours under the intervention of extended reality theory.This paper first expounds the concept of extended reality，summarizes the single and fixed problems of traditional museum Tours，and analyzes the application of extended reality technology in museum Tours through case studies to enable visitors to participate in multi-dimensional virtual interaction and the integration of exhibits，and combat museum fatigue.The interactive design concept of museum tour can be shaped by the extension of reality tour，that is，technology invisible，superposed virtual situation，natural multi-modal interaction provides more possibilities for users and designers to participate in.On the one hand，the integration of XR and museum tour can provide museum visitors with more effective knowledge acquisition and achieve high-quality entertainment，and meet the needs of participants in multiple dimensions. On the other hand，exploring the interactive design and multi-mode interaction of digital museum Tours makes museums break away from the original tour mode and provide a broad design space.

Keywords：Extended reality Museum Tours Interactive design concept Museum fatigue

引言

隨著元宇宙概念的流行，研究者對虛擬技術在文化生活中應用中的探尋又一次深入。擴展現實大背景下能夠突破二維媒介的限制和現實世界的桎梏，使人們可以更加充分地發揮想象力，將虛擬的景、物進行“數字實體化”模擬以產生逼真的體驗感[1]。博物館導覽的設計理念、設計原則和展示方法等也將隨著擴展現實等虛擬技術的發展迎來新的機遇與挑戰。在數字時代下，博物館人應以更多元的眼光審視博物館的定位和展示形式。而數字和虛擬技術在文化領域的應用，形成了不同于傳統形式文化傳播的趨勢。國家對文化傳播領域的數字化建設和人們對沉浸式博物館觀覽體驗的訴求，使得擴展現實逐漸走進博物館。

一、XR技術簡介及發展

1991 年，威克科夫（Wyckoff，C. W.）與曼恩等合作，將高動態范圍圖像處理技術與VR、AR技術結合，研制出能夠顯示XR視覺畫面的頭戴式顯示設備，提升感官能力[2]。擴展現實是虛擬現實、增強現實、混合現實等虛擬數字技術的集合，可以是圖1中“真實——虛擬連續體”上的任何一點，為使用者帶來真實與虛擬結合、人機與人境交互的環境，并力求建立一個虛擬與真實完全交融的世界。與當下的VR、AR、MR相比，擴展現實更強調于虛擬世界與現實世界的彌合，以及縮小人們、信息和體驗之間的距離壁壘。XR技術具有情境感知、感覺代入、自然交互和編輯現實等特征[3]。

真實與虛擬之間的這種交集為XR應用程序提供了大量機會，力圖創造一個無界限的虛擬真實空間，從而在其中進行交互和創新。在計算機圖形仿真技術的發展下，VA、MR和AR是XR技術概念的主體，這幾項技術概念都致力于為用戶提供虛擬世界的體驗，使得數字虛擬信息在不同程度上同現實環境交融。

虛擬現實旨在創造一個完全沉浸環境，為用戶提供頭戴式新式設備及手柄以達到視、聽、觸覺等感官的完全模擬，為參與者設計了一個全新的環境，創造了極度真實的沉浸感，是完全沉浸下的虛擬及對現世的模擬和再現；增強現實是現實環境的數字信息增強，將以現實為基準的數字虛擬圖像疊加或融合到裸眼現實，多借助智能手機或增強現實眼鏡；混合現實是介于增強現實與虛擬現實之間的虛擬形式，開啟了參與者、數字信息和物理生活界之間的多維互動。

數字技術的交叉融合趨勢使得虛擬技術與現實生活之間的界線逐步隱隱。在未來可預見的是一個同生活高度交融的虛實現實互動空間。但是，現階段的虛擬技術及應用仍是基于計算機圖形學下的以視覺感知為主的互動方式，在設計體驗和交互方面仍有局限之處，無論是技術發展趨勢還是現實需求，都為擴展現實技術的發展和實踐奠定了基礎。

二、博物館導覽現有模式及數字化探索

博物館在根據自身展示特點及訴求設計出符合展區的主題內容相應導覽方式，以便參觀者在進入博物館時了解該博物館的優勢特色和重點展示區域，以對抗參觀者在面對龐雜的博物館展示內容而出現的博物館疲勞。而博物館導覽的形式則是根據時代背景下，技術的發展不斷迭代更新，以尋求最佳導覽模式，滿足人們的參觀需求。

（一）博物館導覽現狀

博物館作為一個城市歷史文化及知識傳播集散中心，其導覽方式為前來參觀的眾多參觀者展示了項新技術在導覽領域所帶來的革新[4]。目前博物館導覽主要形式為文字展簽、人工講解、語音工具導覽和智能手機導覽。

1.展簽介紹。大部分博物館仍舊采用文字信息來傳遞展品信息，展簽介紹也是博物館必不可少的導覽形式[4]，如博物館的宣傳冊、展品介紹等。文字展簽有著易傳播、易制作的特點，用中肯的文字為博物院提供了最直接簡潔的介紹。

2.人工講解導覽。博物館的人工講解分為場館提供的人工講解和志愿者講解。博物館提供的人工講解員可以滿足參觀者對講解專業性、實時互動的需求，且有固定講解時間；但節假日期間客流量大。對于參觀者來說，人工講解導覽存在著參與時間固定、行動空間受限等弊端。

3.語音導覽系統。博物館及大型園區都配有一定份額的語音導覽系統，即語音導覽租賃器。目前活躍在各大博物館的自動感應語音導覽器只能提供聽覺體驗。并且這種租賃形式的導覽系統經常出現內容更新不及時，感應遲鈍，體驗單一，沒有和館藏的實物形成很好的對應關系。雖然靈活性較人工講解方式有所提升，但對于館方來說，存在成本高，數量有限，定點取還、衛生等問題。

4.智能手機導覽。隨著智能手機的普及，博物館積極利用這一條件，將博物館導覽的內容以App或小程序的方式提供給參觀者，讓參觀者自行操作，運用了參觀者自身攜帶的工具，保證了便捷性。但是大多數博物館在內容上，只是將展品介紹和語音導覽系統的內容平移至手機平臺上，并沒有真正意義上的技術融合和創新。同時，單純的智能手機導覽割裂了參觀者與博物館之間的關系，無法滿足參觀者沉浸觀覽的訴求。

傳統導覽模式的諸多問題使得博物館工作人員越來越重視智能導覽系統和數字化導覽模式在導覽服務中的重要作用[5]。參觀者更傾向于能提供參與感、沉浸感的博物館導覽方式，通過數字虛擬技術和博物館導覽融合，將博物館內容轉化為具有設計美感和互動體驗的展示，讓參觀者在數字虛擬技術的博物館導覽下重塑對其內容的認知，形成互動式、沉浸式的觀覽體驗。

（二）博物館的XR融合與初探

諾貝爾獎獲得者小說家奧漢·帕穆克稱博物館為“時間轉化為空間的地方”。虛擬技術為博物館時空轉換提供了可能。目前，我國在將擴展現實介入博物館導覽中不斷尋求融合與探索。

2021年的三星堆考古挖掘從考古到研究，每一次都引發了大家對三星堆遺址的討論。三星堆遺址區建設三星堆奇幻夜沉浸式考古體驗館，預計不久將會對公眾開放。在考古發掘現場，三星堆奇妙夜首次融合創新3D全息和XR擴展現實技術，以Hirender全媒體總控系統連接9臺投影機輸出9路2K信號，實地呈現沉浸式場景[6]。央視記者體驗三星堆奇幻夜，與古蜀文明三星堆出土青銅文物的共舞，如圖2，為XR技術打造的無界限博物館造勢。

2020年，良渚古城遺址打造“AR智慧導覽”項目，于國慶前夕在良渚博物院和良渚古城遺址正式上線。就全球范圍而言，良渚博物院的AR導覽系統屬于第一個讓AR眼鏡真正在館內導覽系統投入運作的項目。良渚博物院和良渚古城遺址基于Rokid Glass 2的AR智慧導覽系統具備第一視角、交互自然、可穿戴、個性化等特點，能夠為游客帶來AR特效、數字沙盤、AR地圖導覽、虛擬導游等虛實結合的功能體驗[7]。在良渚博物院內進行的AR多媒體呈現，例如，參觀者從增強現實眼鏡觀看展品鳥立高臺符玉璧時，就會有線條式小鳥形象從玉璧中飛舞而出，如圖3；在面積廣闊的遺址公園提供了AR的地圖導覽和虛擬導游，將5000年前的建筑重新呈現在參觀者的眼前，如圖4。

擴展現實技術給博物館導覽帶來了新生，在真實環境中展示虛擬信息，將博物館導覽展示進行三維模型的可視化；同時，參觀者可以各種方式與數字展示模型進行互動，將跨越千年時間的展品以空間線條、圖形的現實呈現，將巨大空間園區的地圖以圖式的方式顯現，使博物館導覽以沉浸式、趣味式和參與式的形式進行展示。

三、擴展現實的運用在博物館導覽中的優勢

（一）對抗博物館疲勞

1916年，吉爾曼提出了“博物館疲勞（Museum fatigue）”這一概念。“博物館疲勞”，主要指觀眾在參觀過程中逐漸出現的精力耗竭，注意力渙靛，認識活動機能衰退和產生疲勞感的現象[8]。嚴建強在其《“博物館疲勞”及其對策》中，總結出4個應對策略——節能原則、恢復原則、參與原則、誘導原則，即生理上的節能恢復，精神上的參與誘導。由此展開了博物館隨著數字虛擬技術發展而對抗“博物館疲勞”這個核心痛點帶來的一次次博物館導覽革新。

從20世紀80年代開始，博物館“以物為核心向以人為核心”的轉變發展，以人為本的導覽模式越來越成為博物院關注的話題[5]。從參觀者角度出發，博物館導覽強調沉浸介入和互動溝通的新博物館導覽形式，新媒體的加入一定程度為觀眾的參觀過程增加了趣味，在為用戶帶來新鮮感的同時，也激發了用戶的好奇心和探索欲。而好奇心和探索欲，則是對參與者在博物館中的參與誘導，從精神上對抗博物館疲勞的最佳方式。博物館疲勞是影響參與者持續以高注意力參觀博物館的首要因素，并極大削弱了參與者的學習觀覽體驗。

目前博物館部門也出臺了不少舉措減少“博物館疲勞”的現象，比如安排清晰游覽路線、強化博物館環境、提升博物館用戶交互體驗、增強展示傳播效果等。而XR是一個集成的虛擬技術概念，XR介入下的博物館導覽可以集合視覺、聽覺、數字圖像、交互、三維虛擬展示等多種媒介手段，讓博物館導覽中的信息傳達和館藏展示發揮到最大，打破了傳統導覽模式中玻璃罩下的“第四堵墻”，用戶通過三維模型展示，隨心所欲觀察，共同構建互動式、參與式、沉浸式的博物館導覽，即跨空間展示、高成效參與。

（二）從“人機交互”到“人境交互”

數字技術的出現和發展，使得博物館人開始探索博物館導覽、展品展示同參觀者之間的雙向溝通。各種數字多媒體互動展示形式，虛擬現實，增強現實等技術在博物館導覽中的應用逐漸興起；從交互形態來看，互動導覽，定位導覽等模式也提升了導覽的體驗，讓參觀者不再局限于被動接收信息，不再受限于傳統導覽方式的單向性信息獲取，追求一種雙向的互動。以展品為中心的展示方式被改變，博物館不存在固定的游覽路線，而是把主動權歸還給觀眾，觀眾通過探索空間和事物，以自己的方式去感受博物館和展品。交互式的展示設計拋棄了傳統展示方式的玻璃外罩和觀看距離，展現出一種毫無保留的真實感，增加了觀眾 和展品之間的交流互動[9]。

XR在沉浸式的導覽模式中的應用正是為了打通觀者與博物館展陳之間的“第四堵墻”。目前，大多數虛擬技術支持下的博物館導覽都帶有強烈的機械性，虛擬技術的運用和沉浸導覽之間的割裂，例如虛擬現實的頭盔、手柄，增強現實的智能手機、眼鏡，博物館導覽的虛擬技術的體驗大多基于設備，依舊在人機交互甚至沒有交互的狀態。XR的主要目的是拓寬人類經驗，特別是存在感和認知的獲得[10]。擴展現實的一大發展特點就是技術不可見，打破傳統博物館帶來的空間界限，并嘗試構建新的博物館導覽敘事語言，即人境交互。這種現實主義的互動將把被動博物館的參觀者重塑為積極參與者，從而支持他們在XR環境中的存在，并實現更好的知識轉移和更高的交流享受。

四、融合與重置：XR介入下的博物館導覽方式

（一）技術不可見

在XR技術中，“減少真實性”用于表示環境中真實部分的衰落及其與虛擬部分的替換。可穿戴計算機的先驅史蒂夫·曼（Steve Mann）提出了“模擬現實”的概念，并描述了一種可以隨意移除常規現實中某些不想要的方面的現實。減少技術性被認為是AR和 MR的一個子領域，并已成為重要概念。XR介入下的博物館導覽超越硬件和軟件，其互動設計系統的關鍵組成部分不局限于設備和使用平臺，而力求將參與者的感知、認知、美學、情感、觸覺、體現、語境（空間）、情境（時間）和文化等視為有目的的設計。參觀者初次游覽時，對展館空間不熟悉，單純依靠展簽宣傳冊與指示牌引導參觀的無規劃且繁瑣的弊端，導致參觀體驗不完整順暢。而隨著XR技術逐漸變得越來越具有沉浸感和現實感，它們有能力改變信息傳遞和消費的方式。簡言之，將真實世界和虛擬世界結合起來，并提供一種無法完全從真實或虛擬內容中獲得的統一體驗，實現人境交互。

（二）疊加虛擬情境

XR旨在將分層對象與沉浸式數字世界融合到現實世界中，允許用戶參與在數字環境甚至真實物理世界中不可能參與的活動，從而使XR能夠達到第二個“現實”（擴展），專注于將每個啟用者的異構交互層編織在一起，以提供獨特的體驗，即在同一時間將用戶集成到同一空間中。

例如，國內虛擬現實頭部企業當紅齊天團隊在山西平遙古城參與設計的平遙科技藝術博物館，如圖5，利用多種數字虛擬技術手段，如擴展現實技術、反重力水流裝置、數字影像融合、交互設計、激光成像環境營造等，將平遙當地歷史與藝術文化融入多種數字技術形式中，帶參與者從不同的時間、空間維度沉浸式地體驗平遙，多維度多感官參與下的博物館導覽，融合疊加真實的虛擬場景和角色，更加生動地表現平遙文化與三晉文化。

（三）自然多模態交互

用戶交互應該是多模態的，多感官參與的，如同在現實世界中的親歷體驗，自然地以語音、手勢、嗅覺、聽覺等甚至情感為特征。如湖北博物館就選擇虛擬現實技術擴展博物館手勢互動導覽形式，即提供參與者VR手柄，使其親歷戰國樂師演奏曾侯乙編鐘的體驗；華強北博物館在2021年5月舉行以“深聲不息”為主題的聲音互動展覽，如圖6，前期其主創團隊收集參與者與聲音相關的物品或回憶故事，并以此為展覽的展品，以聲音為線索回溯歷史，喚起參與者對深圳這個城市的認同感和同理心。這是一場打破傳統展覽模式的旅程，參與者即設計者。這場“深聲不息”的展覽以聲音+視覺的互動展示方式，探尋與關注深圳的時代聲音，保留與收藏關于這個城市的記憶。