基于多元數(shù)字化交互方式的博物館展示空間系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張鵬 董宇軒

摘要：在傳統(tǒng)的博物館展示空間中，單向式的參觀方式和單一的展示空間設(shè)計(jì)，使游客缺乏與展示空間中的展品交互的機(jī)會(huì)，很難能引起游客對(duì)于展品的共鳴以及游客的積極性。隨著信息技術(shù)和人工智能的發(fā)展，現(xiàn)代化博物館展示空間更加注重利用數(shù)字化技術(shù)提升游客與展品的交互性，打造沉浸式和多元交互的博物館展示空間設(shè)計(jì)。該文利用人工智能技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、數(shù)字化智慧平臺(tái)技術(shù)構(gòu)建三層沉浸式互動(dòng)智慧化展示空間系統(tǒng)。不斷加深游客對(duì)于展品的體驗(yàn)與融入，真正實(shí)現(xiàn)多元化交互和沉浸式游覽，提升博物館展示空間質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；人工智能；博物館展示空間；交互式

中圖分類號(hào)：TP391? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）36-0111-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，多元交互的沉浸式展示空間已成為博物館展示空間設(shè)計(jì)的主流。劉麗娟等人[1]通過擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)，強(qiáng)化了數(shù)字展示空間的互動(dòng)性，形成了虛實(shí)相生的展示空間環(huán)境。趙巖[2]將數(shù)字技術(shù)同藝術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，圍繞實(shí)體交互及數(shù)字媒體技術(shù)，在一定程度上增強(qiáng)了展示空間的藝術(shù)性。葉劍青[3]在展館設(shè)計(jì)中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，強(qiáng)化了展廳展館設(shè)計(jì)效果，也提升了展館設(shè)計(jì)的空間氛圍和技術(shù)含量。

本文利用人工智能和交互設(shè)計(jì)對(duì)傳統(tǒng)的博物館展示空間進(jìn)行了重構(gòu)，構(gòu)建三層沉浸式互動(dòng)智慧化展示空間。改變了傳統(tǒng)博物館中對(duì)于展示空間的單一設(shè)計(jì)，增強(qiáng)展示空間的數(shù)字化、智能化[4]和交互式設(shè)計(jì)。

展示空間三層設(shè)計(jì)的第一層是智慧平臺(tái)的展示功能，先讓游客通過多媒體技術(shù)，了解展品的歷史和特點(diǎn)，對(duì)于缺少展品基礎(chǔ)知識(shí)的游客，第一層有利于建立游客與展品的初步共鳴和交互。第二層是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓游客身臨其境地感受展品的年代。因?yàn)椴┪镳^中的展品具有很高的保護(hù)價(jià)值，必須施加保護(hù)才能進(jìn)行對(duì)外展覽。所以，游客很難能真正觸摸，零距離感受展品。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對(duì)展品以及展品所處的年代環(huán)境進(jìn)行建模，讓游客真正在當(dāng)時(shí)的環(huán)境中去感受展品的魅力。第三層是利用人工智能技術(shù)，在展示空間中構(gòu)建游客表情識(shí)別反饋系統(tǒng)，通過識(shí)別游客在觀賞展品的面部表情，分析游客此時(shí)對(duì)于展品的態(tài)度，并根據(jù)游客當(dāng)前的情緒狀態(tài)，釋放不同的語(yǔ)音信息回應(yīng)游客，讓游客感到真正在與展示空間在對(duì)話，以增加與游客的互動(dòng)性，并且讓游客有一種歸屬感和認(rèn)同感。

在三層展示空間設(shè)計(jì)中，第一層注重讓游客對(duì)展品有一個(gè)全方位的知識(shí)和背景了解；第二層注重讓游客身臨其境，零距離地接觸展品；第三層注重游客的情緒反饋，達(dá)到真正與游客交互、讀懂游客的目的。

1 本文方法

1.1 博物館展示空間數(shù)字化智慧平臺(tái)技術(shù)

傳統(tǒng)博物館展示空間設(shè)計(jì)中，對(duì)于每一個(gè)展品只有簡(jiǎn)單的文字描述和實(shí)物展示，沒有一定歷史積累的游客很難能讀懂這件展品。導(dǎo)致游客在游覽展品時(shí)，更多的是走馬觀花地去觀看，很難能激發(fā)起游客的興趣和體驗(yàn)感。

為了能夠改變傳統(tǒng)博物館空間設(shè)計(jì)中的弊端，本文通過數(shù)字化博物館智慧平臺(tái)技術(shù)構(gòu)建全方位、多元化博物館展示空間交互平臺(tái)。該展示平臺(tái)通過信息技術(shù)手段，將博物館中所有展出藏品進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，變成平臺(tái)可視化數(shù)字信息。游客可通過該平臺(tái)全方位、多元化地了解該展品的背景、歷史意義、價(jià)值等內(nèi)容，即使游客之前沒有相關(guān)的知識(shí)積累，通過該平臺(tái)也可以對(duì)所觀看產(chǎn)品有全面的了解，增強(qiáng)游客瀏覽的沉浸感和體驗(yàn)感。如圖1所示。

本文構(gòu)建的數(shù)字化博物館智慧平臺(tái)的主體部分采用國(guó)產(chǎn)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)。CPU（中央處理器）采用龍芯處理器、系統(tǒng)軟件采用麒麟操作系統(tǒng)和達(dá)夢(mèng)數(shù)據(jù)庫(kù)。平臺(tái)提供的主要服務(wù)功能有展品歷史背景、展品數(shù)字化展示、展館介紹、展館3D智能導(dǎo)覽等功能。游客可以利用該平臺(tái)深入了解展品的歷史背景、情況介紹等有用信息，使得一些沒有太多知識(shí)積累的游客同樣可以對(duì)當(dāng)前觀看展品有一個(gè)全方位的了解，激發(fā)起游客的興趣和求知欲，增強(qiáng)游客的沉浸感。

1.2 博物館展示空間虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

數(shù)字化智慧平臺(tái)技術(shù)雖然提供給游客一個(gè)全方位、多元化了解展品信息的數(shù)字平臺(tái)。但是，大部分展品由于其重要的價(jià)值，被嚴(yán)格地保存，游客只能隔著保護(hù)裝置去觀看，不能零距離地觸摸感受。

為了解決該問題，增強(qiáng)游客與展品的沉浸式體驗(yàn)。本文引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建虛擬展品體驗(yàn)功能，如圖2所示。

本文中博物館展品虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)持久化模塊和交互式漫游模塊。數(shù)據(jù)持久化模塊主要功能是對(duì)展品在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的元素進(jìn)行三維場(chǎng)景建模。本文在計(jì)算機(jī)進(jìn)行場(chǎng)景建模中，利用3DS MAX技術(shù)，根據(jù)展品所處的歷史時(shí)代，還原當(dāng)時(shí)的特定環(huán)境，讓展品與其時(shí)代環(huán)境相融合，增強(qiáng)游客的沉浸體驗(yàn)。模型數(shù)據(jù)包括人物模型庫(kù)、物品模型庫(kù)、場(chǎng)景模型庫(kù)和建筑模型庫(kù)。

交互式漫游模塊主要功能是關(guān)注游客與展品的交互活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)讓游客在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，可以零距離、全方位地感受展品的魅力。該模塊通過Unity 3D引擎作為交互平臺(tái)，通過C#編程語(yǔ)言進(jìn)行實(shí)際交互內(nèi)容的編碼。交互模塊主要包括位置移動(dòng)、物體交互、人物對(duì)話、輸入控制。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)構(gòu)建完成后，游客可通過可穿戴設(shè)備，進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)空間，以第一人稱、第一視角親自感受展品魅力，猶如真正生活在那個(gè)年代，增強(qiáng)游客的代入感和沉浸感。

1.3 博物館展示空間人臉表情識(shí)別反饋系統(tǒng)

一個(gè)優(yōu)秀的博物館展示空間除了注重游客的沉浸式體驗(yàn)、游客與展品的互動(dòng)式交流，更應(yīng)該識(shí)別游客的真實(shí)感受，通過識(shí)別游客真實(shí)感受，及時(shí)調(diào)整展示空間中的元素信息，以適應(yīng)游客的情緒變化。

本算法通過人工智能技術(shù)中的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）[5]和長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）[6]。構(gòu)建了人臉表情識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)當(dāng)前觀看展品的游客的人臉表情特征進(jìn)行提取，通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取人臉的空間特征；通過長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)提取人臉的時(shí)間特征，并導(dǎo)入人臉表情特征庫(kù)中進(jìn)行對(duì)比分析，在人臉表情庫(kù)中，共有高興、恐懼、悲傷、生氣、驚訝和厭惡等六種表情。通過采集的人臉表情特征與人臉表情庫(kù)對(duì)比，得出當(dāng)前游客的表情狀態(tài)，并根據(jù)游客的表情狀態(tài)進(jìn)行語(yǔ)音反饋。針對(duì)于游客不同的表情狀態(tài)，釋放不同的語(yǔ)音信息回應(yīng)游客，讓游客感到真正在與展示空間對(duì)話，以增加與游客的互動(dòng)性，并且讓游客有一種歸屬感和認(rèn)同感。該人臉表情識(shí)別算法的流程如圖3所示。

首先，通過安裝在展示空間周圍的人臉圖像采集設(shè)備進(jìn)行人臉采集，并輸入識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行人臉檢測(cè)，查看是否正確采集到人臉信息。如果已經(jīng)采集到正確的人臉信息，則進(jìn)行人臉圖像預(yù)處理。圖像預(yù)處理階段主要是細(xì)化需要處理的人臉的規(guī)格、特征尺寸等問題，去掉不符合標(biāo)準(zhǔn)的部分，使得后續(xù)工作更加順利。接下來，進(jìn)行人臉特征提取和面部表情特征提取。人臉特征提取是為了確定游客的身份，而面部表情特征提取則是為了確定當(dāng)前這位游客的表情狀態(tài)。最后，將該游客身份的當(dāng)前表情結(jié)果進(jìn)行輸出。

2 結(jié)論

本文為了改變傳統(tǒng)博物館中對(duì)于展示空間的單一設(shè)計(jì)，增強(qiáng)展示空間的數(shù)字化、智能化和交互性，提升游客在博物館展示空間中的游覽體驗(yàn)質(zhì)量，構(gòu)建了基于多元化人機(jī)交互方式和人工智能技術(shù)的博物館展示空間系統(tǒng)。將整個(gè)博物館展示空間系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為3層，第一層是智慧平臺(tái)技術(shù)，第二層是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，第三層是人工智能表情識(shí)別。第一層注重讓游客對(duì)展品有一個(gè)全方位的知識(shí)和背景了解；第二層注重讓游客身臨其境，零距離地接觸展品；第三層注重游客的情緒反饋，達(dá)到真正與游客交互、讀懂游客的目的。三層設(shè)計(jì)圍繞游客的體驗(yàn)度，層層遞進(jìn)，不斷加深游客的沉浸式游覽效果。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】