人工智能在科普場館展品設(shè)計(jì)與呈現(xiàn)中的應(yīng)用

司長偉　祝瑋澤　矯陽

［摘 要］隨著科技的不斷發(fā)展，人工智能已經(jīng)成為一個重要的研究領(lǐng)域。在科普場館中，人工智能的應(yīng)用也得到了越來越多的關(guān)注。本文首先介紹了科普場館展品設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀和問題，然后介紹了人工智能在科普場館展品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，包括語音識別、自然語言處理、計(jì)算機(jī)視覺等應(yīng)用，并闡述了人工智能應(yīng)用對于展品設(shè)計(jì)的優(yōu)勢。接下來，本文對人工智能在科普場館展品呈現(xiàn)方面的應(yīng)用進(jìn)行了探討，包括虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、互動式展品等方面的應(yīng)用，并分析了這些技術(shù)對于展品呈現(xiàn)的影響。最后，本文總結(jié)了人工智能在科普場館展品設(shè)計(jì)和呈現(xiàn)中的應(yīng)用對于提高科普教育效果的重要性，并展望了未來人工智能在科普場館展品設(shè)計(jì)和呈現(xiàn)中的發(fā)展前景。

［關(guān)鍵詞］人工智能；科普場館；展品設(shè)計(jì)；展品呈現(xiàn)；科普教育

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2023.21.044

［中圖分類號］TP18；G265 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A ［文章編號］1673-0194（2023）21-0147-05

0? ? ?引 言

科普場館作為一種重要的公共教育場所，具有很大的社會意義。科普場館展品設(shè)計(jì)與呈現(xiàn)對于科普場館的教育效果有著至關(guān)重要的影響。然而，傳統(tǒng)的科普場館展品設(shè)計(jì)與呈現(xiàn)方式往往難以滿足觀眾對于科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的多樣性的需求［1］。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，人工智能在科普場館展品設(shè)計(jì)與呈現(xiàn)中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。本文旨在探討人工智能在科普場館展品設(shè)計(jì)與呈現(xiàn)中的應(yīng)用，為提高科普場館的教育效果提供參考。

1? ? ?科普場館展品設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀和問題

自2006年至2018年底，我國建筑面積超過500平方米的科技博物館數(shù)量增加了30%。這表明，近年來我國的科技館事業(yè)正在蓬勃發(fā)展。為滿足公眾對科技知識的需求，各地正采取新建、改建和擴(kuò)建科技館的措施。政府領(lǐng)導(dǎo)思想觀念的解放和對科技館重要性認(rèn)識的深化，也推動了科技館建設(shè)規(guī)模和數(shù)量的不斷擴(kuò)大。但是，科普場館展品設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀可以說是比較滯后的。當(dāng)前的科普場館展品主要是靠人工設(shè)計(jì)和制作，難以滿足觀眾對于科學(xué)技術(shù)知識的多樣性需求。傳統(tǒng)的科普場館展品存在以下幾個問題。

1.1? ?產(chǎn)品單一

傳統(tǒng)的科普場館展品種類單一，大多數(shù)展品是靜態(tài)的、以文字和圖片為主的展板或?qū)嵨锬Ｐ停狈有院腿の缎裕茈y引起參觀者的興趣。這種種類單一的展品已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代人的需求，人們對于科學(xué)知識的獲取方式已經(jīng)發(fā)生了巨大變化。科普場館需要通過多樣化的展品展示手段來吸引觀眾的注意力。因此，為了提高科普場館的吸引力和影響力，我們需要采用新的展品形式，以滿足參觀者對科學(xué)知識的需求。

1.2? ?互動性不足

傳統(tǒng)的科普場館展品互動性不足，很難引起參觀者的興趣。觀眾對于科學(xué)知識的獲取已經(jīng)從被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃咏邮埽麄兿Ｍㄟ^更加豐富和有趣的互動形式來獲得知識。然而，傳統(tǒng)的展品形式往往只是簡單地呈現(xiàn)或模擬，缺乏互動性和趣味性，很難引起觀眾的興趣。

1.3? ?更新緩慢

傳統(tǒng)的科普場館展品更新緩慢，這可能導(dǎo)致展品內(nèi)容落后、陳舊、無法滿足觀眾的需求，導(dǎo)致科普場館的參觀率和影響力下降。傳統(tǒng)的展品更新通常需要耗費(fèi)大量的人力、物力和時間，從展品的設(shè)計(jì)、研發(fā)、制作到布展需要經(jīng)過一系列的步驟，耗費(fèi)很長的時間。這樣一來，一些展品可能需要很長時間才能更新，影響了觀眾的參觀體驗(yàn)和學(xué)習(xí)效果。

這些問題使得傳統(tǒng)的科普場館展品設(shè)計(jì)難以滿足觀眾的需求，也影響了科普場館的教育效果。因此，為了提高科普場館的教育效果，需要采用新的科技手段進(jìn)行展品設(shè)計(jì)和呈現(xiàn)。例如，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造身臨其境的感覺，或者通過模擬實(shí)驗(yàn)、互動游戲、觸摸屏、聲音和光影等多種手段來提高展品的互動性和趣味性，提高參觀者的參與感和興趣。這些新興的展品形式可以更加生動、直觀地展現(xiàn)科學(xué)知識，使參觀者能夠更好地理解和記憶所學(xué)的知識，使觀眾能夠更加深入地了解科學(xué)知識并參與科普活動。因此，提高展品展示效果是提升科普場館影響力的重要手段之一，科普場館應(yīng)該不斷創(chuàng)新，采用更加多元化的、創(chuàng)新的展示方式，以更好地傳播科學(xué)知識。

2? ? ?科普場館展品設(shè)計(jì)中應(yīng)用的人工智能技術(shù)

科普場館的人工智能主題展示具有極大的必要性和緊迫性。人工智能技術(shù)是第四次工業(yè)革命的核心代表技術(shù)，它已經(jīng)深刻影響了人們生產(chǎn)生活的各個方面，乃至顛覆了一些傳統(tǒng)的概念和認(rèn)知。為了構(gòu)筑我國人工智能發(fā)展的優(yōu)勢以及加快建設(shè)創(chuàng)新型國家和世界科技強(qiáng)國，國務(wù)院在2017年專門印發(fā)并施行了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》。人工智能在科普場館展品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要包括語音識別、自然語言處理、計(jì)算機(jī)視覺等方面。作為重要的科普工作載體，科普場館擁有受眾量大、青少年占比高、科普資源集中等優(yōu)勢。在與各類人工智能應(yīng)用場景和展項(xiàng)設(shè)備零距離互動的沉浸式體驗(yàn)中，公眾可以系統(tǒng)了解人工智能相關(guān)知識，深入理解人工智能本質(zhì)，認(rèn)識到其廣泛應(yīng)用和發(fā)展瓶頸［2］。這將激發(fā)公眾尤其是青少年對于人工智能的強(qiáng)烈興趣，推動社會對于人工智能未來的思考，甚至使青少年立志從事人工智能發(fā)展事業(yè)。因此，人工智能技術(shù)的應(yīng)用可以有效地解決傳統(tǒng)科普場館展品設(shè)計(jì)中存在的問題。

2.1? ?語音識別

語音識別技術(shù)可以將語音轉(zhuǎn)換為文本，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。在科普場館中，語音識別技術(shù)可以用于展品的解說和互動，使觀眾更加方便地獲取展品信息。例如，在科普場館中設(shè)置語音導(dǎo)覽系統(tǒng)，觀眾可以通過語音命令選擇自己感興趣的展品進(jìn)行了解和學(xué)習(xí)。

2.2? ?自然語言處理

自然語言處理技術(shù)可以使計(jì)算機(jī)理解和處理自然語言。在科普場館中，自然語言處理技術(shù)可以用于實(shí)現(xiàn)智能問答系統(tǒng)，幫助觀眾解答科學(xué)問題，也可以用于分析觀眾的反饋意見，從而不斷改進(jìn)展品設(shè)計(jì)。例如，在科普場館中設(shè)置智能問答系統(tǒng)，觀眾可以通過自然語言與計(jì)算機(jī)進(jìn)行對話，獲取更加深入的科學(xué)知識。

2.3? ?計(jì)算機(jī)視覺

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可以對圖像和視頻進(jìn)行自動分析和識別。在科普場館中，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可以用于實(shí)現(xiàn)展品的實(shí)時互動和識別。例如，在科普場館中設(shè)置虛擬現(xiàn)實(shí)展品，觀眾可以通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行互動，實(shí)現(xiàn)身臨其境的科學(xué)體驗(yàn)。

2.4? ?虛擬現(xiàn)實(shí)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于科普場館展品設(shè)計(jì)中，它能夠模擬出真實(shí)世界中的場景，使觀眾感受到身臨其境的體驗(yàn)。比如，一些科普場館利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展現(xiàn)了地球的各個角落，讓觀眾可以近距離觀察海底生物、探索宇宙等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅可以帶來更加豐富的展品體驗(yàn)，還可以讓觀眾深入了解展品所涉及的科學(xué)知識。

2.5? ?增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于科普場館展品設(shè)計(jì)中，它是一種將虛擬信息與現(xiàn)實(shí)場景相結(jié)合的技術(shù)，能夠在現(xiàn)實(shí)場景中添加虛擬物體、文字等信息。比如，在某些科普場館中，觀眾可以通過AR眼鏡觀看海洋中的鯨、企鵝等生物，還可以觸摸虛擬人物，與科學(xué)家對話了解詳細(xì)信息。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)橛^眾帶來更加生動的展品體驗(yàn)，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

2.6? ?互動式展品

互動式展品也是一種利用人工智能技術(shù)的展品設(shè)計(jì)方式。互動式展品可以讓觀眾參與展品的呈現(xiàn)過程，從而更加深入地了解展品所涉及的科學(xué)知識。比如，在某些科普場館中，觀眾可以通過觸摸屏幕采用手勢等方式與展品進(jìn)行互動，了解科學(xué)知識的同時，還可以增強(qiáng)觀眾與展品之間的交互，提高學(xué)習(xí)效果。

此外，人工智能技術(shù)還可以用于智能化展品的設(shè)計(jì)和推廣。傳統(tǒng)的展品設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)師和專業(yè)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)、制作和推廣，費(fèi)用和時間成本都比較高。而人工智能技術(shù)可以通過算法分析、自主學(xué)習(xí)等方式進(jìn)行展品設(shè)計(jì)，大大減少了人工成本和時間成本，同時還能保證展品的效果和質(zhì)量。例如，利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，可以根據(jù)觀眾的需求和興趣，自動生成最適合的展品設(shè)計(jì)方案，提高展品的吸引力和科普效果。

3? ? ?人工智能在科普場館中的應(yīng)用

3.1? ?應(yīng)用案例

3.1.1? ?智能導(dǎo)覽機(jī)器人

智能導(dǎo)覽機(jī)器人是人工智能在科普場館中的一種應(yīng)用，可以通過視覺識別和語音交互等技術(shù)為觀眾提供個性化的展覽導(dǎo)覽和互動體驗(yàn)。這種機(jī)器人可以自主控制移動，識別觀眾的身份和需求，為其提供針對性的服務(wù)，例如解說展品、回答問題、指引路線等。智能導(dǎo)覽機(jī)器人不僅提高了科普場館的展覽效果和觀眾體驗(yàn)，還降低了人力成本和管理難度。

3.1.2? ?人工智能虛擬助手

人工智能虛擬助手是一種可以通過語音識別和自然語言處理等技術(shù)為觀眾提供實(shí)時問題解答和互動交流的服務(wù)。這種虛擬助手可以在觀眾需要的時候隨時出現(xiàn)，解答觀眾的疑問，提供科學(xué)知識和教育資訊等內(nèi)容，讓觀眾更加深入地了解展品背后的科學(xué)原理。同時，這種虛擬助手還可以進(jìn)行情感分析，根據(jù)觀眾的情緒狀態(tài)和反饋信息調(diào)整自身的服務(wù)策略，提高觀眾的參與度和學(xué)習(xí)效果。

3.1.3? ?人工智能音頻導(dǎo)覽

人工智能音頻導(dǎo)覽是一種可以通過智能語音識別和自然語言處理等技術(shù)為觀眾提供生動、直觀的語音解說的服務(wù)。這種導(dǎo)覽可以結(jié)合實(shí)物展品和圖片，讓觀眾更加深入地了解展品的相關(guān)知識和背后的科學(xué)原理。同時，這種導(dǎo)覽還可以進(jìn)行個性化設(shè)置，根據(jù)觀眾的興趣和需求提供相應(yīng)的講解內(nèi)容和方式，提高觀眾的參與度和學(xué)習(xí)效果。

3.1.4? ?人工智能互動游戲

人工智能互動游戲是一種可以通過圖像識別、物體追蹤和語音識別等技術(shù)為觀眾提供有趣、創(chuàng)新的互動體驗(yàn)的服務(wù)。這種游戲可以針對各個年齡層次開展，讓觀眾在玩游戲的同時學(xué)習(xí)科學(xué)知識，增強(qiáng)參與感和學(xué)習(xí)效果。

3.2? ?應(yīng)用實(shí)例

3.2.1? ?“數(shù)字文化展示中心”的智能化導(dǎo)覽系統(tǒng)

長春中國光學(xué)科學(xué)技術(shù)館的展品涉及虛擬現(xiàn)實(shí)、科技應(yīng)用等多個領(lǐng)域。為提高觀眾的參觀體驗(yàn)和科普效果，該館利用人工智能技術(shù)設(shè)計(jì)了一套智能化導(dǎo)覽系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過語音識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)語音導(dǎo)覽、通過自然語言處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能問答、通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬互動等功能，為觀眾提供了更加智能化的科普體驗(yàn)。

3.2.2? ?虛擬現(xiàn)實(shí)展品

長春中國光學(xué)科學(xué)技術(shù)館4D電影是在3D立體電影的基礎(chǔ)上增加了震動、霧、雨、雪、風(fēng)、電、氣味、氣泡等環(huán)境特效。通過特效動作與有趣的動畫情節(jié)配合，將聽覺、視覺、嗅覺、觸覺完美地融為一體，觀眾在觀影時會欣賞到呼之欲出、栩栩如生的立體影像。4D電影的特性是身臨其境和驚險刺激，讓觀眾完全融入影片的立體場景之中，超越所有大眾影院和家庭影院的體驗(yàn)，感受從未有過的震撼和新奇。為了吸引更多的觀眾并提高科普效果，該館采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)了一些互動性較強(qiáng)的展品。例如，在展示地震模型的同時，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了地震發(fā)生時的模擬體驗(yàn)，觀眾可以通過戴上VR眼鏡，體驗(yàn)地震時的震感和危險。這種虛擬現(xiàn)實(shí)展品設(shè)計(jì)不僅吸引了更多的觀眾，還提高了觀眾對地震科學(xué)知識的理解和認(rèn)知。

3.2.3? ?長春中國光學(xué)科學(xué)技術(shù)館的AI輔助展品

長春中國光學(xué)科學(xué)技術(shù)館利用人工智能技術(shù)在展品設(shè)計(jì)中引入了AI輔助功能。其中一個具有代表性的展品是“AI教育智能導(dǎo)游”項(xiàng)目，該項(xiàng)目采用了游覽機(jī)與AI技術(shù)相結(jié)合的形式，通過語音識別、自然語言處理等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對游客的交互式引導(dǎo)和問題解答，為游客提供了全方位的服務(wù)。這種形式的導(dǎo)游展示不僅提升了游客的參觀體驗(yàn)，還使得展品更加智能化和科技化。這些AI輔助展品充分利用了人工智能技術(shù)的優(yōu)勢，將展品的呈現(xiàn)和參觀者的體驗(yàn)提升到一個新的高度。

4? ? ?人工智能在科普場館展品設(shè)計(jì)和呈現(xiàn)中面臨的挑戰(zhàn)與展望

4.1? ?人工智能在科普場館展品設(shè)計(jì)和呈現(xiàn)中面臨的挑戰(zhàn)

盡管人工智能在科普場館展品設(shè)計(jì)和呈現(xiàn)中有廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿Γ窃趯?shí)際應(yīng)用過程中，也會面臨一些挑戰(zhàn)和問題。主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

技術(shù)瓶頸：盡管人工智能技術(shù)已經(jīng)取得了重大突破和進(jìn)展，但是在某些方面還存在技術(shù)瓶頸和難點(diǎn)，例如語音識別技術(shù)的精度和準(zhǔn)確性，自主學(xué)習(xí)技術(shù)的可靠性和魯棒性等，這些問題需要進(jìn)一步解決。

數(shù)據(jù)隱私和安全問題：人工智能技術(shù)的應(yīng)用需要大量的數(shù)據(jù)支持，但是涉及數(shù)據(jù)隱私和安全問題，需要采取嚴(yán)格的數(shù)據(jù)保護(hù)措施和安全策略，保證數(shù)據(jù)不被泄露或?yàn)E用。

人機(jī)交互問題：在人工智能技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要充分考慮人機(jī)交互的問題，讓人類用戶更加自然、愉悅地與機(jī)器進(jìn)行交互和溝通，同時也要避免因過度依賴機(jī)器而失去人類的主導(dǎo)地位。

成本和效益問題：人工智能技術(shù)的應(yīng)用需要技術(shù)和人力資源方面的支持，同時也需要投入大量的時間和費(fèi)用，因此需要進(jìn)行成本效益分析和優(yōu)化，確保人工智能應(yīng)用的效益和價值得到最大化的體現(xiàn)。

4.2? ?未來展望

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，科普場館的展品設(shè)計(jì)和呈現(xiàn)將會得到更加智能化和高效化的改進(jìn)。未來，我們可以期待以下幾個方面的發(fā)展。

更加智能化的導(dǎo)覽系統(tǒng)：隨著人工智能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，智能導(dǎo)覽系統(tǒng)將會越來越智能化和人性化。例如，系統(tǒng)可以通過人臉識別技術(shù)和語音識別技術(shù)，識別觀眾的面部表情和語音特征，提供更加個性化和更具針對性的科普導(dǎo)覽服務(wù)。

更加智能化的展品設(shè)計(jì)：未來，人工智能技術(shù)將會被廣泛應(yīng)用于展品的設(shè)計(jì)、制作和推廣。通過深度融合自主學(xué)習(xí)技術(shù)，展品設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)更加智能化和自主化。例如，系統(tǒng)可以根據(jù)觀眾的歷史參觀記錄和行為模式，自主學(xué)習(xí)觀眾的興趣和需求，提供更加符合觀眾口味的展品設(shè)計(jì)。

更加高效化的展品呈現(xiàn)：未來，科普場館的展品呈現(xiàn)將會更加高效化和智能化。例如，系統(tǒng)可以通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)虛擬互動和3D展示，提供如身臨其境的科普體驗(yàn)。同時，展品呈現(xiàn)也可以通過云計(jì)算技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化的管理和監(jiān)控，提高展品的科普效果。

5? ? ?結(jié)束語

總之，科普場館作為科普事業(yè)的重要組成部分，承擔(dān)著普及科學(xué)知識、提升科學(xué)素養(yǎng)、推動科學(xué)進(jìn)步的重要使命。人工智能技術(shù)的應(yīng)用，為科普場館展品設(shè)計(jì)和呈現(xiàn)帶來了全新的思路、技術(shù)和方法，推動了科普事業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展［3］。未來，人工智能技術(shù)將會在科普場館展品設(shè)計(jì)和呈現(xiàn)中扮演更加重要的角色，為觀眾帶來更加豐富、深入和個性化的科學(xué)體驗(yàn)，促進(jìn)科學(xué)知識傳播。因此，我們需要充分認(rèn)識和把握人工智能技術(shù)的應(yīng)用前景和價值，加強(qiáng)科技創(chuàng)新和人才培養(yǎng)，積極推動人工智能與科普事業(yè)的深度融合和發(fā)展。

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