面向文化遺產知識傳播的百戲俑VR體驗系統

摘要 秦始皇陵及兵馬俑坑作為世界文化遺產，承載著深厚的中華民族精神與血脈。在秦陵K9901陪葬坑出土的百戲俑，生動反映了秦代百戲藝術等宮廷娛樂活動及百戲藝人形象，為后人了解秦代社會提供了一個新的視角，具有重要歷史、藝術和科學價值。當前已有秦俑數字化工作主要圍繞兵馬俑陪葬坑及文物展開，鮮有以百戲俑為對象的數字化研究與實踐。該文旨在針對百戲俑這一重要文化遺產，利用虛擬現實（VR）技術對秦百戲俑的知識傳播與體驗問題展開研究。首先，對百戲俑三維模型數據進行處理和加工，通過基于人工勢場的重定向行走和基于球體相交的碰撞檢測算法，引導用戶在VR環境中的運動，實現了復雜交互動作的實時與精確反饋;其次，采用基于學習的漸進式設計方法，搭建了秦百戲俑VR體驗系統;最后，結合技術接受與使用統一理論（UTAUT）模型和用戶行為傾向，從知識傳播效果（KDR）、有用性（PE）、易用性（EE） 3個方面對百戲俑VR與傳統傳播方式（紀錄片和網頁）進行比較研究，并對用戶體驗數據及其差異性等做分析評估。實驗結果表明，與傳統方式相比，百戲俑VR體驗系統顯著提高了用戶的學習動機和探索意愿，增強了受眾對百戲俑文化遺產的知識體驗，為面向年輕群體的文化遺產知識傳播提供了有效的解決方案。

關鍵詞 虛擬現實;百戲俑;文化遺產知識傳播;人工勢場;用戶體驗

中圖分類號：TP311" DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2025-01-007

The VR experience system of acrobat figure forcultural heritage knowledge dissemination

XU Jinning1， WEN Chao1， GENG Guohua2， TANG Yongbo2，LIU Dan1， ZHAO Weiyi1

（1.Intelligent Interaction ＆ Information Art Research Center， Northwest University， Xi’an 710127， China;

2.School of Information Science and Technology， Northwest University， Xi’an 710127， China）

Abstract As the world cultural heritage， the Mausoleum of Qinshihuang with the Terracotta Warriors pits， carries the deep spirit and bloodline of the Chinese nation. The acrobat figure unearthed in the Qin Mausoleum’s K9901 burial pit， vividly reflects the acrobat arts and other court entertainment activities of Qin Dynasty and shows the image of acrobat artists at that time. It provides a new perspective for future generations to understand the society of the Qin Dynasty， with important historical， artistic， and scientific value. Currently the digitalization of the Terracotta Warriors" mainly focuses on Warriors burial pits and cultural relics， there are few digitalized researches and practices targeting the acrobat figure. For the acrobat figure， the important cultural heritage， this paper aims to conduct research on the knowledge dissemination and experience of the acrobat figure using virtual reality （VR） technology. Firstly， the 3D data of the acrobat figure is processed， the user’s movement in the VR environment is guided by the redirected walking algorithm based on artificial potential fields， and the real-time and accurate feedback of the complex interactive actions is achieved by spherical intersection based collision detection algorithm; secondly， a Qin Dynasty Baixi VR experience system is constructed by adopting the progressive design method based on learning; finally， combining with the unified theory of acceptance and use （UTAUT） model and the user’s behavioral tendency， Baixi VR is compared with the traditional ways （documentary and webpage） of cultural heritage knowledge dissemination in aspects of knowledge dissemination results （KDR）， performance expectancy （PE）， and effort expectancy （EE）， then the users’ experience data and their differences are analyzed and evaluated. The experimental results show that compared with the traditional approach， the Baixi VR experience system significantly improves the users’ motivation and willingness of exploration， and enhances the audiences’ knowledge experience of the cultural heritage of the acrobat figure， which provides an effective solution for the dissemination of cultural heritage knowledge in the audience， especially in the young group of the audience.

Keywords virtual reality; acrobat figure （Baixi）; cultural heritage knowledge dissemination; artificial potential fields; user experience

數字技術的不斷發展為文化遺產帶來了多姿多彩的展示與闡釋方式，有效擴大了文化遺產的傳播范圍和文化價值［1］。秦始皇帝陵及兵馬俑坑作為世界文化遺產，不僅是因為其壯觀的規模、豐富的埋藏品稱著于世，更因其蘊含著巨大綜合價值而備受社會各界的關注［2］。1999年，位于秦始皇帝陵園東南部，內外城間的K9901陪葬坑中出土了11件破碎的陶俑，這些陶俑形態健碩、瘦削不等、姿態各異，造型風格與秦兵馬俑截然不同，試掘簡報中詳細介紹了所修復的6件陶俑［3］，認為這些陶俑是宮廷娛樂百戲活動的象征。百戲，又名雜技，是古代雜樂散技的總稱，秦和西漢時稱之為角抵，到東漢時稱之為百戲，并為后來歷代沿用［4］。秦始皇將六國技藝文化集于咸陽宮中，統稱為“角抵俳優之戲”［5］。百戲俑坑是中國墓葬歷史上首次出現以整個陪葬坑為單位來表現百戲藝術等宮廷娛樂活動及百戲藝人形象［6］。秦百戲俑內涵豐富多姿，呈現出秦代社會的不同側面，具有極高的歷史、藝術和科學價值。自20世紀90年代起，以西北大學為代表的科研單位已開始采用數字化手段對秦陵文物展開虛擬復原與展示等研究，并取得了一系列成果［7-9］，為秦俑的數字化保護做出了貢獻。然而，已有秦俑數字化工作主要圍繞兵馬俑陪葬坑及文物展開，鮮有以百戲俑為對象的數字化研究與實踐。百戲俑當前的展示與傳播仍采用較傳統方式，如線下書籍、展覽、網頁圖像和數字影像等，這些方式受時空限制，很難滿足參觀者近距離、沉浸式觀賞需求。

目前虛擬現實（virtual reality， VR）技術被廣泛用于文化遺產數字化領域［10-11］，相較于傳統的文化遺產展示方式，大眾對VR技術的接受程度較高［12］。國內外學者在VR文化遺產展示與體驗方面進行了很多研究［13-18］。Mortara等認為VR技術的空間特性能夠強化用戶對歷史場景和物體對象的空間感知［15］；Cannavò等結合使用有形界面和語音界面設計了一種沉浸式VR系統［16］，從沉浸感、臨場感、用戶體驗、可用性和參觀意愿評估其對用戶的影響，表明基于該VR系統有效增加了文化遺產對普通用戶的吸引力；Wen等設計了秦陵VR系統［17］，構建了基于虛擬現實與藝術體驗的評價體系，并對該VR系統進行體驗評估，顯示出VR在文化遺產復原與展示方面的優勢；Fu等搭建了一個交互式虛擬現實系統RestoreVR［18］，讓體驗者在虛擬洞窟中修復敦煌壁畫，與傳統展示方式相比，RestoreVR不僅改善了用戶體驗，還增強了觀者對古代壁畫保護方法的認識。這些研究反映出VR文化遺產的優勢以及用戶對VR帶來的沉浸式互動體驗表現出很高的興趣。但隨著VR應用的普及和人們（尤其是年輕群體）對數字文化遺產內容的期望提升，單純優化VR系統交互體驗已經不能滿足受眾日益增長的文化和知識體驗需求，如何利用VR技術有效地提升文化遺產知識傳播質量，成為VR文化遺產研究的關鍵問題［19］。

當前，研究者開始關注VR文化遺產的知識傳播與學習體驗問題［20-24］。如Petrelli等通過對比研究羅馬文化遺產數字化案例［22］，發現VR系統能夠有效地展示與傳播文物的原貌和文化背景，促進游客感受到“文化的存在”，強化游客對文化遺產信息的認知；Jin等以漢代畫作《漢宮春曉圖》為案例［23］，設計了一個虛擬現實交互系統，通過評估發現用戶對《漢宮春曉圖》相關知識學習的有效性和積極性明顯提高，反映出VR在文化遺產知識傳播與學習方面的價值；Gao等設計了一個學習圣誕文化的沉浸式VR系統［24］，通過評估發現VR提供的臨場感改善了學習者跨文化互動的表現，驗證了VR在文化學習方面的實際價值。基于此，針對百戲俑這一重要的文化遺產，不但亟需運用VR來增強大眾對它的感知和體驗，更需要通過VR系統向年輕受眾有效傳播百戲俑蘊含的歷史文化知識，這也成為了百戲俑VR系統研究的核心。

綜上所述，本文旨在利用VR技術面向秦百戲俑的文化知識傳播與體驗問題展開研究。主要研究工作分為2個階段：第一個階段，基于用戶調研和需求分析確定百戲俑VR系統的設計目標，在百戲俑三維模型處理和加工基礎上，通過新的基于人工勢場的重定向行走和基于球體相交的碰撞檢測算法，并采用以學習者為中心的漸進式設計方法［25］，對秦陵百戲俑進行數字化重構，搭建秦陵百戲俑的VR體驗系統，讓用戶在虛擬環境中沉浸式感知秦百戲俑歷史文化;第二個階段，對51名用戶進行百戲俑VR用戶體驗研究，結合技術接受與使用統一理論（unified theory of acceptance and use of technology，UTAUT）［26］與用戶行為傾向［27］，從知識傳播效果（knowledge dissemination result，KDR）、有用性（performance expectancy，PE）、易用性（effort expectancy，EE） 3個方面對百戲俑VR與傳統文化遺產知識傳播方式（紀錄片和網頁）進行比較研究。本文的主要貢獻有： ①首次構建了一個基于知識傳播的秦百戲俑VR體驗系統，搭建了一個具有高度沉浸感和趣味性的文化遺產知識體驗環境;②提出以知識傳播效果、有用性和易用性為核心，通過對比百戲知識不同傳播方式，進行百戲俑VR系統的知識體驗評估;③結合相關性分析獲取影響VR文化遺產知識體驗的關鍵因素，驗證了VR系統在提升百戲文化遺產知識傳播效果方面的有效性。

1 系統構建

VR提供的沉浸式環境讓文化遺產知識的展示傳播更加多元化、個性化、自由化［28-30］。為了明確目標用戶對百戲俑VR文化遺產體驗的具體需求，我們主要針對18～45歲為主的年輕人群體進行了線上調研，以掌握他們對百戲俑的基本了解程度、對VR系統使用態度及對文化遺產VR體驗的主要期望等。受訪者251人主要為大學生（70％），其中18～25歲占比最多（73.2％），36～45歲及45歲以上占比較少（主要為領域專家）。通過用戶的核心需求分析，確立了百戲俑VR系統的設計目標為通過高質量的虛擬現實體驗促進百戲俑文化遺產知識的傳播與學習，即建立高質量的沉浸式體驗和提高用戶對秦陵百戲俑的知識認知度。

1.1 數據處理與方法描述

1.1.1 百戲俑三維模型處理

百戲俑VR系統使用的三維模型原始數據來自于我們前期的數據采集和整理［9］。 由于考古發掘的百戲俑多為碎片（塊）， 幾乎沒有整俑， 我們先運用三維激光掃描完成碎片信息采集， 并對三維碎片數據進行預處理， 接著采用碎裂面提取及斷裂面匹配算法［31］， 實現百戲俑碎片的計算機輔助拼接和百戲俑個體虛擬修復， 最后， 結合模型處理方法得到百戲俑高精度三維數字模型（見圖1）。 在此基礎上， 使用三維建模工具對百戲俑在逼真度上進行藝術化加工， 拆分重構百戲俑模型， 為俑體黏結部分重建缺失的模型面片， 并在處理后的模型上添加骨骼并設置權重、 制作角色動作（見圖2）。

1.1.2 基于人工勢場的重定向行走

百戲俑VR系統中需要用戶通過物理移動完成一定任務，由于VR環境中用戶自由移動常會遇到碰觸物理邊界和障礙物的情況，因此VR系統一般通過重定向行走（redirected walking，RDW）［32］來引導用戶避開物體，然而傳統的RDW方法普遍存在路徑規劃不準確，移動體驗不流暢等問題。針對該問題，本系統采用了一種基于人工勢場（artificial potential fields，APF）的APF-RDW方法。該方法為中動“機器人”，研究表明，APF-RDW明顯優于傳統的RDW方法［33-34］。在 APF-RDW 中，勢場由2部分組成：障礙物產生的排斥勢場和目標點產生的吸引勢場，機器人的運動方向由勢場的梯度決定，即沿著勢場梯度最小阻力的方向移動。APF-RDW 方法通過計算每個障礙物和每個其他用戶產生的力向量來確定用戶的轉向方向，這些力向量指向遠離障礙物和用戶的方向，其大小與用戶到障礙物或用戶的距離成反比，算法具體過程如下。

首先，吸引勢能Uatt通常定義為目標位置對用戶的吸引作用，可以用公式（1）表示，

Uatt=[SX（]1[]2[SX）]katt‖q-qgoal‖2" （1）

式中：katt是吸引力系數；q是用戶當前位置；qgoal是目標位置。對應的引力Fatt是吸引勢能的負梯度，如公式（2）所示，

Fatt=-Uatt=-katt（q-qgoal）" （2）

其次，斥力勢能Urep定義為障礙物對用戶的排斥作用，用公式（3）表示，

Urep=1[]2krep1[]‖q-qobs‖-1[]d02[]if ‖q-qobs‖≤d00""""""""" []if ‖q-qobs‖gt;d0" （3）

式中：krep是斥力系數；q是用戶當前位置；qobs是障礙物位置；d0是斥力作用的影響范圍。對應的斥力Frep是斥力勢能的負梯度，用公式（4）表示，

Frep="krep1[]‖q-qobs‖-1[]d01[]‖q-qobs‖3（q-qobs）" if ‖q-qobs‖≤d00 if ‖q-qobs‖gt;d0（4）

最后，合成力F是引力Fatt和斥力Frep的合成，如公式（5）所示，

F=Fatt+∑iFrep，i" （5）

式中：Frep，i表示來自第i個障礙物的斥力。

算法根據合成力向量F的大小和方向，以及用戶的當前運動狀態（靜止、行走、頭部轉動），計算出在下一幀中需要應用到虛擬視點的增量旋轉量，即轉向速率。這個虛擬轉向速率是用戶頭部在物理空間旋轉時其對應在虛擬空間需要以多快的速度轉動。轉向速率的計算考慮了以下幾個因素。

1）基礎旋轉速率（baseRate）。是一個常量，表示用戶在不轉動頭部的情況下可以應用的少量重定向。

2）移動轉向速率。與用戶的行走速度相關，它指導用戶在物理空間中走曲線，而在虛擬空間中沿著直線行走。這個速率是根據用戶的速度和合成力向量的大小來調整的。合成力向量越大，表示用戶越接近障礙物，因此需要更大的轉向速率來避免碰撞，其計算如公式（6）所示，

walkingRate=360v[]2πr， if vgt;V0，""" otherwise（6）

式中：r是用戶行走路徑的曲率半徑；v是用戶的行走速度；V是一個預設的最小速度閾值。當用戶的行走速度超過這個閾值時，移動轉向速率會根據合成力向量的大小進行調整。

3）頭部轉向速率。是基于用戶頭部轉動的速度來計算的，當用戶在行走時轉動頭部，算法可以通過調整用戶的虛擬視點來保持用戶的平衡。這個速率受到合成力向量F的影響，因為合成力向量指示了用戶應該轉向的方向，其計算如公式（7）所示，

headRate=θ（angRateScale）， if vgt;V0，"""""" otherwise（7）

式中：θ是用戶頭部的轉動速度，angRateScale是一個比例因子，它根據用戶頭部轉動是放大還是壓縮虛擬世界中的旋轉而變化。

合成力向量F的大小被用來調整用戶的轉向速率。如果合成力向量較大，意味著用戶需要更積極地轉向以避免障礙物或其他用戶。這種調整是通過一個縮放因子s來實現的，該因子根據合成力向量的平均長度‖Fa‖來計算，如公式（8）所示，

s=[SX（]‖F‖[]‖Fa‖[SX）]（scaleMultiplier）" （8）

式中：scaleMultiplier是一個預先設定的縮放因子。

轉向速率（包括移動轉向速率和頭部轉向速率）會根據合成力向量的大小進行調整。調整后的轉向速率計算如公式（9）和（10）所示，

walkingRate′=clamp〔s（walkingRate，" 0，maxWalkingRate）〕（9）

headingRate′=clamp〔s（headingRate），" 0，maxheadingRate〕" （10）

最終，算法會計算出在下一幀中需要應用到虛擬視點的增量旋轉量incrementalRotation。這個旋轉量是基礎轉向速率、調整后的移動轉向速率和頭部轉向速率中的最大值，并乘以時間間隔Δt，如公式（11）所示，

incrementalRotation=max（baseRate，walkingRate′，headRate′）Δt" （11）

這個增量旋轉量將根據合成力向量的方向進行標記，以確保用戶的運動方向與合成力向量的方向一致。

用戶在百戲俑VR系統移動時，算法會根據房間的布局和障礙物實時生成incrementalRotation，即用戶在VR世界的轉向速率，并將其應用到虛擬世界用戶的移動和旋轉上。APF-RDW方法利用這種物理空間和虛擬空間之間的轉向速率差可以引導用戶自然地避開障礙物，從而使用戶在使用百戲俑VR系統時能夠更自由地走向被交互的鼎或俑等對象，減少了因空間限制帶來的不適感和對用戶交互動作的限制（見圖3），增強了VR體驗沉浸感，也使得用戶可以更自然地進行扛鼎、尋橦等獨特交互動作。

上述計算所用的常數值如表1所示。

1.1.3 基于球體相交的碰撞檢測

在百戲俑VR系統中，由于用戶會與鼎、橦等物體完成特別的交互，這些交互動作均需要系統支持用戶在虛擬環境中手柄與所互動物體精確的碰撞檢測。傳統VR系統通常依賴矩形或多邊形碰撞體來進行碰撞檢測，這在處理復雜交互時存在性能瓶頸和精度不足的問題。針對以上問題，百戲俑VR系統使用了一種新的基于球形碰撞體相交的碰撞檢測算法，該算法不僅計算量小，且能更精確地適應復雜交互動作，其具體步驟如下。

1）計算對應模型中的交互部位的球心位置。針對模型每個邊緣位置點V=［VX，VY，VZ］，用取平均值之后的坐標作為它的球心，如公式（12）所示，

Q=[SX（]1[]N[SX）]∑[DD（]N[]j=1[DD）]Vj" （12）

式中：Q是模型的球心位置；Vj是模型上的第j個坐標點，由X，Y，Z 3個值組成；N是模型上點的個數。

2）計算碰撞球半徑R，如公式（13）所示，

dist（Q，V）=Q-VR=dist（13）

式中：Q是模型的球心位置；V是模型上的坐標點；dist（Q，V）是球心位置到V的距離，為球半徑R。

以Q為球心，R為半徑，構建碰撞球體;同理按照這種方式，對操控手柄模型構建一個S為球心，r為半徑的碰撞體。

3）檢測模型碰撞球體是否與操控手柄模型的碰撞球體相交。如公式（14）所示，

distance=（Qx-Sx）+（Qy-Sy）+（Qz-Sz）2（14）

式中：distance為2個碰撞體球心間的距離；Qx、Qy、Qz是模型的碰撞球體坐標、Sx、Sy、Sz是操控手柄模型的碰撞球體坐標。當distancelt;=R+r時，發生相交;distancegt;R+r時，則不相交。

基于該檢測算法，百戲俑VR系統可以精確地判斷用戶手柄與互動物體之間進行復雜動作時的碰撞情況，并能以更快的速度和更低的延遲響應，確保了VR交互動作的實時反饋，從而得到更加流暢的用戶體驗。

1.2 基于漸進式方法的VR場景設計

依據百戲俑重點知識，百戲俑VR場景（scene）設計策略基于用戶的活動與環境做出［35］，采用以學習（體驗）者為中心的漸進式設計進行虛擬場景構建［21］。本次設計以學習體驗為中心，結合百戲俑的文化背景，漸進式創建了多層次的體驗場景，引導用戶發揮主動性，以促進他們對百戲俑的理解與認識。如圖4所示，本系統共設計了3個體驗場景，分別是導覽場景、探索場景、互動場景。用戶進入系統后，將依次體驗3個場景，首先通過導覽場景認識相關秦陵背景知識和VR基本操作，其次通過探索場景了解百戲俑的歷史、文化及藝術等知識［36］，最后通過互動場景引導用戶通過親身交互，主動形成對秦百戲俑文化遺產信息的行為認知，從而實現基于VR的知識傳播。

如圖5所示，導覽場景主要以驪山虛擬場景為主，旨在讓體驗者在平靜的氛圍中逐漸沉浸，進而提升他們在驪山等虛擬環境中的專注度，用戶置身于該場景中時，可四處轉動視角并跟隨攝像機在虛擬場景中運動，結合旁白解說，使其在感受新奇、神秘、夢幻的虛擬場景同時，對秦始皇帝陵園及K9901陪葬坑等歷史建立初步了解。探索場景通過自由探索和故事敘事2種方式，促進用戶對百戲俑知識的自主學習，用戶進入場景后即進入自由探索模式，在場景中進行漫游探索，并當用戶接近百戲俑時會觸發故事敘事部分，為了優化用戶在該場景中的體驗并減少其他元素的干擾，系統有意限制了用戶位置，將用戶置于特定位置與百戲俑對話，使其更好了解百戲知識。互動場景則將百戲表演藝術與表演道具結合，構建了基于游戲學習的具身交互［37］，讓用戶體驗到扛鼎、尋橦（爬竿）等百戲技藝的主要特點，用戶可通過VR手柄舉起青銅鼎，也可對青銅鼎的紋飾、形制等細節進行觀賞，或模擬百戲表演中“扛鼎”的動作（如將青銅鼎高高舉起后拋出），還可以靠近尋橦表演道具，通過控制手柄左右手交替逐級而上，從而體驗尋橦百戲表演時的驚險與刺激。

2 系統體驗評估

2.1 評估實驗設計

本次針對百戲俑VR系統的體驗評估，以紀錄片（新鮮博物館之進擊的大秦第三集：大秦達人秀）和網頁（秦陵博物院官網K9901陪葬坑相關頁面）為對照組，將VR方式與以上2種傳統傳播方式進行比較研究，共招募了51名測試者參與系統評估研究，以此來驗證百戲俑VR系統在知識傳播方面的有效性。根據UTAUT模型，用戶技術接受的過程主要通過PE和EE感知完成，而最終的用戶行為傾向和使用態度，要結合其他影響因素一起決定［27］。因此針對百戲俑VR系統，本次評估主要從3個方面來收集和分析體驗數據。①KDR，從體驗后參與者對百戲俑的了解程度，以及去秦陵博物院實地參觀意愿，評價（VR、紀錄片、網頁）3種方式是否有效傳播了百戲俑知識，并提升了用戶對百戲俑的興趣;②PE，從趣味性、沉浸感、真實性等綜合指標來評價3種方式的有用性;③EE，以交互、視覺效果等方面的流暢度評估3種方式的易用性。基于此，提出了以下3個假設：

H1 相比于傳統的展示傳播方式，百戲俑VR對知識傳播效果有更為積極的影響;

H2 相比于傳統的展示傳播方式，百戲俑VR對有用性有更為積極的影響;

H3 相比于傳統的展示傳播方式，百戲俑VR沒有對易用性產生消極影響。

根據以上假設，結合Zotos等的研究［38］，針對百戲俑VR設計了3份調查問卷，采用Likert 7分量表法進行測測量（1分代表非常不同意，7分代表非常同意），驗證所提出的假設（見表2）。

2.2 實驗過程

此次評估一共招募了年齡為18～45歲的51名參與者，包括34名大學生，10名教師，7名非教育行業工作人員。參與者們被隨機分配入VR組、紀錄片組和網頁組，每組17人。VR組的參與者們在被告知如何使用VR設備之后，進入百戲俑VR系統。對照組分別通過觀看紀錄片和網頁信息了解百戲俑。所有參與者在學習體驗結束后，完成3份問卷。百戲俑VR體驗系統在Intel Xeon E52630 2.40 GHz CPU， NVIDIA GeForce GTX 1080 GPU和6 GB內存的計算機上運行，VR組使用HTC VIVE進行沉浸式交互，包括1個頭戴式顯示器、2個無線手持控制器（手柄）、2個3D空間激光跟蹤站。

2.3 分析與結果

我們首先對3份問卷的信度進行檢驗，其中Cronbach alpha系數分別為0.902、0.743、0.641，說明量表信度水平較高。根據數據呈現非正態分布的特征，使用Kruskal-Wallis（K-W）檢驗分析3組之間是否存在差異，最后用中位數對比總體結果（見圖6）。

假設H1的分析結果如表3所示，3組用戶在知識傳播效果上存在顯著差異，p值均小于0.01，網頁組的中位數最小，紀錄片組有3項（H1.1、H1.3、H1.5）小于VR組，2項（H1.2、H1.4）與VR組持平。這說明不同文化遺產傳播方式在知識傳播效果存在明顯差異，并且百戲俑VR體驗系統的表現明顯優于傳統的傳播方式。用戶能在VR系統中自由地觀察文物細節，將抽象的文化遺產知識可視化，拉近了與文物的距離，增強了學習者的好奇心，有效提高了用戶的學習興趣，并最終影響了他們的行為傾向，加強了他們去實地參觀的意愿。上述結果表明，VR形式有效地激發了用戶的學習動機，對文化遺產知識傳播的效果產生了積極影響，為假設H1的有效性提供了充分的證據。

假設H2的分析結果如表4所示。3組在系統有用性上存在顯著性差異，p值均小于0.01，網頁組的中位數最小，紀錄片組有2項（H2.1、H2.2）低于VR組，2項（H2.3、H2.5）與VR組相同，1項（H2.4）高于VR組。這說明不同的傳播方式在有用性上同樣存在明顯差異，VR系統以其趣味性和沉浸感顯著提升了用戶體驗，并且在重現百戲俑文物場景的真實性方面，VR系統展現出與紀錄片相媲美的效果，提供了高度的真實感和沉浸體驗。基于假設H1的驗證結果，假設H2進一步確認了真實性、趣味性和沉浸感對于增強VR系統中知識傳播有效性的積極作用。但是豐富的交互體驗在一定程度上會影響系統的信息傳遞，對VR系統的學習成果帶來消極影響［39］。總體上，該組分析結果為假設H2的成立提供了有效的證據。

假設H3的分析結果如表5所示。3組在易用性上存在顯著性差異，p值均小于0.01，網頁組的中位數仍最小，VR組有1項高于（H3.1）高于紀錄片組，2項（H3.2、H3.3）低于紀錄片組。這表明百戲俑VR體驗系統并未對用戶體驗的易用性產生不利影響，而且用戶對于這種新穎的呈現方式表現出了極高的偏好。然而，研究同時發現系統的操作性存在進一步優化的潛力，例如可以通過引入具有信息提示功能的交互界面，以輔助用戶更有效地觸發與文物的互動情節。

我們還對影響百戲俑知識傳播效果（K1幫助用戶理解知識評分、K2用戶對百戲俑的興趣評分、K3知識展示的有效性評分）的體驗數據和系統沉浸感做了進一步相關性分析，結果如表6所示。其中，沉浸感評分與K1、K2、K3均表現出顯著的正相關性（見圖7），3組的相關系數分別為0.843gt;0、0.989gt;0、0.919gt;0。這反映出百戲俑VR的高沉浸性為用戶帶來了更高質量且更具趣味的體驗，使得用戶更專注于探索和獲取系統展示的相關歷史文化信息，從而提升了百戲俑文化遺產知識的傳播質量。

3 結語

本文搭建了一個面向文化遺產知識傳播的沉浸式虛擬現實系統（VR百戲俑），使用基于人工勢場的重定向行走和基于球體相交的碰撞檢測算法，優化用戶在虛擬場景中的交互體驗，并且采用學習（體驗）者為中心的漸進式設計方法，設計了3個體驗場景構建起用戶自主學習的文化遺產知識體驗環境。運用UTAUT模型對百戲俑VR系統與傳統文化遺產傳播方式在知識傳播、有用性和易用性方面的差異進行了評估。實驗結果表明，與傳統方式相比，百戲俑VR系統不僅實現了對秦陵百戲俑的數字化展示與詮釋，為用戶提供了高度沉浸感和趣味性的文化遺產體驗，更提升了他們對百戲俑歷史知識的了解程度，增強了受眾對秦百戲俑的進一步探索意愿。下一步我們將搭建并分析不同人機交互模式下的百戲俑知識傳播與學習系統差異，增加目標用戶和測評人員樣本的多樣性，設計更深入的測試實驗和評估策略，實現更高效的百戲俑文化遺產知識學習。

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（編 輯 李 波）

基金項目：國家重點研發計劃項目（2020YFC1523301）

第一作者：徐錦寧，女，從事交互設計、文化遺產數字化和虛擬現實研究，2529359572@qq.com。

通信作者：溫超，男，教授，博士生導師，從事文化遺產數字化保護、虛擬現實與可視化設計研究，wenchao@nwu.edu.cn。