科普展示中的體感交互裝置設計實踐研究

中圖分類號：TB427 文獻標識碼：A文章編號：1004-9436（2025）16-0128-03

0引言

隨著社會發展，二氧化碳等溫室氣體排放導致全球氣候變化加劇，生態和社會問題威脅著人類生存與可持續發展，促使碳匯問題逐漸成為熱點話題。在全球氣候變化與“雙碳”目標背景下，強化碳匯效應是應對氣候挑戰的關鍵突破口[1]。廣闊的海洋蘊藏著巨大的碳匯潛力，是地球最大的活躍碳庫，其對碳元素的捕獲與儲存能力遠超其他生態系統[2]。傳統的海洋碳匯主要指紅樹林、鹽沼、海草床等濱海“藍碳”生態系統的固碳機制和過程[3]。其中，海草床每平方米的碳吸收效率可達森林的 2～5 倍，卻因民眾認知欠缺和人為干預，局部地區仍存在較嚴重的海草床喪失和退化等問題[4]。

本文聚焦于海草床藍碳功能的科普宣傳，旨在通過《藍碳呼吸》體感交互裝置，將理論化的“固碳效率差異”轉化為可體驗的互動形式，有效彌補傳統科普在動態視覺化和大眾參與上的不足，為增強藍碳意識、促進海洋生態保護開辟新途徑。

1藍碳交互科普的供需分析

首先，藍碳科普的線下傳播價值難以替代，即便線上科普借助互聯網能突破地域時限，迅速推廣海洋碳儲存知識，但線下傳播借助面對面互動，可有效強化學習感受、拓展認知深度，讓大眾對海草床與森林的碳固定效率差異形成更清晰的認知，其認知效果和長期記憶強度遠超在線模式。線下開展的藍碳科普具有不可替代性，優化線下藍碳知識傳播的視覺化表達與互動機制迫在眉睫。

其次，符合現階段藍碳科普的人性化目標。公眾在傳統科普框架下存在對藍碳認知不足與參與意愿減退現象，藍碳科普的創新實踐存在明顯瓶頸，超七成被調查者期待多元化的海洋碳匯認知渠道，但實際傳播中暴露出信息單維輸出、群眾互動匱乏的局限。因此，如何合理利用交互技術營造有趣的科普體驗環境，傳播普及正確的知識，是目前需要解決的問題[5]。

2體感交互概述

體感交互屬于前沿的人機交互技術范疇，通過嵌入式傳感器同步捕獲用戶的動態行為、空間姿態及生理反饋信號，進而采用智能計算模型將動作信號解析為系統可執行的命令，繼而生成用戶可見可感的交互反饋，支持用戶采用更生活化的方式同數字展陳或內容進行互動，便捷地掌握核心內容。

從實現方式看，體感交互需要硬件平臺和軟件系統的雙重支持，其中硬件設備主要包括以Kinect、Arduino、Leapmotion 等為主的傳感器[6]，此類設備能高效識別用戶的肢體活動及空間方位。視覺信號采集由RGB攝像頭完成，并整合了聲學采集模塊、運動監測裝置等硬件，系統化采集用戶的交互數據。軟件系統承擔著處理信息及產生反饋的關鍵作用，系統實時捕獲硬件傳輸的用戶行為數據，經數據挖掘與模型運算，向用戶端輸送平穩、連續且零誤差的反饋內容，完成整個交互閉環。

在科普展示空間中，體感交互按方式分為三類。觸控型模式利用傳感器識別動作、手勢，用戶通過觸摸等簡單動作自主獲取科普內容，增強信息獲取的自主性；體驗型模式借助全息影像等技術，營造獨特環境，使用戶直觀感受科普內容；沉浸型模式整合設備、燈光等，打造逼真空間，用戶動作實時影響場景。

3科普展示環境下體感交互的設計理念

交互技術支撐的科普教育展示，其核心在于“交互”，公共空間的交互設計應滿足以下四個基本前提：

一是以科普為服務主體，設計要牢牢把握“海草床固碳效率”這個科普核心，采用流暢自然的交互動作作為交互基礎。

二是滿足用戶體驗的需求，貼合用戶心理演變趨勢，依托馬斯洛需求層次學說，用戶的基礎需求表現為對交互感官刺激的獲取，進而渴望情感共振與心智成長，以吹氣交互產生粒子動態效果作為感官體驗起點，循序漸進地引導用戶理解象征關聯，形成從“單向接受”到“雙向互動”的認知躍遷。

三是注重營造多維的體驗環境，須關聯用戶的動作感知、視覺反饋及環境空間，采用聲光技術增強碳循環的互動沉浸性，結合多種感官刺激深化用戶對科學本質的認知。

四是建立合理的動作邏輯，不宜讓操作邏輯與現實完全重疊，將抑制潛在的探索沖動，同時要杜絕刻意關聯無意義舉動，易造成用戶對界面操作的定位模糊[7]。

4科普展示中的交互設計原則

4.1交互融合內容

交互設計需深度嵌入藍碳科普的整體場景：視覺系統設計要融入海洋主題展館或博物館整體空間，維持風格連貫性。同時需保障交互穩定性與操作安全性，讓用戶在舒適體驗中自然感受海草床固碳效率，避免技術故障或環境違和感干擾認知。

4.2互動機制易懂

大眾在科普環境中的駐足時間往往不長，交互設計應當簡明直觀，實現用戶對操作邏輯的30秒快速理解，杜絕因交互邏輯混亂產生的棄用。

4.3交互模式簡潔

功能操作采用化繁為簡的基本方針：個體僅需實施吹氣增加二氧化碳濃度的動作，即時呈現海草與森林粒子的生長演變，去除所有非必要環節；界面需實現零延遲反饋，集中展現“固碳效率差異”。

4.4交互界面合理

視覺界面需聚焦科學信息傳遞：將海草和森林粒子對比區域置于視敏度最高的中央位置，用色彩區分強化識別，配合簡潔標簽，確保信息傳遞精準無歧義，避免視覺混亂分散注意力。

4.5交互過程有趣

交互過程要增強用戶參與感：用戶提升吹氣強度后，海草粒子的爆發式擴展與森林粒子的漸進式生長形成視覺反差，打破森林固碳更強的固有認知，完成從被動控制到自主探索的遷移，以趣味形式推動科學認知發展。

5交互型科普展品《藍碳呼吸》實現路徑

基于既定的藍碳科普設計理念與交互規則，確立生態科普領域體感交互裝置的設計框架與實施步驟，以海草床固碳效率為核心主題設計《藍碳呼吸》體感交互科普裝置。該裝置采用藝術形式表現海草床和森林固碳效率的科學數據，采用動態點陣群作為圖像載體，鮮明對照兩種生態的碳固定水平差異，借由交互體驗引導公眾理解藍碳的實質價值，提升公眾對海洋藍碳生態保護的認知水平。

5.1明確科普目的

體感交互科普裝置設計需始終貫徹科普理念，將技術工具定位為科普傳播的輔助載體，重點解決公眾對“海草床固碳效益”的認知偏差，通過交互體驗讓公眾直觀感知“海草床單位面積固碳速率是森林2～5倍”的科學結論，而非局限于技術效果的炫示。

裝置運用“氣體輸入驅動顆粒演變”的響應邏輯，將抽象信息轉變為可操控的動態進程，用戶每次吹氣提升濃度都再現了碳在自然環境中的轉移路徑，而海草相對森林顆粒的生長速率差距，直接反映出固碳效能的差距，公眾可在交互過程中學習藍碳的核心概念，并深化對海洋保護支撐雙碳目標實現機制的認識，完成從現象認知到本質理解的轉變。

5.2創設科普情境

設定好科普目標后，須構建與主題呼應的立體沉浸場域，實現用戶與科學語境的有機融合。該裝置以“碳循環微觀世界”為敘事空間載體，形成虛實結合的生態格局。

屏幕正中以深藍底色鋪陳，仿生態交互界面，左側采用深綠粒子群構建出“森林”的懸浮可視化模型，右側采用藍綠色粒子陣列展現海草床生態系統，背景區域分布白色光點群，作為二氧化碳分子的象征，呈現碳在生態鏈中的動態遷移效果。

用戶吹氣的動作成為影響碳平衡的動態干擾項，清晰呈現各類生態系統對碳輸入的差異化反饋，依托沉浸式的環境營造，觀眾角色自碳循環的旁觀者過渡至行動實施者，完善對機制的代人型把握。

5.3設計交互方式

圍繞科普主題，設計側重“用戶操作便捷性 + 視覺對比沖擊力”的結合，引導用戶短時間內掌握核心邏輯，參與者身處設備前的檢測范圍，支持雙模式互動操作：

單側觸發交互：用戶向畫面左側（森林區域）吹氣時，左側標記為二氧化碳的發光微粒向林木粒子聚集，森林粒子呈現低速的聚集生長模式；朝右側吹氣，海草粒子群迅速吸納右側的二氧化碳微粒，海草粒子聚合速率達森林粒子的3倍水平，且粒子濃度隨吹氣強度提升而明顯上升。

雙側對比交互：若兩側同時有參與者進行吹氣操作，畫面中同步呈現粒子群生長的對比差異：相同時長下海草粒子的擴張幅度遠超森林，周圍存留的二氧化碳粒子數量明顯降低，鮮明對比顯示海草固碳優勢的實驗證據。

5.4實現具體方案

方案設計正式定稿后，要經由技術實施與體驗測試不斷完善方案，該項目推行“設備捕捉 + 算法生成 + 虛實結合”的實施手段，達成科學數據與交互邏輯的緊密耦合。

5.4.1 粒子視覺設計

森林粒子采用不規則樹枝狀聚合形態，呈現“從點到面”的緩慢蔓延，粒子邊緣模糊。海草粒子以細長帶狀集群分布，生長時呈現爆發式延伸，粒子間連接緊密。當二氧化碳粒子被吸收時，海草區域會伴隨輕微藍光閃爍（象征碳封存過程），森林區域則出現綠光波動，用色彩強化二者的生態屬性差異

5.4.2交互技術實現

硬件層面：利用二氧化碳濃度感應器測量濃度水平，采用Arduino模塊對信號進行數字化指令處理，交由TD工具生成粒子運動軌跡。

軟件邏輯：預先設定二氧化碳濃度與粒子生長的對應關系公式，實現反饋強度與實測數據的比例對應。

狀態切換：未接收指令期間，粒子群呈現“自然平衡”特性（發生輕微飄動，間或有零星的二氧化碳粒子被偶然吸收）；人為干預啟動后，系統迅速轉換至交互響應階段，吹氣交互引起粒子生長波動。

5.4.3 環境適配設計

音效采用海浪與樹葉聲的混合音軌：海草區域交互時增強海浪聲，森林區域交互時突出樹葉沙沙聲，從聽覺強化場景區分。單次體驗時長控制在 ψ₁～ψ₂ 分鐘，既保證用戶完整理解交互邏輯，又適配公共場所的人流量。

5.5展望應用前景

現階段藍碳科普展示手段普遍停留在展板說明與固定模型層面，不易調動公眾的深層互動，以“可實操、可對照、可體驗”為特色的《藍碳呼吸》交互科普裝置，可廣泛應用于海洋博物館、科技館、環保主題展會等場景。其核心價值首先反映在強化社會對藍碳的認知基礎，促進生態科普從被動教育向主動學習模式過渡，推動海洋生態保護的集體認同，具有顯著的科學傳播價值與社會意義。

6結語

本研究借助《藍碳呼吸》體感交互裝置的開發實踐，梳理了體感交互技術賦能藍碳科普的實施路線，構建“吹氣觸發一粒子生成”的互動反饋循環，將抽象的森林與海草床固碳數據轉化為互動式感知體驗，有效彌補了傳統科普參與度低、可視化弱的缺陷。

設計遵循“科普為核、技術為橋”的理念，通過簡潔操作、直觀對比與沉浸場景，實現了從感官體驗到認知深化的進階，為公眾理解藍碳價值提供了創新方式。其經驗表明，交互技術與科學內容的深度融合，是優化生態科普效果的關鍵。

未來，可進一步優化數據精度與交互模式，以期為藍碳科普及同類生態科普裝置設計提供更具實踐意義的參考，助力海洋生態保護共識的凝聚，為“雙碳”目標下的生態科普創新貢獻實踐價值。

參考文獻：

[1］陳小龍，狄乾斌，侯智文，等.海洋碳匯研究進展及展望[J」.資源科學，2023，45（8）：1619