基于混合现实技术的博物馆导览系统应用研究

张馨文 章 立 （江苏省无锡市江南大学 214122）

博物馆是征集、典藏、陈列和研究代表自然和人类文化遗产的实物的场所1。在我国博物馆中，信息多以单一的形式展现在参观者面前，无法刺激参观者及时的将接收到的信息结合具体体验。混合现实技术作为一种新兴的技术展示形式，具有虚拟结合现实，输入结合输出的主要特征。将混合现实与博物馆导览相结合，设计符合博物馆内容的导览系统。通过混合现实导览引导参观者在博物馆中进行自发性、探索式和合作式的认知过程。

一、博物馆数字导览系统发展的问题

目前，我国博物馆数字导览系统的内容选择目前有以下问题：第一，博物馆讲解系统涉及内容和知识体系性较弱，讲解内容过于基础和空洞；第二，大部分博物馆的讲解内容覆盖面相对较小，大量展品没有针对性的讲解内容；第三，博物馆导览系统内容与博物馆展出实物之间关联度较弱。博物馆导览与混合现实技术结合能够弥补现博物馆导览的缺陷，提升博物馆导览的实用性。

二、认知理论下数字导览的作用

根据认知心理学的认知原则2，博物馆的数字导览在认知过程的形成中应有以下主要作用：数字导览系统充分结合博物馆情境，在认知过程中对大脑的生理结构进行直接和间接的刺激，促进认知活动的全面展开；数字导览应通过对环境的利用，提高参观者的唤醒水平，促进无意识认知形成；数字导览结合环境的设计展示，充分调动参观者的情绪与运动系统，提高认知活动的质量和效果；数字导览系统结合博物馆物理情境，推动容量巨大的长期记忆的形成。

三、混合现实技术的特征及应用优势

（一）MR技术在博物馆导览中的特征

混合现实技术通过在现实世界、虚拟世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感。混合现实技术具有以下特征：多感知性：混合现实除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还涉及听觉、运动、触觉感知等多种感知系统。沉浸感：混合现实直接在物理空间中营造虚拟与现实的交界，营造出物理空间之上的虚拟沉浸式体验。实时交互性：混合现实技术能够借助媒体手段进行信息的输出，用户接收到信息后，做出身体动作及手势的反馈和语音的命令输入。自主性：混合现实的自主性主要体现在，混合空间中真实物体和虚拟物体都可以成为混合现实交互过程中的交互道具。用户可以利用真实物体对虚拟物体传达交互指令也能够直接操控虚拟对象，与混合空间信息进行自主的交互控制。

（二）MR技术应用于博物馆导览的优势

参观者在博物馆进行参观的过程中，混合现实的技术特性能够为信息带来直观、可实践和具有情绪化的传播特点，促进参观者形成完整的思维认知3。在博物馆导览的过程中，混合现实技术的沉浸感的情境塑造为抽象概念的表达提供了视觉化的展示形式。混合现实技术能够在博物馆的环境中将不同维度的概念以具象化的表现形式展示在参观者面前，降低虚拟世界给体验者带来的不适感。混合现实技术的应用能够弥补物理空间对于知识呈现的不足和缺点。

（三）MR导览系统设计分析

1.基于案例的混合现实导览系统设计

（1）导览系统信息传递流程

根据认知活动的形成过程，参观者在接收到信息时主要的处理过程有以下四步：接收概念：混合现实系统通过对知识背景的简要介绍，将参观者带入虚实结合的实物参观环节。让参观者在进入展馆之初对展品有一定的自我理解，以便进入更深入的内容理解。形成初步理解：这个过程在进行时，混合现实系统将青铜器信息利用图像和动画的展示方式叠加在实物上，对展出的青铜文物进行全面的剖析，促进参观者形成初步理解。情境体验：在混合情境中参观者通过语音、动作、手势三种方式在虚拟角色的引导下，完成对青铜器陶范法铸造过程中一个或几个步骤的体验。形成启发性认知：在参观结束后，混合现实系统对青铜器及整个青铜时代青铜器艺术的演变与发展进行讲述，对展示主题进行提升。

（2）混合现实导览应用分析

博物馆应用情境分析：上海博物馆青铜器馆内展品分布分散，没有明确的人流线路引导，展品介绍以文字为主，内容较少。

参观者特征分析：历史文物类博物馆的参观者对于博物馆的主题和娱乐性的要求越来越高，希望在轻松娱乐的环境里了解博物馆的知识4。

混合现实导览内容设计：介绍青铜器分为外在纹样、器形和内在时代背景两个部分。案例选取的西周孝文王时期的大克鼎作为介绍对象，混合现实导览内容主要选取其被捐赠的过程、器形、铭文、纹样和西周青铜器铸造过程。

（3）导览系统交互方式设计

交互的主要目是为参观者提供帮助和指导，以便及时获得内容的反馈5。根据混合现实的交互特征，交互方式分为动作交互、多感官交互和界面交互三种形式6。利用AR Kit中的对象探测锚、对象扫描仪和环境探测锚实现。动作交互主要涉及参观者通过手势和对界面输入指令的控制对展示内容进行选择。

2.导览技术开发及使用过程

技术开发过程：混合现实导览系统的展示手段主要包含虚实结合的图像叠加展示形式和通过虚拟空间的重现构建探索式参观体验。在青铜器纹样的展示中，混合现实系统的虚实叠加的特点能够让纹样在器皿上展示、剥离和拆解。对于陶范制作法的制作过程，混合现实系统所构建的青铜器铸造厂的遗址复原能够为参观者带来沉浸感强的体验空间。

用户使用流程：参观者利用已安装好博物馆虚拟导览系统移动设备对博物馆内的青铜器展品进行识别和内容展示。首先用户在首次打开程序时，需要对博物馆内的场馆环境进行识别，完成对于物理坐标的构建，同时调用虚拟导游。然后，用户通过对青铜器进行二次识别，获取参考目标对应的介绍内容。通过语音、视频、空间重建对青铜器的器形、纹样以及铸造过程进行具体介绍，完成自主探索式的参观过程。

3.混合现实导览视觉设计

混合现实系统的界面要结合混合现实技术的特点和硬件设备进行设计。虚实结合式应用的界面设计需要针对用户动作和视觉的引导进行设计。引导内容主要有一下几个方面：

位置引导：通过界面内的箭头标识、操作位置标注以及语音的引导对用户进行位置引导。

视觉引导：视觉引导主要依靠虚拟环境中构建的虚拟导游进行具体的视觉引导。虚拟导游会通过动作、手势以及声音引导用户控制手中的移动终端的位置和朝向。

操作引导：通过图形在物理空间的叠加，减少参观者在参观过程中信息匹配的困难，加上虚拟导游的视觉引导，参观者能够将导览系统提供的信息和真实物体结合的更好。

四、结论

在参观中，混合现实对于参观者在参观时的情绪、实践能力和认知活动的质量都有了改善。混合现实导览系统解决一部分参观者在知识迁移时容易出现的问题。博物馆在设计导览系统时应该更加充分的利用博物馆所具备的物理环境，并结合混合现实为参观者提供沉浸式的参观环境，提高博物馆的文化传播效率，发挥导览系统的最大作用。

注释：

1.郑奕.博物馆教育活动研究[M].上海：复旦大学出版社，2015.

2.Robert L，M.Kimberly.Cognitive Psychology[M].上海：上海人民出版社，2008.

3.黄红涛.混合现实环境中具身交互如何促进科学概念理解[J].北京：现代远程教育研究，2018（6）：28-36.

4.吕屏.基于VR技术的虚拟博物馆交互设计[J].包装工程，2017，38（24）：137-141.

5.李小平.VR/AR教学体验的设计与应用研究[J].北京：中国电化教育，2018，（3）：10-18.

6.黄进.混合现实中的人机交互综述[J].北京：计算机辅助设计与图形学学报，2016，（6）：869-880.