基于扩展现实技术的沉浸式互动展示空间设计研究

◇ 刘丽娟，郑轶◇

在沉浸式数字技术不断发展的当下，展示空间设计不仅要考虑到布局、造型等基础设计，互动技术的介入也已成为展示空间设计中不得不考虑的重要因素。受众在这样的空间媒介中得到的综合感官体验成为重要的设计目标，具身性的空间需求亦是媒介时代大众的重要诉求。因此，在这样的前提下，扩展现实技术对于空间媒介化起到了重要作用。

一、具身性的沉浸式互动展示空间

当今社会，展示空间不再仅局限于一个物化的固定的空间，也不再是简单的数字化空间复刻，而应是通过多元化的数字技术的扩展，为大众提供一个可以参与其中的互动空间环境，使受众在听觉、视觉、触觉等多感官的体验中了解和认知展示空间中的符号意义。受众在这样一种互动空间环境中成为展示空间的一部分，意义内容完全是由其与空间产生的一种交互关系而创造出来的。这一展示空间系统，皆由受众具身交互方式驱动内容，与空间互动而得来的；而这样的扩展现实技术方式，把作品转化为一种不确定的动态方式，让受众参与其中，凸显出互动在展示空间中表达意义的重要性。正如尼古拉·尼葛洛庞帝（Nicholas Negroponte）指出：“我们已进入了一个艺术表现方式得以更生动和更具参与性的新时代，我们将有机会以截然不同的方式，来传播和体验丰富的感官信号”①〔美〕尼古拉·尼葛洛庞帝：《数字化生存》，胡泳，范海燕译，海口：海南出版社，1997年，第262页。。

沉浸式的扩展技术，通过交互方式更有效地将空间媒介化，受众在这样的具身性体验中得到了极大的满足感。具身性的互动空间充分调动了受众的感官方式，从一种被动接受信息的方式到参与其中的全面的沉浸式感官，通过数字化仿真技术以及硬件传感器应用拟造出虚拟的界面以及内容，与空间产生一种聚合关系，让受众也被理解成为制造者。他们可以在一种新的构建文本空间中得到与内容相结合的新的感官体验。沉浸式的展示空间利用这样一种扩展现实技术，构建了一个新的虚实相生的沉浸式环境。这样的扩展现实技术将人与空间意义进行了新的构建，将物化的有限空间环境与虚拟的内容相结合，使受众通过另一种感官体验方式得到更大的信息量，并参与到展示空间中，从而获得了具身性的审美体验。

二、从扩展现实技术到沉浸式展示空间的可能性

在数字化信息时代的影响下，扩展现实技术数字化内容设计与硬件传感技术相结合，极大地丰富了展示形式，增强了内容的展示效果。在这样一种沉浸式的互动感官空间中，受众从原来单一性的被动感官体验转向了积极主动的沉浸式互动体验，扩展现实技术进入到互动空间展示中，成为重要的媒介手段。互动设计的内容在此基础上得到极大发挥，让受众与空间产生了无限可能，也让受众在这样的沉浸式互动空间中，感受到展示空间中内容的多样化表达方式。

沉浸式互动展示空间通过扩展现实技术的方式，从人机互动的角度建立了大众与空间的互动关系。互动展示空间的设计需要应用大量数字媒体技术，例如增强现实、虚拟现实、感应互动等，展示了空间中所要表达的主体内容以及主体与实物空间的配合，最终通过虚实结合的方式提高了展示效果，促进了信息在空间中的传播方式，增强了受众互动体验，激发其参与兴趣。从互动空间设计的角度而言，不仅要考虑到空间本身物化的设计内容，还要考虑到数字内容与互动设计关系的介入。在这样双重的设计要求下，作为沉浸式空间在扩展现实强大的技术支撑基础上，让空间的视觉感官介于“真实”与“虚拟”之间，一方面可将纯虚拟数字化内容更全面有效地展示出来，另一方面也通过这样的空间环境将实体展示空间重新构建。

扩展现实技术进入到展示空间中，受众将反应装置与感应结果有机融合，如此一来，空间环境与注重体验达到一个相对的平衡点，以实现沉浸式互动的效果。同时，让空间与内容实现动态的变化，整个展览空间与人的关系本身产生了共时性的交融，在这样一种沉浸式互动的状态下，将密闭的形式、内容与开放的交互行为有机融合在一起，进一步改变了展示空间的形式，有效体现出人与展示空间的关系，从而让受众沉浸于这样一种新的空间媒介之中，是对展示空间的扩展与延伸。作为技术符号的扩展，现实技术也将展示内容的内涵与外延充分体现出来，如图1 所示。

图1 ：扩展现实技术与空间的关系

三、多技术融合下的沉浸式展示空间设计探索

展示空间的主要目的是将内容的主要部分展示于固定的环境中，并根据内容加以简单文字说明，以及各元素的效果表现。从应用实践中发现，单项的虚拟仿真技术应用于空间展览馆仍存在着形式、内容融合的局限性问题，本文基于融合多技术角度的扩展现实技术，在沉浸式互动展示空间为载体的基础上，使得整个展示空间通过应用终端将受众从主观角度与被动接受相互切换融合，尝试应用扩展现实技术提高沉浸式互动展示空间设计的可行性，如图2所示。

图2 ：沉浸式互动展示空间示意图

“沉浸”在新媒体艺术研究中被视为重要范畴，可追溯到早期的洞穴壁画①黄鸣奋：《新媒体与西方数码艺术理论》，上海：学林出版社，2009年，第394-395页。。以基于扩展现实技术的四川长征路线事件展示为例，本案例的开发工具在三维内容的表现技术上，主要基于3DH5 的互联网端展示与增强现实技术相结合，并通过感应互动技术，将普通的展览空间变为沉浸式的媒体终端互动空间。在基于红色文化的基础上，结合扩展现实技术分为以下几大板块：虚拟内容设计、交互展示设计、沉浸式互动模块。如此一来，不仅可在空间媒介上通过直接触发实现互动，还可通过手持终端设备将增强现实混合投影图像，实现参观、浏览视频动画等虚拟显示内容。

“在画面的视觉意象上，印象派艺术家往往通过对形象的模糊化处理、对笔触的痕迹进行强调以及通过画面基底物性因素的突显等方式来调动观看者的视觉主动性，从而将审美主体视觉之外的其他身体经验——也就是身体对于对象和媒介的触觉感受以及身体在空间中的移动等因素纳入绘画的审美过程”②支宇，赵越：《“心智转换”与“具身认知”——“广义认知诗学”的两大学科范式与理论进路》，《湘潭大学学报》2022年第2期。。在制作流程上，基于三维软件制作一套四川仿真模拟三维地图。为了获得更好的视觉感官体验，采用了抽象的沙盘形式，分别表现在四川区域长征时期的重大战役发生地的位置。这样的三维模型能为后面的互动板块提供一个趣味性强且可操控的可视化基础。在三维设计中，建立起以多边形为主的核心模型，通过区域划分的形式，将四渡赤水、飞夺泸定桥等战役的发生地结合沙盘直观全面的展示特点，将主要战役直观显示在一个画面中。这样的设计方案具有以下几个优势：第一，在互动环节上，用户在操作过程中更加直观明确；第二，以沙盘为载体具有中心性，在互动时对于移动缩放等功能的实现具有较高可行性；第三，变相的以菜单形式出现，可以为增强现实互动和信息层级获取提供有效载体基础。

（一）互联网端3DH5 展示内容设计与制作

3DH5 技术是基于HTML5，通过WebGL 的接口，实现网络端的三维内容互动的技术方式。与传统的三维互动展示系统要求不同的是，3DH5 技术不需要特定的运行系统环境，用户可在任何环境下通过网络在服务器端进行交互行为。这样的技术基础使得内容得以快速呈现。

首先，将第一阶段制作的三维沙盘地图导入到选择的制作平台上。制作平台能力仅限于制作功能性操作，在原有的基础上可对整体三维素材和局部素材实现旋转、移动、缩放等基础功能。这样的3DH5 的技术平台为我们提供了更多的互动技术方式，其中包括修改整体环境、摄像机定位、标注显示、输出等多项常规互动软件功能。由于此项目主要是基于扩展现实技术的整体方案设计，在3DH5 制作的环节，我们仅需实现摄像机移动、旋转展示和标注跳出等功能即可，其目的是为此后的增强现实技术与互动感应技术的综合应用打下基础。其次，在制作过程中，平台软件也是基于互联网端开发，但其主要制作方法与其他制作互动仿真类软件类似，主要包括材质效果调整、模型触发功能设计、触发事件效果等，且制作方式仍以节点形式为主。这样的操作方式和逻辑导图，为绝大多数制作者提供了一个熟悉的制作环境，降低了制作难度，并可通过可视化的逻辑设计，让功能与内容实现有机结合。最后，通过发布测试，以网页端的形式成为可被其他访问者浏览的完整作品，如图3 所示。

图3 ：3DH5 制作平台

（二）基于空间互动的交互模块设计

此项目中最为重要的扩展现实部分为互动感应技术。通过红外互动感应设备对普通的墙面进行扩展扫描，还可通过人体切断红外感应的方式产生触发的基本效果。此红外感应设备是平行于墙面的扫描设备，通过红外发射和人体阻挡方式实现感应线切割，返回切割线信息以此得到感应效果。该方式能够支持多点触控操作，实现放大、缩小功能等。当投影在墙体产生画面时，用户可通过可视化的方式触摸墙体，与此同时，用户在无感情况下切断了红外扫描设备的感应，从而产生了点击触碰的效果，如图4所示。

图4 ：沉浸式感应互动演示

另外，用户还可直接触摸实体墙，对整个沙盘地图进行旋转、缩放的基础操作。在前一阶段的制作中，已制作了摄像机定位动画以及标签栏指示效果，因此，在本阶段，使用感应设备的主要目的是让用户与空间产生一种互动关系，让用户感知不到任何特殊设备，从而减少用户的认知与操作的学习成本。当用户置身于该环境时，通过感应互动技术将空间媒介化，以此让用户与空间通过这样的技术模块实现感知与认知的互通。

（三）基于媒体终端的增强现实设计

1965 年，伊凡·萨瑟兰（Ivan Sutherland）曾提出关于“终极电脑显示器”的设想，把计算机显示器作为通往虚拟世界的窗口：“通过这个窗口，人们可以看到一个虚拟的世界，富有挑战性的工作是怎样使那个虚拟世界看起来更加真实，在其中行动真实，听起来真实，感觉就像真实世界一样”①〔德〕奥利弗·格劳：《虚拟艺术》，陈玲译，北京：清华大学出版社，2007年，第114页。。增强现实技术在此项目中的主要目的是用户可以通过自己的媒体终端与空间中展示的虚拟场景进行互动，并且将有限界面的信息通过这样的媒体终端将更为丰富复杂的视频、语音等效果融入到交互情景中。

增强现实端采用App 操控的方式，通过Unity3D 平台，结合外部组件进行制作。制作过程中，通过第一阶段操作产生的图像效果，并截取部分内容作为识别图，将之前通过二维制作的红军长征战役宣传动画作为显示结果，如图5 所示。当用户在第一阶段通过3DH5 的方式获得摄像机动画，并进入到某一特定场景的显示中后，可利用之前制作好的终端App 对相应图片进行扫描，即可得到增强现实显示视频的效果。这样的方式在使用过程中提高了用户的自主性和互动的趣味性，并且可共时性地选择所获取的信息资源，在多人在场的情况下相互不会产生强烈的干扰。用户通过媒体终端，在有效距离中通过App 扫描，在增强现实中可实现贴合于墙面的视频播放效果。同时，动画效果为介绍相对应的战役的内容，通过扁平化的动画风格简单快速地进行动画演示。这样的方式可使用户在沉浸式空间之外，通过终端媒介自主选择所要了解的信息，实现信息不同层级的获取。

图5 ：用户使用增强现实技术实现互动

结语

本文所论述的扩展现实技术，是将3DH5、增强现实技术、互动感应设备等数字化技术结合为一体的综合性技术。其优势是将一个实体空间通过与互动数字化内容结合，以及通过硬件交互设备实现沉浸式互动，形成一个完整的、虚实结合的沉浸式互动展示空间。通过多用户的测试，从受众的角度出发，这种技术不仅叠加了虚实结合的效果，激发了用户的使用兴趣，也将单一的信息获取通过多媒介手段实现了信息层级效果。

扩展现实技术是虚拟仿真发展的趋势，将其应用在沉浸式互动展览空间设计中不仅自由地切换了用户的交互体验模式，也扩展和延伸了内容的形式表达，从而将长、宽、高的空间限制通过扩展现实技术拓展开来，为展示空间设计与实践提供新的技术支持，更好地发挥有限空间的媒介传播能力。可以说，其在沉浸式互动和具身性的感官体验之中，最大可能地发挥了空间媒介的作用。