基于扩展现实技术的博物馆导览应用研究

李一泽 李栋宁

摘要：分析扩展现实在博物馆导览中的设计理念，讨论博物馆导览在扩展现实理论介入下的多模态及数字化交互虚拟的设计特点。文章首先对扩展现实的概念进行阐述，总结传统博物馆导览的单一及固定性问题，并通过案例展示扩展现实技术在博物馆导览的应用即让观者参与到同展品的多维虚拟交互中，并对抗博物馆疲劳。扩展现实导览可塑造的博物馆导览互动式设计理念，即技术不可见、叠加虚拟的情境、自然多模态交互为用户及设计者提供了更多参与可能。XR和博物馆导览的融合一方面为博物馆游客提供了更有效的知识获取实现高质量的娱乐，多维度满足参与者的需求；另一方面，探索数字化博物馆导览的互动设计、多模态交互使得博物馆挣脱原有导览模式，提供了广阔设计空间。

关键词：扩展现实 博物馆导览 互动设计理念 博物馆疲劳 多模态交互

中图分类号：J0-03 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2023）19-0049-04

Abstract：To analyze the design concept of extended reality in museum Tours and discuss the characteristics of multi-modal and digital interactive virtual design of museum Tours under the intervention of extended reality theory.This paper first expounds the concept of extended reality，summarizes the single and fixed problems of traditional museum Tours，and analyzes the application of extended reality technology in museum Tours through case studies to enable visitors to participate in multi-dimensional virtual interaction and the integration of exhibits，and combat museum fatigue.The interactive design concept of museum tour can be shaped by the extension of reality tour，that is，technology invisible，superposed virtual situation，natural multi-modal interaction provides more possibilities for users and designers to participate in.On the one hand，the integration of XR and museum tour can provide museum visitors with more effective knowledge acquisition and achieve high-quality entertainment，and meet the needs of participants in multiple dimensions. On the other hand，exploring the interactive design and multi-mode interaction of digital museum Tours makes museums break away from the original tour mode and provide a broad design space.

Keywords：Extended reality Museum Tours Interactive design concept Museum fatigue

引言

隨着元宇宙概念的流行，研究者对虚拟技术在文化生活中应用中的探寻又一次深入。扩展现实大背景下能够突破二维媒介的限制和现实世界的桎梏，使人们可以更加充分地发挥想象力，将虚拟的景、物进行“数字实体化”模拟以产生逼真的体验感[1]。博物馆导览的设计理念、设计原则和展示方法等也将随着扩展现实等虚拟技术的发展迎来新的机遇与挑战。在数字时代下，博物馆人应以更多元的眼光审视博物馆的定位和展示形式。而数字和虚拟技术在文化领域的应用，形成了不同于传统形式文化传播的趋势。国家对文化传播领域的数字化建设和人们对沉浸式博物馆观览体验的诉求，使得扩展现实逐渐走进博物馆。

一、XR技术简介及发展

1991 年，威克科夫（Wyckoff，C. W.）与曼恩等合作，将高动态范围图像处理技术与VR、AR技术结合，研制出能够显示XR视觉画面的头戴式显示设备，提升感官能力[2]。扩展现实是虚拟现实、增强现实、混合现实等虚拟数字技术的集合，可以是图1中“真实——虚拟连续体”上的任何一点，为使用者带来真实与虚拟结合、人机与人境交互的环境，并力求建立一个虚拟与真实完全交融的世界。与当下的VR、AR、MR相比，扩展现实更强调于虚拟世界与现实世界的弥合，以及缩小人们、信息和体验之间的距离壁垒。XR技术具有情境感知、感觉代入、自然交互和编辑现实等特征[3]。

真实与虚拟之间的这种交集为XR应用程序提供了大量机会，力图创造一个无界限的虚拟真实空间，从而在其中进行交互和创新。在计算机图形仿真技术的发展下，VA、MR和AR是XR技术概念的主体，这几项技术概念都致力于为用户提供虚拟世界的体验，使得数字虚拟信息在不同程度上同现实环境交融。

虚拟现实旨在创造一个完全沉浸环境，为用户提供头戴式新式设备及手柄以达到视、听、触觉等感官的完全模拟，为参与者设计了一个全新的环境，创造了极度真实的沉浸感，是完全沉浸下的虚拟及对现世的模拟和再现；增强现实是现实环境的数字信息增强，将以现实为基准的数字虚拟图像叠加或融合到裸眼现实，多借助智能手机或增强现实眼镜；混合现实是介于增强现实与虚拟现实之间的虚拟形式，开启了参与者、数字信息和物理生活界之间的多维互动。

数字技术的交叉融合趋势使得虚拟技术与现实生活之间的界线逐步隐隐。在未来可预见的是一个同生活高度交融的虚实现实互动空间。但是，现阶段的虚拟技术及应用仍是基于计算机图形学下的以视觉感知为主的互动方式，在设计体验和交互方面仍有局限之处，无论是技术发展趋势还是现实需求，都为扩展现实技术的发展和实践奠定了基础。

二、博物馆导览现有模式及数字化探索

博物馆在根据自身展示特点及诉求设计出符合展区的主题内容相应导览方式，以便参观者在进入博物馆时了解该博物馆的优势特色和重点展示区域，以对抗参观者在面对庞杂的博物馆展示内容而出现的博物馆疲劳。而博物馆导览的形式则是根据时代背景下，技术的发展不断迭代更新，以寻求最佳导览模式，满足人们的参观需求。

（一）博物馆导览现状

博物馆作为一个城市历史文化及知识传播集散中心，其导览方式为前来参观的众多参观者展示了项新技术在导览领域所带来的革新[4]。目前博物馆导览主要形式为文字展签、人工讲解、语音工具导览和智能手机导览。

1.展签介绍。大部分博物馆仍旧采用文字信息来传递展品信息，展签介绍也是博物馆必不可少的导览形式[4]，如博物馆的宣传册、展品介绍等。文字展签有着易传播、易制作的特点，用中肯的文字为博物院提供了最直接简洁的介绍。

2.人工讲解导览。博物馆的人工讲解分为场馆提供的人工讲解和志愿者讲解。博物馆提供的人工讲解员可以满足参观者对讲解专业性、实时互动的需求，且有固定讲解时间；但节假日期间客流量大。对于参观者来说，人工讲解导览存在着参与时间固定、行动空间受限等弊端。

3.语音导览系统。博物馆及大型园区都配有一定份额的语音导览系统，即语音导览租赁器。目前活跃在各大博物馆的自动感应语音导览器只能提供听觉体验。并且这种租赁形式的导览系统经常出现内容更新不及时，感应迟钝，体验单一，没有和馆藏的实物形成很好的对应关系。虽然灵活性较人工讲解方式有所提升，但对于馆方来说，存在成本高，数量有限，定点取还、卫生等问题。

4.智能手机导览。随着智能手机的普及，博物馆积极利用这一条件，将博物馆导览的内容以App或小程序的方式提供给参观者，让参观者自行操作，运用了参观者自身携带的工具，保证了便捷性。但是大多数博物馆在内容上，只是将展品介绍和语音导览系统的内容平移至手机平台上，并没有真正意义上的技术融合和创新。同时，单纯的智能手机导览割裂了参观者与博物馆之间的关系，无法满足参观者沉浸观览的诉求。

传统导览模式的诸多问题使得博物馆工作人员越来越重视智能导览系统和数字化导览模式在导览服务中的重要作用[5]。参观者更倾向于能提供参与感、沉浸感的博物馆导览方式，通过数字虚拟技术和博物馆导览融合，将博物馆内容转化为具有设计美感和互动体验的展示，让参观者在数字虚拟技术的博物馆导览下重塑对其内容的认知，形成互动式、沉浸式的观览体验。

（二）博物馆的XR融合与初探

诺贝尔奖获得者小说家奥汉·帕穆克称博物馆为“时间转化为空间的地方”。虚拟技术为博物馆时空转换提供了可能。目前，我国在将扩展现实介入博物馆导览中不断寻求融合与探索。

2021年的三星堆考古挖掘从考古到研究，每一次都引发了大家对三星堆遗址的讨论。三星堆遗址区建设三星堆奇幻夜沉浸式考古体验馆，预计不久将会对公众开放。在考古发掘现场，三星堆奇妙夜首次融合创新3D全息和XR扩展现实技术，以Hirender全媒体总控系统连接9台投影机输出9路2K信号，实地呈现沉浸式场景[6]。央视记者体验三星堆奇幻夜，与古蜀文明三星堆出土青铜文物的共舞，如图2，为XR技术打造的无界限博物馆造势。

2020年，良渚古城遗址打造“AR智慧导览”项目，于國庆前夕在良渚博物院和良渚古城遗址正式上线。就全球范围而言，良渚博物院的AR导览系统属于第一个让AR眼镜真正在馆内导览系统投入运作的项目。良渚博物院和良渚古城遗址基于Rokid Glass 2的AR智慧导览系统具备第一视角、交互自然、可穿戴、个性化等特点，能够为游客带来AR特效、数字沙盘、AR地图导览、虚拟导游等虚实结合的功能体验[7]。在良渚博物院内进行的AR多媒体呈现，例如，参观者从增强现实眼镜观看展品鸟立高台符玉璧时，就会有线条式小鸟形象从玉璧中飞舞而出，如图3；在面积广阔的遗址公园提供了AR的地图导览和虚拟导游，将5000年前的建筑重新呈现在参观者的眼前，如图4。

扩展现实技术给博物馆导览带来了新生，在真实环境中展示虚拟信息，将博物馆导览展示进行三维模型的可视化；同时，参观者可以各种方式与数字展示模型进行互动，将跨越千年时间的展品以空间线条、图形的现实呈现，将巨大空间园区的地图以图式的方式显现，使博物馆导览以沉浸式、趣味式和参与式的形式进行展示。

三、扩展现实的运用在博物馆导览中的优势

（一）对抗博物馆疲劳

1916年，吉尔曼提出了“博物馆疲劳（Museum fatigue）”这一概念。“博物馆疲劳”，主要指观众在参观过程中逐渐出现的精力耗竭，注意力涣靛，认识活动机能衰退和产生疲劳感的现象[8]。严建强在其《“博物馆疲劳”及其对策》中，总结出4个应对策略——节能原则、恢复原则、参与原则、诱导原则，即生理上的节能恢复，精神上的参与诱导。由此展开了博物馆随着数字虚拟技术发展而对抗“博物館疲劳”这个核心痛点带来的一次次博物馆导览革新。

从20世纪80年代开始，博物馆“以物为核心向以人为核心”的转变发展，以人为本的导览模式越来越成为博物院关注的话题[5]。从参观者角度出发，博物馆导览强调沉浸介入和互动沟通的新博物馆导览形式，新媒体的加入一定程度为观众的参观过程增加了趣味，在为用户带来新鲜感的同时，也激发了用户的好奇心和探索欲。而好奇心和探索欲，则是对参与者在博物馆中的参与诱导，从精神上对抗博物馆疲劳的最佳方式。博物馆疲劳是影响参与者持续以高注意力参观博物馆的首要因素，并极大削弱了参与者的学习观览体验。

目前博物馆部门也出台了不少举措减少“博物馆疲劳”的现象，比如安排清晰游览路线、强化博物馆环境、提升博物馆用户交互体验、增强展示传播效果等。而XR是一个集成的虚拟技术概念，XR介入下的博物馆导览可以集合视觉、听觉、数字图像、交互、三维虚拟展示等多种媒介手段，让博物馆导览中的信息传达和馆藏展示发挥到最大，打破了传统导览模式中玻璃罩下的“第四堵墙”，用户通过三维模型展示，随心所欲观察，共同构建互动式、参与式、沉浸式的博物馆导览，即跨空间展示、高成效参与。

（二）从“人机交互”到“人境交互”

数字技术的出现和发展，使得博物馆人开始探索博物馆导览、展品展示同参观者之间的双向沟通。各种数字多媒体互动展示形式，虚拟现实，增强现实等技术在博物馆导览中的应用逐渐兴起；从交互形态来看，互动导览，定位导览等模式也提升了导览的体验，让参观者不再局限于被动接收信息，不再受限于传统导览方式的单向性信息获取，追求一种双向的互动。以展品为中心的展示方式被改变，博物馆不存在固定的游览路线，而是把主动权归还给观众，观众通过探索空间和事物，以自己的方式去感受博物馆和展品。交互式的展示设计抛弃了传统展示方式的玻璃外罩和观看距离，展现出一种毫无保留的真实感，增加了观众 和展品之间的交流互动[9]。

XR在沉浸式的导览模式中的应用正是为了打通观者与博物馆展陈之间的“第四堵墙”。目前，大多数虚拟技术支持下的博物馆导览都带有强烈的机械性，虚拟技术的运用和沉浸导览之间的割裂，例如虚拟现实的头盔、手柄，增强现实的智能手机、眼镜，博物馆导览的虚拟技术的体验大多基于设备，依旧在人机交互甚至没有交互的状态。XR的主要目的是拓宽人类经验，特别是存在感和认知的获得[10]。扩展现实的一大发展特点就是技术不可见，打破传统博物馆带来的空间界限，并尝试构建新的博物馆导览叙事语言，即人境交互。这种现实主义的互动将把被动博物馆的参观者重塑为积极参与者，从而支持他们在XR环境中的存在，并实现更好的知识转移和更高的交流享受。

四、融合与重置：XR介入下的博物馆导览方式

（一）技术不可见

在XR技术中，“减少真实性”用于表示环境中真实部分的衰落及其与虚拟部分的替换。可穿戴计算机的先驱史蒂夫·曼（Steve Mann）提出了“模拟现实”的概念，并描述了一种可以随意移除常规现实中某些不想要的方面的现实。减少技术性被认为是AR和 MR的一个子领域，并已成为重要概念。XR介入下的博物馆导览超越硬件和软件，其互动设计系统的关键组成部分不局限于设备和使用平台，而力求将参与者的感知、认知、美学、情感、触觉、体现、语境（空间）、情境（时间）和文化等视为有目的的设计。参观者初次游览时，对展馆空间不熟悉，单纯依靠展签宣传册与指示牌引导参观的无规划且繁琐的弊端，导致参观体验不完整顺畅。而随着XR技术逐渐变得越来越具有沉浸感和现实感，它们有能力改变信息传递和消费的方式。简言之，将真实世界和虚拟世界结合起来，并提供一种无法完全从真实或虚拟内容中获得的统一体验，实现人境交互。

（二）叠加虚拟情境

XR旨在将分层对象与沉浸式数字世界融合到现实世界中，允许用户参与在数字环境甚至真实物理世界中不可能参与的活动，从而使XR能够达到第二个“现实”（扩展），专注于将每个启用者的异构交互层编织在一起，以提供独特的体验，即在同一时间将用户集成到同一空间中。

例如，国内虚拟现实头部企业当红齐天团队在山西平遥古城参与设计的平遥科技艺术博物馆，如图5，利用多种数字虚拟技术手段，如扩展现实技术、反重力水流装置、数字影像融合、交互设计、激光成像环境营造等，将平遥当地历史与艺术文化融入多种数字技术形式中，带参与者从不同的时间、空间维度沉浸式地体验平遥，多维度多感官参与下的博物馆导览，融合叠加真实的虚拟场景和角色，更加生动地表现平遥文化与三晋文化。

（三）自然多模态交互

用户交互应该是多模态的，多感官参与的，如同在现实世界中的亲历体验，自然地以语音、手势、嗅觉、听觉等甚至情感为特征。如湖北博物馆就选择虚拟现实技术扩展博物馆手势互动导览形式，即提供参与者VR手柄，使其亲历战国乐师演奏曾侯乙编钟的体验；华强北博物馆在2021年5月举行以“深声不息”为主题的声音互动展览，如图6，前期其主创团队收集参与者与声音相关的物品或回忆故事，并以此为展览的展品，以声音为线索回溯历史，唤起参与者对深圳这个城市的认同感和同理心。这是一场打破传统展览模式的旅程，参与者即设计者。这场“深声不息”的展览以声音+视觉的互动展示方式，探寻与关注深圳的时代声音，保留与收藏关于这个城市的记忆。