虛擬化自然博物館的交互方式發(fā)展趨勢研究

摘要：上世紀(jì)90年代，博物館的信息化建設(shè)逐漸進(jìn)入了中國，展館的展陳設(shè)計也開始呈現(xiàn)出虛擬化趨勢。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一項新興的信息技術(shù)，為自然博物館的展陳設(shè)計提供了新的機(jī)會和可能性。文章以虛擬博物館的交互性展示為研究內(nèi)容，從自然博物館的發(fā)展現(xiàn)狀開始分析論述，提出當(dāng)前自然博物館展示中缺乏交互性展示的問題，分析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在博物館展示設(shè)計中的應(yīng)用所帶來的優(yōu)勢，并提出了該技術(shù)在交互方式上存在的不足以及新的設(shè)想，提出建立“共生”的交互系統(tǒng)，展望未來交互方式上新的可能性和發(fā)展的趨勢。

關(guān)鍵詞：自然博物館;交互設(shè)計;虛擬化;共生系統(tǒng)

中圖分類號：TU242.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-9129（2018）06-0251-02

Research on the Development Trend of Interaction Mode of Virtualized Natural History Museum

YU Xinyu*

（Wuhan University of Technology， Hubei Wuhan， 430072， China）

Abstract：In the 90s of last century， the information construction of museums has gradually entered China， the design of exhibition also began to show a trend of virtualization. Virtual reality technology is a new information technology， which provides new opportunities and possibilities for the natural history museum exhibition design. This paper takes the interactive display of virtual museum as the research content， analyzes and discusses the development status of natural museum， puts forward the problem of lacking of interactive display in the exhibition of natural museum， and analyzes the advantages brought by the application of virtual reality technology in museum display design，and also puts forward the shortcomings and new ideas of this technology in the interaction mode， puts forward the establishment of "symbiotic" interaction system， and looks forward to the new possibilities and development trend of the interaction mode in the future.

Keywords：Museum of natural history; interaction design; virtual reality; symbiotic system

引用：詹昕昱. 虛擬化自然博物館的交互方式發(fā)展趨勢研究[J]. 數(shù)碼設(shè)計， 2018， 7（6）： 251-252.

Cite：YU Xinyu. Research on the Development Trend of Interaction Mode of Virtualized Natural History Museum[J]. Peak Data Science， 2018， 7（6）： 251-252.

1 ?自然博物館的虛擬化展示發(fā)展趨勢

1.1? 自然博物館的發(fā)展現(xiàn)狀

自然博物館是收藏、研究、展示和反映自然發(fā)展歷史的自然環(huán)境或自然遺產(chǎn)的博物館，是國家讓民眾了解其文明傳承和發(fā)展溯流的重要窗口，也是一個城市的文化、環(huán)境、社會生活的形象和標(biāo)志，是普及科學(xué)文化知識，提高民眾科學(xué)文化素養(yǎng)的教育基地。它具有與其他類型的博物館不同的，特有的教育傳播內(nèi)容。如自然歷史方面：天體、地球、生物、人類的進(jìn)化、發(fā)展歷史及其規(guī)律;自然資源方面：包括天象、地球 （天氣、地質(zhì)地理和礦藏等）、生物等方面的資源及其利用;自然環(huán)境方面：由自然力所造成的環(huán)境，其中如生物多樣性，主要涉及環(huán)境變遷及其原因;人與自然的關(guān)系：保護(hù)自然與破壞自然（造成溫室效應(yīng)、臭氧空洞、酸雨、生物多樣性破壞）等等。因此自然博物館其獨(dú)特性在于其具有重要的教育意義。

目前，我國自然博物館的發(fā)展相對滯后，大部分的陳列方式按照固有的模式和行為習(xí)慣進(jìn)行管理而缺乏活力和創(chuàng)新性，展示方式一般以標(biāo)本展示、照片陳列介紹展示等傳統(tǒng)的方式為主，缺乏傳遞信息的直觀感和情景性，無法向觀者形象化地展示有效信息。如果自然博物館的展示方式得不到創(chuàng)新發(fā)展，則將很難吸引到觀者參展，也就很難發(fā)揮其科普作用和教育意義。

1.2? 自然博物館的發(fā)展趨勢

隨著科技的進(jìn)步和VR技術(shù)的發(fā)展，使得展館的展示設(shè)計呈現(xiàn)出了信息化、虛擬化的趨勢。目前國外的一些展館能夠通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將觀眾帶入展示環(huán)境之中，如1995年在蒙特利爾現(xiàn)代藝術(shù)博物館展出的《滲透》展品，觀眾只需帶上數(shù)據(jù)頭盔，裝上胸前測量儀器，即可在失重感的體驗下走入虛擬環(huán)境，感受到計算機(jī)模擬出的環(huán)境信息，從宏觀的花園環(huán)境走向一片樹葉的微觀環(huán)境之中。虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)手段可以將環(huán)境與人的互動性建立起來，創(chuàng)造出獨(dú)特的沉浸式參展體驗感。自然博物館的展示方式若與高新技術(shù)設(shè)備相結(jié)合，并將交互設(shè)計應(yīng)用到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，注重與觀眾的互動性，則能獲得更好的展覽效果，吸引更多的觀眾，達(dá)到良好的信息傳播的目的。

目前國內(nèi)已有部分博物館在嘗試將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入展品的展示中，但存在諸多問題，交互手段也并不能很好的使得觀眾獲得完美的參展體驗。如何實(shí)現(xiàn)交互系統(tǒng)的自然性以及直覺性，是我們需要探討的內(nèi)容。建立“共生”的交互系統(tǒng)是未來虛擬展館的交互設(shè)計應(yīng)該努力的方向。將實(shí)景展示的一部分的場景還原與虛擬展示相結(jié)合的方式作為自然博物館設(shè)計的方向，既可以實(shí)現(xiàn)自然博物館的創(chuàng)新性展示，又能讓更多人愿意走進(jìn)自然博物館進(jìn)行體驗，進(jìn)一步引導(dǎo)人們了解自然的發(fā)展規(guī)律，以及目前自然所面臨的危機(jī)等各種問題，從而充分發(fā)揮自然博物館的科普教育作用。

2 ?虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互方式及實(shí)現(xiàn)手段

交互設(shè)計的發(fā)展經(jīng)歷了巨大的進(jìn)步和革新。從最初的紙帶打孔，發(fā)展到鼠標(biāo)和鍵盤的出現(xiàn)，再到如今的語音識別、觸控操作，以及冉冉升起的3d手勢、眼球動作識別技術(shù)，未來人們的暢想甚至是如腦電波控制、意念識別等等。上述交互方式的發(fā)展離不開技術(shù)革新，同時，技術(shù)革新也會帶來新的交互方式變化及進(jìn)步，但最關(guān)鍵的是設(shè)計最自然的交互方式以提高觀眾的沉浸感，讓觀眾能夠真正地身臨其境。虛擬現(xiàn)實(shí)交互方式如定時錨點(diǎn)，是最基礎(chǔ)的交互形式，用戶只需通過頭部移動來進(jìn)行信息交互，但效率較低;錨點(diǎn)+觸摸板，提高了交互效率，但是需要用戶進(jìn)行盲操，使得整個交互行為變得非常不自然;藍(lán)牙手柄、Daydream式手柄，需要通過載體進(jìn)行操作，并非最有效的自然交互方式;空間定位、位置追蹤、語音控制、3d手勢、動作捕捉等方式則是相對較自然的同虛擬環(huán)境互動的方式，但同樣也存在諸多問題，如：識別成功率低、交互手勢模式化、局限性較大。

展示設(shè)計中的交互設(shè)計，本質(zhì)是提高信息的傳播效率，使得觀者獲得更好的體驗感，高效、舒適地接收信息。參展者不再是僅僅通過傳統(tǒng)的瀏覽、觀看的方式來獲取信息，被動地接受來自展館的固定展品信息，而是采取更加主動的、可掌控以及自由選擇的方式來接收感興趣的信息。運(yùn)用多種交互手段的展示行為可以更加吸引觀眾，而觀眾在輕松自由可控的狀態(tài)下，接受的信息的過程也更有趣和有效。

2.1? 人機(jī)交互方式

交互設(shè)計在展示空間中的運(yùn)用，狹義上來講是將交互設(shè)備運(yùn)用到參展的環(huán)節(jié)之中，參觀者通過操作交互設(shè)備如：觸摸屏、VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、互動游戲等等，設(shè)備作為信息傳播的媒介，只是一種傳遞的途徑，關(guān)鍵在于信息本身的質(zhì)量以及其是否符合觀眾的需求。

人機(jī)交互目前最常見的是觸控交互。觸控技術(shù)目前已經(jīng)相當(dāng)成熟，觸摸屏在展館設(shè)計中得到了大量的應(yīng)用，參觀者可根據(jù)自己感興趣的方向來進(jìn)行自由選擇想要詳細(xì)了解的展示項目，這給了參觀者很大的自由選擇的空間，但這種方式存在的缺陷也是顯而易見的：參展者人數(shù)眾多的時候，觸摸屏設(shè)備無法真正有效滿足大量觀眾的需求，很多游客會被觸摸屏所吸引，希望能親自操作觸摸屏一探究竟，這種從眾心理就會造成展區(qū)擁堵，秩序混亂，從而影響整個展示空間的參展效率，出現(xiàn)部分展位人潮擁擠，部分展位無人問津的客流量不均勻現(xiàn)象，部分參觀者也無法真正獲取有效信息。

2.2? 人與空間的交互方式

展示空間之中，人作為此空間的參觀者，會自動觀察此空間并對空間中的各種信息進(jìn)行梳理和反饋。傳統(tǒng)的展示空間是通過展示實(shí)體來傳遞信息，觀眾也只能被展館的路線引導(dǎo)進(jìn)行參觀，這種參觀方式很容易引起參展者心理上的惰性以及疲倦感，走馬觀花式的參展形式也不會給參展者留下深刻的印象。但如果將人與空間的交互應(yīng)用到展示設(shè)計之中，更能激發(fā)觀眾的興趣，與展示空間的交流互動也能為參展者留下深刻的印象從而達(dá)到高效率的信息傳遞目的。

（1）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)通過建立一個包含實(shí)時信息、三維靜態(tài)圖像或者運(yùn)動物體的完全仿真的虛擬空間，實(shí)現(xiàn)空間的一切元素按照一定的規(guī)則與使用者進(jìn)行交互、這個空間可以獨(dú)立存在，它通過人的視覺、聽覺、觸覺、甚至是嗅覺作用于用戶，使用戶產(chǎn)生身臨其境的沉浸感。三維環(huán)境下的實(shí)時性、交互性、沉浸性是它的特點(diǎn)。其中交互性是指參與者對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。在PC和移動互聯(lián)網(wǎng)時代，人們通過實(shí)際載體如觸控屏、鼠標(biāo)、鍵盤等與機(jī)器進(jìn)行交互，但通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，人們可以通過動作、手勢、表情、語言、甚至腦電波識別等進(jìn)行多維的信息交互，其關(guān)鍵在于交互方式更加自然化，接近于人們與真實(shí)世界進(jìn)行的交互。參與者在與虛擬世界進(jìn)行交互時，會得到一定的規(guī)律性反饋。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互方式以及得到的反饋依然處于較為刻意的階段，沒有真正實(shí)現(xiàn)自然的交互。

（2）多媒體數(shù)字設(shè)備的應(yīng)用。在展示空間中運(yùn)用多媒體數(shù)字設(shè)備來承載虛擬化的創(chuàng)造與設(shè)計空間，是完成信息多樣化交互的先決條件，也是展示設(shè)計中交互技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)。如2015年米蘭世博會的日本館的設(shè)計，其中投影空間、信息瀑布、圓形演藝中心等展廳采用了先進(jìn)的數(shù)字多媒體設(shè)備進(jìn)行展示。如：投影空間運(yùn)用了投影技術(shù)，將日本四季變遷與農(nóng)作物耕種的場景投影于地面上，讓觀眾仿佛置身于真實(shí)場景之中，美輪美奐，蔚為壯觀;圓形演繹中心則是在表演者演出過程中。觀眾可以通過筷子與觸摸屏進(jìn)行交互，增強(qiáng)了趣味性，同時信息的傳遞也更加有趣味;信息瀑布廳則是通過虛擬投影瀑布流來展示塊狀信息，參展者可以在瀑布流中篩選感興趣的信息，同時可以允許多個觀眾一起操作，獲取信息效率也大大提高。

因此，人與虛擬空間的交互，要注意交互過程中的易操作性、獲取信息的高效率，同時要滿足觀眾對會展信息趣味化、人性化的心理與行為需求，不斷對設(shè)計進(jìn)行革新和創(chuàng)新。當(dāng)前以數(shù)字交互技術(shù)為媒介的設(shè)計手段，要能夠清晰準(zhǔn)確地傳遞會展信息，注重技術(shù)設(shè)備與用戶體驗的關(guān)系，真正以人為主體，注重人的操作方式與信息接收度。

3 ?交互方式走向人與展示空間的“共生”關(guān)系

在不遠(yuǎn)的將來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，人與自然博物館的展示空間可以緊密的結(jié)合起來，同環(huán)境形成優(yōu)美自如而又和諧的互動關(guān)系，這種關(guān)系在20世紀(jì)50年代，被心理學(xué)家J.C.R.Licklider稱為“共生”關(guān)系，他用此關(guān)系來試圖確定人和機(jī)器之間的最完美的互動關(guān)系，這個名詞在表述人與展示空間之間的良好互動關(guān)系上也同樣適用。這種互動可以毫不費(fèi)力地在潛意識下發(fā)生，而人與環(huán)境的交流也非常自然，毫不費(fèi)力，其結(jié)果是人能很好的融入虛擬的博物館展示環(huán)境之中，可能是一個手勢，大腦傳輸?shù)囊粋€意念，眼部的一次注視就能從環(huán)境中獲得最有效的反饋和信息。自然的互動關(guān)系是積極的、正面的，人能讀懂環(huán)境，環(huán)境同樣可以讀懂人的需求，并相互之間得到反饋。

想像一下，你走入未來的自然博物館，主題是關(guān)于自然天氣的科普性展館。你想要感受北極圈的狂風(fēng)暴雪，于是你發(fā)出一個指令，這個指令可以是口頭說出的，也可以僅僅是腦海中的一個選擇，指令發(fā)出后，展館給了你反饋，你的周圍狂風(fēng)刮起，雪花飛起，低頭看地面是被大雪覆蓋的冰川，遠(yuǎn)處緩緩走過來一兩只北極熊，有一只正在試圖捕捉冰川下面的魚，不遠(yuǎn)處是一座愛斯基摩人建造的冰屋，甚至可以走進(jìn)里面體驗一下住在冰屋里隔絕風(fēng)雪的感覺……這是未來暢想的虛擬化自然博物館的場景，這種近乎真實(shí)性的場景體驗將會為參展者帶來一場在現(xiàn)實(shí)世界上可能永遠(yuǎn)都無法感受到的情景體驗。接近于真實(shí)的虛擬展覽方式是技術(shù)發(fā)展帶給我們的最佳體驗效果，同時其達(dá)到了參展者與展覽環(huán)境的“共生”關(guān)系。

4 ?結(jié)束語

未來的自然博物館展示設(shè)計應(yīng)該將虛擬化的交互性展示設(shè)計與傳統(tǒng)的展示方式相結(jié)合，利用高科技手段，收集并整合有效的信息內(nèi)容，并將信息庫以自然交互的方式傳遞給受眾，使參展者真正融入其想要體驗的自然環(huán)境之中，使得人與博物館環(huán)境的互動達(dá)到高效、準(zhǔn)確、自由的“共生”關(guān)系，這樣不僅可以促進(jìn)自然博物館的發(fā)展，吸引觀眾，并且對于國家和政府來說，可以達(dá)到更好的科普教育的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]????? 胡衛(wèi)夕 胡騰飛. VR革命：虛擬現(xiàn)實(shí)獎如何改變我們的生活[TP]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.11.

[2]????? 黃鑫 李女仙.當(dāng)代博物館展示中的交互設(shè)計方式[J].裝飾，2011（04）.

[3]????? 謝鄭凱 彭明武 等編著. 設(shè)計未來：VR虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計指南[TP].北京：電子工業(yè)出版社，2017.07.

[4]????? 陸韋名. 數(shù)字時代的虛與實(shí). [TP].北京：中國財富出版社， 2016.09.

[5]????? 蔣松儒 郭晶.會展設(shè)計中的交互技術(shù)應(yīng)用分析[J].包裝工程，2016（11）.

[6]????? 趙穎 王峰.自然導(dǎo)向的虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)計初探[J].藝術(shù)科技，2017（01）.

[7]????? 文鈞雷 陳韻林 安樂 宋海濤.虛擬現(xiàn)實(shí)+平行世界的商業(yè)與未來[TP].北京：中信出版社，2016（09）.

[8]????? 樓錫詁.中國的自然博物館[J].科普研究，2009（04）.

[9]????? 白歐.交互性設(shè)計在展示陳列中的應(yīng)用研究[D].魯迅美術(shù)學(xué)院，2014（06）.

[10]??? 【美】Donald A.Norman.未來產(chǎn)品的設(shè)計. 劉松濤譯.北京：電子工業(yè)出版社，2009（06）.