體感交互技術(shù)在博物館科普展示中的探究

張航鑫 張麗莉

摘? 要：隨著社會(huì)發(fā)展與人們生活方式的轉(zhuǎn)變，大眾對公共文化產(chǎn)品的需求日益增加，博物館衍生成為了科普教育的重地。由于體感交互技術(shù)的迅猛發(fā)展，博物館科普展覽形式也在不斷推陳出新。本文立足于洞庭湖生物多樣性保護(hù)發(fā)展實(shí)際，將“生物保護(hù)+體感交互”結(jié)合思考，通過查閱文獻(xiàn)與實(shí)地勘察，探究體感交互裝置在科普展示當(dāng)中的設(shè)計(jì)方法與技術(shù)路線，在秉承交互設(shè)計(jì)合理化原則基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)體感交互裝置《洞庭色彩》，為用戶提供獲取知識難度低，交互易操作的科普裝置。這為洞庭湖生物多樣性保護(hù)的科普宣傳提供設(shè)計(jì)思路，也為體感交互視角下的科普展示設(shè)計(jì)提供合理建議。

關(guān)鍵詞：博物館；科普展示；生物多樣性；體感交互

科普展示最根本的任務(wù)是傳達(dá)信息。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的更新迭代，新媒體藝術(shù)大放異彩?？破招问揭苍诓粩喟l(fā)展，博物館作為面向社會(huì)公眾的非營利性機(jī)構(gòu)，如今也越來越重視對公眾的科普教育功能。2020年，洞庭湖博物館正式對外開放，對于洞庭湖生物保護(hù)有著重要意義，發(fā)揮著重要的科普教育功能。中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于新時(shí)代進(jìn)一步加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)普及工作的意見》的文件中指出要構(gòu)建社會(huì)化協(xié)同、數(shù)字化傳播新時(shí)代科普生態(tài)，大力推動(dòng)科普全面融入文化、社會(huì)，以及生態(tài)文明建設(shè)等，文章認(rèn)為將新媒體藝術(shù)理論知識協(xié)同體感交互技術(shù)以及相關(guān)軟件同洞庭湖多樣性生物保護(hù)進(jìn)行結(jié)合創(chuàng)作設(shè)計(jì)，可以有效提高觀眾參觀的積極性，降低觀眾獲取知識的門檻，營造更加有趣的科普環(huán)境，從而提高科普效率。體感交互技術(shù)賦予博物館全新的展陳方式。但其中一些博物館為了追趕“時(shí)尚潮流”，在展項(xiàng)交互設(shè)計(jì)方面單純狂炫技術(shù)，忽略了博物館功能的核心是向社會(huì)群體科學(xué)及有效地傳播信息。本文通過對博物館體感交互的深入研究，發(fā)現(xiàn)體感交互裝置能夠有效填補(bǔ)物理展品信息傳達(dá)不足的缺點(diǎn)，將用戶輕易代入作品當(dāng)中，多感官維度去幫助用戶更好地與展品產(chǎn)生情感共鳴[1]。因此，如何利用體感交互技術(shù)與洞庭湖生物多樣性保護(hù)完美契合創(chuàng)造出有價(jià)值的科普內(nèi)容，營造有趣的科普展示環(huán)境，普及洞庭湖生物知識，激發(fā)觀眾保護(hù)意識是本文研究的主要問題。

一、體感交互概述

（一）體感交互概念

體感交互是一種直接利用軀體動(dòng)作、聲音、眼球轉(zhuǎn)動(dòng)等方式與周邊環(huán)境、裝置或畫面進(jìn)行互動(dòng)[1]的行為方式。用戶利用肢體動(dòng)作與作品產(chǎn)生互動(dòng)，一邊體驗(yàn)一邊獲取生成的信息內(nèi)容。

體感交互主要包含硬件設(shè)備、軟件系統(tǒng)以及交互動(dòng)作三個(gè)重要部分，其中硬件設(shè)備主要包括以Kinect、Arduino、Leap motion[2]等為主的傳感器、RGB攝像頭[3]以及各類聲音、動(dòng)作捕捉設(shè)備；軟件系統(tǒng)主要是接收處理從硬件設(shè)備讀取的用戶信息，向用戶傳遞出連續(xù)穩(wěn)定反饋的計(jì)算機(jī)程序。交互動(dòng)作可以理解為一種肢體語言符號，在體感交互中發(fā)揮著橋梁作用，動(dòng)作符號能夠被硬件設(shè)備讀取傳輸，通過軟件處理產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出效果。

（二）科普設(shè)計(jì)中的體感交互設(shè)計(jì)理念

體感交互的服務(wù)對象是“人”，重點(diǎn)在于交互，在科普展示設(shè)計(jì)當(dāng)中，體感交互的運(yùn)用需要圍繞以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

第一是交互設(shè)計(jì)要圍繞科普對象，科普主體內(nèi)容是最主要的，體感交互只是科普形式的轉(zhuǎn)變，交互要圍繞內(nèi)容展開，用戶在體驗(yàn)操作之后能夠明確獲取到的科普知識。

第二是交互設(shè)計(jì)要圍繞目標(biāo)用戶來設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過程中，需要充分考慮到用戶的一些行為，這些行為通通都被稱之為目標(biāo)，然后按照這樣的目標(biāo)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，比如說用戶可能會(huì)點(diǎn)擊，用戶可能會(huì)滑動(dòng)，用戶也可能會(huì)放大或者縮小，那么用戶一旦有這些行為目標(biāo)，那么在這種行為目標(biāo)產(chǎn)生之后，用什么樣的方式來進(jìn)行交互，這個(gè)就是一個(gè)很直接的設(shè)計(jì)理念。

第三是交互設(shè)計(jì)需要具有可用性，用戶使用起來會(huì)覺得有趣，操作過程當(dāng)中能夠產(chǎn)生一些比較好的感受，這就是所謂的可用性，非常強(qiáng)調(diào)用戶在使用過程當(dāng)中的直覺。

第四是符號性的設(shè)計(jì)理念，也就是說把用戶在操作過程當(dāng)中所見到的或者觸摸到的，或者是點(diǎn)擊到的東西，通通設(shè)計(jì)成可見的符號或者圖標(biāo)，而且這些符號和圖標(biāo)具有一定的信息傳遞功能，讓用戶看到了之后，即使條件反射慢的也能夠知道點(diǎn)擊了或者是放大縮小了，又或者是滑動(dòng)了之后會(huì)產(chǎn)生的一些行為[4]。

第五是時(shí)間反饋響應(yīng)機(jī)制，用戶做出了某一個(gè)動(dòng)作之后，并不會(huì)馬上呈現(xiàn)出這樣一個(gè)效果，而是需要有一個(gè)過渡，那么這個(gè)過渡的時(shí)間就應(yīng)該把握好，時(shí)間太長了，用戶失去耐心，等待時(shí)間太短了，有可能呈現(xiàn)不出良好的效果。

（三）博物館科普設(shè)計(jì)中的體感交互設(shè)計(jì)原則

互動(dòng)項(xiàng)目的應(yīng)用，主要作用于參觀者，它的作用就是帶入式地讓觀眾在體驗(yàn)中了解博物館的展出內(nèi)容，因此互動(dòng)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)需要遵循一定的設(shè)計(jì)原則，具體圍繞以下展開。

第一，互動(dòng)簡單易懂。博物館參觀人群年齡范圍較廣，包括老年人和兒童，他們的心智發(fā)展水平不同，且用戶受教育程度不同，這就要求互動(dòng)裝置通俗易懂，簡單的操作就可以獲取到內(nèi)容的輸出，那么在場景中就需要設(shè)置顯眼且和諧的提示來引導(dǎo)用戶體驗(yàn)。

第二，交互過程有趣。交互有趣也是一個(gè)重要前提，用戶總是對未知的東西感到好奇，在用戶體驗(yàn)裝置的同時(shí)能夠體會(huì)到樂趣，更容易達(dá)到“寓教于樂”的目的。用戶喜歡體驗(yàn)，就會(huì)引發(fā)思考，所以交互裝置應(yīng)該發(fā)掘其可玩性，添加獎(jiǎng)勵(lì)性機(jī)制完善反饋性機(jī)制。

第三，劃定有效交互區(qū)域。有效交互區(qū)域[5]指的是傳感器設(shè)備能夠完整準(zhǔn)確識取用戶肢體動(dòng)作的限定范圍空間。交互的關(guān)鍵在于這個(gè)限定范圍區(qū)域的設(shè)置應(yīng)該考慮用戶的便捷性。用戶可以輕易獲取到體驗(yàn)內(nèi)容，而不需要頻繁試錯(cuò)。其次要保證用戶在參觀體驗(yàn)的時(shí)候正好位于有效交互區(qū)域當(dāng)中，且在體驗(yàn)時(shí)不得超出限定范圍。因此在裝置周圍應(yīng)該設(shè)置有效提示，提醒用戶站在合理有效的區(qū)域內(nèi)。

第四，交互貼合內(nèi)容。交互是為科普主體服務(wù)的，所以體感交互設(shè)計(jì)要在主體內(nèi)容基礎(chǔ)上合理加入，這里包括畫面內(nèi)容、周圍環(huán)境。用戶在體驗(yàn)的時(shí)候可以被自然地代入到作品當(dāng)中從而沉浸式體驗(yàn)。

二、博物館科普展示的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的博物館科普展示主要以靜態(tài)文物陳列和講解員講解為主，這種方式已經(jīng)無法滿足觀眾的互動(dòng)體驗(yàn)需求。隨著科技的發(fā)展，越來越多的博物館開始引入新興技術(shù)。目前在博物館科普展示當(dāng)中，體感交互技術(shù)運(yùn)用主要分為三大類型：人機(jī)類互動(dòng)、體感識別類互動(dòng)、虛擬現(xiàn)實(shí)類互動(dòng)。

人機(jī)類互動(dòng)是利用電腦、觸控屏等設(shè)備，用戶需要用手對設(shè)備進(jìn)行操作，獲取展品信息，博物館常見的電子虛擬翻書，以往平面的展出內(nèi)容如今在機(jī)器上用手觸控屏幕即可查看。體感識別類互動(dòng)需要物理傳感器的幫助，從而識別到用戶的肢體動(dòng)作，與周圍環(huán)境、裝置產(chǎn)生交互行為。營造出體驗(yàn)用戶獨(dú)有的視覺感受，增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)感受[6]。例如全球頭部多媒體娛樂工作室 Moment Factory，2020年為加拿大自然博物館「冰河時(shí)代的奧秘」展覽開發(fā)的互動(dòng)項(xiàng)目（如圖1），讓觀眾積極參與的同時(shí)，營造了一種新的“時(shí)空”相隔體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)類互動(dòng)則是利用傳感設(shè)備、計(jì)算機(jī)虛擬引擎、計(jì)算機(jī)圖形等多種技術(shù)手段虛構(gòu)出一個(gè)類真實(shí)世界。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠帶給用戶強(qiáng)烈的沉浸感，不僅僅可以刺激用戶的視覺，還能通過五感等多維度與用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。

三、體感交互技術(shù)在博物館科普展示中的應(yīng)用方案

文章在上述設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)在，提出體感交互技術(shù)在科普展示項(xiàng)目中的一般設(shè)計(jì)思路與流程（如圖2），從洞庭湖生物多樣性保護(hù)觀點(diǎn)出發(fā)設(shè)計(jì)體感交互裝置《洞庭色彩》，依據(jù)設(shè)計(jì)流程與方法進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐，驗(yàn)證體感交互設(shè)計(jì)在洞庭湖博物館科普展示中的可行性與合理性。大自然賦予洞庭湖獨(dú)特的色彩，裝置圍繞洞庭湖生物本身顏色、叫聲以及自然環(huán)境結(jié)合設(shè)計(jì)，取名為《洞庭色彩》。用戶可以欣賞到洞庭湖生物群居的生活場景。伸出雙手與畫面互動(dòng)，畫面中出現(xiàn)三維粒子特效，隨意散布在畫面當(dāng)中，宛如一群小精靈散布在主體周圍，象征著生物的自由生命力，帶給觀眾精美的視覺畫面，文章借此作品希望用戶在感受生物帶給洞庭湖絢麗多彩顏色的同時(shí)能夠去重視和保護(hù)它們的生存環(huán)境。

（一）確定科普目標(biāo)

科普的首要目標(biāo)是科普知識，體感交互技術(shù)用來輔佐科普。推動(dòng)科普形式創(chuàng)新發(fā)展的首要之初就是要明確科普目標(biāo)?！抖赐ド省穼⑸锉Ｗo(hù)與體感交互相結(jié)合，借助體感捕捉設(shè)備，用自由散發(fā)的三維粒子來與主體相融合，表達(dá)人與自然和諧共生的深刻寓意。生物多樣性在畫面當(dāng)中靈活呈現(xiàn)，人與畫面互動(dòng)產(chǎn)生的粒子帶給觀眾一種直觀的表達(dá)，引發(fā)用戶去感受、去思考，拉近用戶與洞庭湖生物之間的距離，向用戶傳達(dá)生物保護(hù)的理念。

生物保護(hù)是當(dāng)今社會(huì)非常重視的一個(gè)問題，政府以及社會(huì)群眾應(yīng)該協(xié)同努力，藝術(shù)從業(yè)者也應(yīng)該動(dòng)用自己的學(xué)識，將藝術(shù)更多地與生物保護(hù)與科技相結(jié)合，來呼吁更多人去了解生物，保護(hù)生物。這對于藝術(shù)作品來說具有很重要的公益價(jià)值與社會(huì)價(jià)值。

（二）搭建科普環(huán)境

圍繞科普目標(biāo)進(jìn)行展開，發(fā)掘有趣的主題內(nèi)容，為用戶搭建有趣的體驗(yàn)方式，將用戶代入到擬定的科普環(huán)境當(dāng)中[7]。《洞庭色彩》以生物保護(hù)為主題，發(fā)掘出生物本身色彩的獨(dú)特性，搭建生物多樣性背景下洞庭湖絢麗的色彩空間，依靠色彩的情感渲染力營造一個(gè)直觀的生物保護(hù)科普空間。顏色或色彩是通過“眼、腦和人們的生活經(jīng)驗(yàn)”所產(chǎn)生的一種對“光”的視覺效應(yīng)。但是人對顏色的感覺不僅僅由“光”的物理性質(zhì)所決定，還包含著“生活經(jīng)驗(yàn)、個(gè)人情感、心理作用[8]”等許多因素。色彩心理作用是指色彩作用于人的情感所產(chǎn)生的心理感受與綜合性生理感覺作用。它影響著人們的記憶、感知、聯(lián)想和情感，刺激著視覺，在設(shè)計(jì)中有著不可忽視的作用。生物色彩賦予了洞庭湖生命力與情感，將色彩與生物聯(lián)系在一塊，便產(chǎn)生了洞庭湖是絢麗多彩的創(chuàng)作靈感，生命賦予自然色彩，我們賦予生物生命。

（三）確定交互方式

科普情境搭建完成后，要針對作品交互方式進(jìn)行斟酌設(shè)計(jì)，需要注意的是，交互是一個(gè)雙向輸出互相影響的過程，用戶需要提供信息進(jìn)行互動(dòng)，這樣才能完成互動(dòng)?！抖赐ド省方换パb置體驗(yàn)區(qū)設(shè)置在屏幕正前方，根據(jù)Kinect傳感器設(shè)備的最佳體驗(yàn)距離是1.2～3.5m之間，所以設(shè)計(jì)之初站在用戶體驗(yàn)者的距離角度去設(shè)計(jì)。針對《洞庭色彩》這個(gè)裝置設(shè)計(jì)以下交互內(nèi)容：人與自然、生物之間的相互交融，當(dāng)用戶在裝置面前揮動(dòng)手臂，畫面中也會(huì)有與人手掌相對應(yīng)的位置，并且在相應(yīng)位置生成無限的粒子特效。（如圖3）該粒子特效顏色會(huì)跟隨畫面的主色調(diào)整變化，使其與畫面主體更加融合，粒子隨后會(huì)向下漂浮，不斷生成，當(dāng)手臂離開感應(yīng)區(qū)域，粒子會(huì)向右下角飄落消失且不會(huì)生成新粒子。

四、實(shí)現(xiàn)具體步驟

確定交互方式之后，進(jìn)行裝置原型模擬測試，再通過用戶體驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。以《洞庭色彩》藝術(shù)裝置為例，通過粒子直觀展示，表達(dá)出人們與洞庭生物和諧共生的畫面。畫面內(nèi)容主要包括四個(gè)方面。

（一）畫面主體選擇

文章首先選擇了洞庭湖地區(qū)具有代表性的麋鹿、江豚，以及東方白鶴，還有大眾比較陌生的中華秋沙鴨。麋鹿與江豚屬于洞庭湖地區(qū)特有的珍稀動(dòng)物，且數(shù)量瀕危。而東方白鶴與中華秋沙鴨每年冬季之前都會(huì)遷徙南下來到洞庭湖度過寒冷的冬季。它們的出現(xiàn)賦予了洞庭湖周邊最獨(dú)特的風(fēng)景畫面，生態(tài)意義尤為重要。為了更好表現(xiàn)生物的生活習(xí)性，文章選擇通過建立數(shù)字模型+骨骼動(dòng)畫，這樣畫面中的生物更加生動(dòng)且貼近真實(shí)。

（二）畫面色彩表現(xiàn)

裝置名稱叫《洞庭色彩》，因此顏色是畫面中比較重要的構(gòu)成元素。文章在這里考慮到觀眾的知識接受度不同，視覺疲勞特性，在每一幅畫面中只運(yùn)用了三種顏色，給觀眾營造一種歡快清雅的氛圍[9]。在麋鹿畫面中，主題色選取麋鹿本身特有的棕黃色，輔助色搭配了蘆葦叢的黃綠色。麋鹿本身自帶的神秘性與幸運(yùn)屬性，加上顏色賦予的心理效應(yīng)，給予觀眾一種溫暖、積極的感覺。江豚畫面主題色選取江豚自身的顏色灰白色，輔助色筆者從湖水中提取到藍(lán)色與綠色，藍(lán)色給人一種信任，放松感，而少量綠色能夠增加畫面的自然屬性。側(cè)面透露出江豚對于人們的信任感，以及在人們的保護(hù)下江豚能夠順利繁衍生息。中華白鶴頭頂和臉裸露無羽鮮紅色，體羽白色。人們常常在落日的夕陽里看到成群的白鶴駐足與飛翔，呈現(xiàn)出一幅“落霞與孤鶩齊飛”的絕美畫面。這里筆者選取白色，紅色作為主題色，湖水的藍(lán)色作為輔助色。通過顏色漸變過渡以達(dá)到“秋水共長天一色”的畫面效果。整個(gè)畫面?zhèn)鬟f出白鶴的激情與能量。中華秋沙鴨通常為深中褐色，且雌性與雄性顏色不同，文章在這里選取了藍(lán)綠色與棕黃色作為主題色，白色作為輔助色。成群的中華秋沙鴨聚集在湖泊上，構(gòu)造出一幅自然且充滿生機(jī)的畫面。粒子特效顏色選擇呼應(yīng)主題顏色。四幅畫面顏色輕快簡潔，色彩飽和度高，冷暖和諧。筆者希望借助畫面顏色勾起觀眾內(nèi)心的情感回憶，激發(fā)出觀眾內(nèi)心對生物的保護(hù)欲望。

（三）畫面視覺表現(xiàn)

粒子特效是畫面重要的組成部分，主要表現(xiàn)為觀眾在裝置前揮手互動(dòng)，畫面會(huì)生成不同的顏色粒子（如圖4），且粒子跟隨觀眾手部位置進(jìn)行移動(dòng)生成。觀眾賦予粒子生命，讓它們自由飄蕩在畫面當(dāng)中，豐富畫面層次。

（四）多感官相融合

在音樂與音效的設(shè)計(jì)方面，背景選擇舒緩空靈的大自然河流背景氛圍音樂，其次針對每一種生物搭配設(shè)計(jì)他們獨(dú)有的叫聲音效，從聽覺上促使用戶能夠更加深刻清晰地認(rèn)識到作品所展示的主體，使觀眾更好地融入作品當(dāng)中，促使用戶對作品本身產(chǎn)生一定包含個(gè)人情感價(jià)值的思考。為了更好地營造體驗(yàn)氛圍，根據(jù)kinect設(shè)備的最佳體驗(yàn)距離1.2～3.5m，在設(shè)備檢測區(qū)域最佳體驗(yàn)位置應(yīng)放置提示語。

（五）作品應(yīng)用前景

作為體感交互裝置優(yōu)先應(yīng)用于博物館、展覽館（如圖5）這類具有人流量且能夠向用戶傳播知識的重要場所，同時(shí)借助各種媒介的發(fā)展，也可以采用多媒體設(shè)備來進(jìn)行傳播，將其轉(zhuǎn)化為可交互的動(dòng)態(tài)海報(bào)（如圖6），增加其科普傳播的廣泛性。

五、結(jié)語

文章的創(chuàng)新之處在于，利用體感設(shè)備Kinect進(jìn)行肢體動(dòng)作的捕捉，經(jīng)過可視化軟件解碼翻譯肢體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，通過畫面變化反饋于用戶，增強(qiáng)用戶與設(shè)備之間的互動(dòng)，通過體感交互技術(shù)將現(xiàn)有的洞庭湖瀕危生物轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)交互的、可視化的畫面，降低用戶獲取知識的難度，提高用戶在參觀中的趣味性，進(jìn)一步提高用戶對于洞庭湖瀕危生物的興趣與認(rèn)識，豐富體感交互裝置作品的公益價(jià)值，也為后者在體感交互視角下的科普展示設(shè)計(jì)提供參考思路。

現(xiàn)階段體感交互設(shè)計(jì)在生物保護(hù)方面的運(yùn)用還需要更多人去踐行，科普展示作為傳播知識的重要途徑，也需要更多的新技術(shù)引入。文章因時(shí)間和技術(shù)水平的限制，還需要進(jìn)一步完善，例如針對瀕危生物的生活狀況，壓力因素的表達(dá)，以及如何通過藝術(shù)加工進(jìn)行圖形化呈現(xiàn)還需要進(jìn)一步研究；體感交互方面也僅僅開發(fā)了手臂肢體動(dòng)作的捕捉，相對于Kinect設(shè)備的優(yōu)勢還沒有完全發(fā)揮，未來將應(yīng)對博物館大人群基數(shù)的參觀互動(dòng)，更好地優(yōu)化交互界面與交互方式來操控畫面，實(shí)現(xiàn)多名參觀者同時(shí)交流互動(dòng)，增強(qiáng)體驗(yàn)感與互動(dòng)性。

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作者簡介：張航鑫，湖南理工學(xué)院美術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院碩士研究生。

通訊作者：張麗莉，碩士，湖南理工學(xué)院美術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師。