王玥 高天芳 朱云龍 汪梅

摘 要：隨著高新技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化加快，科技創(chuàng)新對(duì)國(guó)家發(fā)展具有非常重要的促進(jìn)作用，科技發(fā)展與日常生活的關(guān)系更加密切，因此，人們對(duì)于了解科技發(fā)展特別是高新技術(shù)發(fā)展的愿望日益增強(qiáng)。與此同時(shí)，相關(guān)的科普資源和展示設(shè)計(jì)較為陳舊和單一，如何設(shè)計(jì)出既能準(zhǔn)確把握高新技術(shù)科普內(nèi)容，又能同時(shí)滿足互動(dòng)性與趣味性的展品成為亟需解決的關(guān)鍵性問(wèn)題。本文以嫦娥奔月互動(dòng)展示關(guān)鍵技術(shù)研究為例，旨在提升我國(guó)高新技術(shù)類展品的質(zhì)量和水平，為推動(dòng)發(fā)展高新技術(shù)類展品展示關(guān)鍵技術(shù)研究貢獻(xiàn)出自己的力量。

關(guān)鍵詞：高新技術(shù)成果 嫦娥探測(cè)器 虛實(shí)結(jié)合 展示技術(shù)

中圖分類號(hào)：J59 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2018）03（a）-0000-00

當(dāng)代中國(guó)開(kāi)始進(jìn)入加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的關(guān)鍵時(shí)期，科技發(fā)展與創(chuàng)新對(duì)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的促進(jìn)作用日益突出，高新技術(shù)成果被廣泛應(yīng)用于日常生活，與人們的衣食住行密不可分。公眾對(duì)于高新技術(shù)成果的興趣不斷增長(zhǎng)，然而對(duì)于高新技術(shù)發(fā)展的了解渠道，主要為文字報(bào)道與科普視頻，相關(guān)的科普資源發(fā)展相對(duì)滯后，尤其是展示高新技術(shù)的展品數(shù)量和質(zhì)量嚴(yán)重不足，迫切需要成熟的展示技術(shù)研究。

現(xiàn)有展示高新技術(shù)的展品，大多以模型靜態(tài)展示和多媒體介紹為主，對(duì)于技術(shù)的創(chuàng)新性的表達(dá)以及互動(dòng)性等各方面要求較低，因此，科技館行業(yè)急需推動(dòng)發(fā)展高新技術(shù)成果展示關(guān)鍵技術(shù)研究，以提高我國(guó)高新技術(shù)類展品研發(fā)水平[1]。以本文研究的嫦娥奔月互動(dòng)展示關(guān)鍵技術(shù)為例，現(xiàn)有的展項(xiàng)主要是通過(guò)多媒體和模型等方式展示探測(cè)器結(jié)構(gòu)以及登月技術(shù)原理，展示方式相對(duì)單一。本文通過(guò)創(chuàng)新展示設(shè)計(jì)形式，提出一種具有虛實(shí)結(jié)合的新型展示設(shè)計(jì)，為如何在科普同時(shí)保證展品的趣味性和互動(dòng)性做出示范，以期提升我國(guó)高新技術(shù)類展品的質(zhì)量和水平，為推動(dòng)我國(guó)科技創(chuàng)新成果向科普資源轉(zhuǎn)化，促進(jìn)我國(guó)公民科學(xué)素質(zhì)建設(shè)做出貢獻(xiàn)。

1 研究背景及展示難點(diǎn)分析

月球具有可供人類開(kāi)發(fā)和利用的各種獨(dú)特資源，已成為未來(lái)航天大國(guó)爭(zhēng)奪戰(zhàn)略資源的焦點(diǎn)。我國(guó)從1994年開(kāi)始探月計(jì)劃的可行性研究，2004年正式立項(xiàng)，稱作“嫦娥工程”，實(shí)現(xiàn)月球探測(cè)將是我國(guó)航天深空探測(cè)零的突破。

人類航天活動(dòng)的三大領(lǐng)域是發(fā)射人造地球衛(wèi)星、載人航天和深空探測(cè)，其中嫦娥奔月及落月過(guò)程存在超重和失重兩種非常特殊的狀態(tài)，而這也是地面難以體驗(yàn)到的特殊重力環(huán)境，此類展項(xiàng)通常采用多媒體視頻等便于展示的形式。此外，月面影像數(shù)據(jù)查詢?nèi)绾卧诔Ｒ?jiàn)圖片展示形式的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出新穎趣味的展示方式也是本文的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2 現(xiàn)有展示方式

嫦娥作為中國(guó)航天事業(yè)發(fā)展的里程碑，公眾和媒體的關(guān)注度較高，嫦娥衛(wèi)星的每次發(fā)射和動(dòng)向都會(huì)經(jīng)新聞媒體都會(huì)進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)道，報(bào)道中也會(huì)包含多媒體視頻資料進(jìn)行嫦娥衛(wèi)星奔月過(guò)程的相關(guān)科學(xué)原理介紹，因此，相關(guān)的研究和資料已經(jīng)較為完善，國(guó)內(nèi)也已經(jīng)出現(xiàn)不少相關(guān)的主題展示，其主要展示方式大體可以分為三種。

2.1 模型與圖文展示

國(guó)內(nèi)進(jìn)行過(guò)最多的展示形式是嫦娥探測(cè)器相關(guān)的模型展示，例如2014年11月8日，珠海航展中心中國(guó)航天館內(nèi)展出的嫦娥三號(hào)探測(cè)器模型，其結(jié)構(gòu)由月球軟著陸探測(cè)器（簡(jiǎn)稱著陸器）和月面巡視探測(cè)器（簡(jiǎn)稱巡視器，又稱玉兔號(hào)月球車(chē)）組成。展項(xiàng)通過(guò)還原月球表面的場(chǎng)景，能夠給予觀眾一種較為真實(shí)的感受，觀眾通過(guò)觀察等比例或者縮小比例的探測(cè)器模型了解嫦娥號(hào)的結(jié)構(gòu)，配合圖文展板介紹嫦娥號(hào)的發(fā)射原理和科學(xué)知識(shí)，對(duì)觀眾了解嫦娥衛(wèi)星高新技術(shù)成果具有一定的促進(jìn)作用。

2.2 多媒體及虛擬技術(shù)展示

此類展示主要應(yīng)用多媒體及虛擬互動(dòng)技術(shù)，觀眾進(jìn)入模型艙座椅，利用按鈕和操作手柄進(jìn)行互動(dòng)，期間通過(guò)模型艙前部顯示屏觀看嫦娥衛(wèi)星奔月過(guò)程，并操作虛擬月球車(chē)在月球上進(jìn)行探測(cè)任務(wù)，具有一定的趣味性。結(jié)合現(xiàn)在較為成熟的VR技術(shù)，使觀眾仿佛身臨其境，同時(shí)可以利用操作手柄進(jìn)行互動(dòng)體驗(yàn)，具有較高的觀賞性和互動(dòng)性。

2.3 投影互動(dòng)多媒體展示

此類展示通過(guò)投影及多媒體進(jìn)行互動(dòng)，觀眾操縱搖桿和按鈕選擇嫦娥奔月和月面實(shí)景進(jìn)行觀看，內(nèi)容較為全面。觀眾從操作屏中選擇一個(gè)嫦娥探測(cè)器，拖向前方投影幕，則屏中會(huì)出現(xiàn)相關(guān)嫦娥探測(cè)器的介紹及其奔月過(guò)程。屏幕中間采用了可轉(zhuǎn)動(dòng)的半剖地球模型，多媒體配合模型進(jìn)行演示，互動(dòng)較為有趣。

由于以上幾種展示方式的效果具備各自的優(yōu)勢(shì)，本文經(jīng)過(guò)調(diào)查和研究后，提出了一種虛實(shí)結(jié)合的演示思路，通過(guò)模型和多媒體結(jié)合的方式表現(xiàn)嫦娥奔月的全過(guò)程，并確立了展品設(shè)計(jì)所需的核心內(nèi)容。

3 展示關(guān)鍵技術(shù)

本文通過(guò)充分調(diào)研相關(guān)展示案例，確立了以真實(shí)月面影像、嫦娥探測(cè)器設(shè)計(jì)和探測(cè)器奔月過(guò)程為核心的展示內(nèi)容，對(duì)三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行了深入研究，并以此為基礎(chǔ)針對(duì)性地設(shè)計(jì)研發(fā)了展品。

3.1 基于真實(shí)月面影像數(shù)據(jù)的三維可視化演示系統(tǒng)[2-4]

指尖月球主要采用了三維可視化展示技術(shù)，基于我國(guó)嫦娥衛(wèi)星獲取的月球影像及地形數(shù)據(jù)，以三維可視化的方式動(dòng)態(tài)交互展示月球。

3.1.1 三維月球觸控式自由漫游

觀眾通過(guò)在主界面上以手指單點(diǎn)、兩點(diǎn)觸摸操作以操控主顯示區(qū)的三維數(shù)字月球的放大、縮小和旋轉(zhuǎn)，以對(duì)月球感興趣區(qū)進(jìn)行查看和漫游。本系統(tǒng)采用嫦娥二號(hào)50米分辨率真實(shí)月面影像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量達(dá)到幾十G，系統(tǒng)針對(duì)海量影像和地形數(shù)據(jù)的采用LOD動(dòng)態(tài)加載技術(shù)，實(shí)現(xiàn)流暢的操作體驗(yàn)，也使觀眾可以看到更多的月面細(xì)節(jié)。

3.1.2 月球典型地貌路徑漫游

在主界面的下方為月表典型月貌路徑漫游選擇區(qū)。觀眾可通過(guò)手指點(diǎn)擊左右兩個(gè)按鈕對(duì)月表典型月貌縮略圖進(jìn)行瀏覽，然后通過(guò)手指點(diǎn)選感興趣的月表月貌縮略圖，主顯示區(qū)根據(jù)觀眾所選擇的縮略圖，以對(duì)應(yīng)的漫游路徑引導(dǎo)觀眾對(duì)典型月表形貌飛行漫游，并配有解說(shuō)。

3.1.3 經(jīng)緯度查詢

觀眾在主界面上點(diǎn)擊經(jīng)緯度查詢按鈕，進(jìn)入經(jīng)緯度查詢界面，觸控輸入感興趣的經(jīng)緯度（北緯為正，南緯為負(fù)，東經(jīng)為正，西經(jīng)為負(fù)，緯度有效范圍-90度到90度，經(jīng)度有效范圍-180度到180度），點(diǎn)擊查詢，主界面的三維月球轉(zhuǎn)動(dòng)到觀眾輸入的經(jīng)緯度區(qū)。此時(shí)觀眾可對(duì)此區(qū)域進(jìn)行自由漫游瀏覽。

3.1.4 月球地名查詢

觀眾在主界面上點(diǎn)擊月表地名查詢按鈕，進(jìn)入月表地名分類界面，觀眾選擇感興趣的地名分類，再進(jìn)入地名選擇界面，選擇感興趣的地名。主界面的三維月球轉(zhuǎn)動(dòng)到觀眾輸入的月球地名區(qū)。此時(shí)觀眾可對(duì)此區(qū)域進(jìn)行自由漫游瀏覽。

采用三維可視化技術(shù)，將月面真實(shí)影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維可視化系統(tǒng)，觀眾通過(guò)觸控式三維月球進(jìn)行月球典型地貌路徑漫游、經(jīng)緯度查詢、月球地名查詢等互動(dòng)。通過(guò)趣味新穎地互動(dòng)展示技術(shù)，向公眾展示月球表面真實(shí)圖像資料，讓公眾近距離感受我國(guó)嫦娥探月工程的成果。該展示方式新穎有趣，為今后類似的展示需求提供一種較好的展示技術(shù)參考。

3.2 嫦娥奔月過(guò)程演示的虛實(shí)結(jié)合展示系統(tǒng)[5-6]

展品主要由投影墻、投影儀、地球半球模型、月球半球模型、一個(gè)探測(cè)器設(shè)計(jì)操作臺(tái)（包括四個(gè)觸摸屏）等組成。其中，月球半球模型通過(guò)投影墻背后的磁吸式升降控制機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，可以在與投影墻平行的平面上繞地球模型模擬運(yùn)動(dòng)。

嫦娥探測(cè)器設(shè)計(jì)：可供1-4名觀眾同時(shí)參與互動(dòng)，系統(tǒng)隨機(jī)分配該次的探月的嫦娥衛(wèi)星型號(hào)。此時(shí)，投影墻上會(huì)顯示總?cè)蝿?wù)要求和嫦娥衛(wèi)星三維骨架模型，各個(gè)觸摸屏?xí)@示所有設(shè)計(jì)任務(wù)要求，觀眾選擇一項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)（同一項(xiàng)任務(wù)在同一時(shí)間內(nèi)只能由一個(gè)人設(shè)計(jì)），選擇合理的載荷。操作臺(tái)出現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)選擇畫(huà)面，任務(wù)開(kāi)始10s后彈出提示“可請(qǐng)求其他設(shè)計(jì)者幫助”，設(shè)計(jì)錯(cuò)誤時(shí)給出提示，直到設(shè)計(jì)成功。觀眾完成一項(xiàng)任務(wù)設(shè)計(jì)后，可接著選擇其他任務(wù)。完成所有設(shè)計(jì)任務(wù)后，倒計(jì)時(shí)三秒開(kāi)始演示。

模擬演示階段會(huì)演示嫦娥被發(fā)射升空和奔月的全過(guò)程，以及相繼進(jìn)行科學(xué)活動(dòng)的情況。投影墻中出現(xiàn)發(fā)射場(chǎng)場(chǎng)景，虛擬火箭從中間地球模型上發(fā)射升空。隨后，投影轉(zhuǎn)為宇宙背景，月球通過(guò)磁吸式運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)繞著地球轉(zhuǎn)動(dòng)，多媒體畫(huà)面配合兩個(gè)半球?qū)嵨锬Ｐ脱菔拘l(wèi)星奔月軌跡與探月任務(wù)的執(zhí)行情況。觀眾選擇的不同載荷，其探月任務(wù)的執(zhí)行情況也會(huì)不同。

4 總結(jié)

“嫦娥奔月”展項(xiàng)運(yùn)用三維數(shù)字化展示技術(shù)，通過(guò)嫦娥衛(wèi)星獲取的月球影像及地形數(shù)據(jù)對(duì)月球進(jìn)行精確的還原，讓觀眾可以直觀的觀察月球的形態(tài)，感受我國(guó)嫦娥探月工程的成果。為了更好的展現(xiàn)探測(cè)器奔月和著陸過(guò)程的科學(xué)性，針對(duì)性地設(shè)計(jì)了垂直式磁吸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，使月球模型能夠圍繞地球模型平穩(wěn)受控運(yùn)動(dòng)。通過(guò)嫦娥探測(cè)器設(shè)計(jì)和探測(cè)任務(wù)的完成兩項(xiàng)內(nèi)容，使觀眾可以在參與互動(dòng)的同時(shí)獲取知識(shí)，使觀眾在趣味性的游戲中產(chǎn)生疑問(wèn)和興趣，實(shí)現(xiàn)了科技館展項(xiàng)中的互動(dòng)性、娛樂(lè)性、科普性于一體的展示目的。

本文旨在通過(guò)嫦娥奔月互動(dòng)展示關(guān)鍵技術(shù)研究為例，豐富科技館現(xiàn)有高新技術(shù)成果科普展示方式，為如何設(shè)計(jì)出既能準(zhǔn)確把握高新技術(shù)科普內(nèi)容，又能同時(shí)滿足互動(dòng)性與趣味性的展項(xiàng)提供一個(gè)參考，希望能夠?qū)μ嵘覈?guó)高新技術(shù)類展品的質(zhì)量和水平和推動(dòng)發(fā)展高新技術(shù)類展品展示技術(shù)貢獻(xiàn)出自己的力量。

參考文獻(xiàn)

[1] 解讀《高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化及其環(huán)境建設(shè)“十二五”規(guī)劃》[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012（11）：10-13.

[2] 曾興國(guó)，左維，牟伶俐，張舟斌，李春來(lái).面向移動(dòng)端月球形貌展示的快速三維地圖平臺(tái)搭建[J].測(cè)繪通報(bào)，2017（03）：42-45.

[3] 李春來(lái).嫦娥一號(hào)三線陣CCD數(shù)據(jù)攝影測(cè)量處理及全月球數(shù)字地形圖[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2013，42（06）：853-860+868.

[4] 李春來(lái)，劉建軍，任鑫，牟伶俐，鄒永廖，張洪波，呂昌，劉建忠，左維，蘇彥，溫衛(wèi)斌，邊偉，趙葆常，楊建峰，鄒小端，汪敏，許春，孔德慶，王曉倩，王芳，耿良，張舟斌，鄭磊，朱新穎，李俊鐸，歐陽(yáng)自遠(yuǎn).嫦娥一號(hào)圖像數(shù)據(jù)處理與全月球影像制圖[J].中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)，2010，40（03）：294-306

[5] 周前祥.載人航天器空間交會(huì)對(duì)接過(guò)程中人的作用[J].中國(guó)航天，2001（10）：33-37.

[6] 周凈揚(yáng).月球探測(cè)器軟著陸最優(yōu)軌道設(shè)計(jì)[A].中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)控制理論專業(yè)委員會(huì).第25屆中國(guó)控制會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C].中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)控制理論專業(yè)委員會(huì)：，2006：4.