賈 清
(上??萍拣^,上海 200127)
目前,科技館逐漸走上了積極宣傳科技文化的道路,許多科技館順應(yīng)當(dāng)代潮流推出增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用,希望吸引更多新一代參觀者參與文化學(xué)習(xí)[1]。然而,在目前已開(kāi)發(fā)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用案例中,存在著開(kāi)發(fā)范圍廣、內(nèi)容單一和形式單一等問(wèn)題。例如,對(duì)某一展品進(jìn)行游戲交互,由于技術(shù)的限制和開(kāi)發(fā)者審美素養(yǎng)的影響,很多增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲存在畫(huà)面僵硬、交互真實(shí)感弱等問(wèn)題。用戶無(wú)法在游戲的互動(dòng)過(guò)程中體驗(yàn)到科技館藏品的魅力,更無(wú)法通過(guò)單一的游戲了解展品的整體文化傳承。在公眾科普系統(tǒng)方面,目前的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的地圖導(dǎo)航,并沒(méi)有應(yīng)用到更深層次的用戶引導(dǎo)、文化交流和公眾科普流程規(guī)劃等方面[2]。科學(xué)館傳統(tǒng)上是為游客提供近距離體驗(yàn)展品的機(jī)會(huì),這種訪問(wèn)方式受時(shí)間和空間的限制,更重要的是單一的學(xué)習(xí)模式已經(jīng)不能滿足學(xué)習(xí)者的知識(shí)學(xué)習(xí)需求。沉浸式學(xué)習(xí)是一種情境式、認(rèn)知式和聯(lián)想式的學(xué)習(xí)方法,其目的是在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等現(xiàn)代技術(shù)的支持下,為學(xué)習(xí)者提供現(xiàn)實(shí)的、可控的學(xué)習(xí)環(huán)境,通過(guò)與學(xué)習(xí)環(huán)境的自然或具象化的互動(dòng)來(lái)提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)。自從增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境作為了解情境的應(yīng)用,研究人員一直在質(zhì)疑臨場(chǎng)感和沉浸感在科普活動(dòng)中的影響,在以往的研究中已經(jīng)證明浸入式學(xué)習(xí)對(duì)大眾理解動(dòng)態(tài)三維過(guò)程有顯著的幫助[3]。
本文在總結(jié)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)和科技館展示、公眾科普需求的基礎(chǔ)上,試圖尋找一種適合科技館的創(chuàng)新展品展示方式。利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)打破傳統(tǒng)館單一的展覽方式,可以更好地傳播中國(guó)深厚的科技文化底蘊(yùn)。中國(guó)有大量不同形式的科技館,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用不僅能給游客帶來(lái)豐富而難忘的體驗(yàn),還能在文化傳播和展品保護(hù)領(lǐng)域做出突出貢獻(xiàn),科學(xué)技術(shù)賦予文化新的傳播方式,增強(qiáng)了文化傳播的深度和廣度。
隨著移動(dòng)智能終端的普及和網(wǎng)絡(luò)效率的提高,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)正以生動(dòng)的場(chǎng)景、豐富的交互方式和簡(jiǎn)單的操作方法逐漸進(jìn)入大眾視野,并逐步發(fā)展出多種應(yīng)用方法[4]。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是指通過(guò)計(jì)算相機(jī)的角度和位置信盧,結(jié)合圖像分析技術(shù),將虛擬數(shù)字內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景環(huán)境相結(jié)合,并與之交互的技術(shù)。
目前,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在廣告營(yíng)銷、醫(yī)學(xué)研究、教育培訓(xùn)和游戲開(kāi)發(fā)等行業(yè)發(fā)展迅速[5]。在看到網(wǎng)上測(cè)試的真實(shí)效果后,消費(fèi)者可以更好地了解商品是否適合自己,成功激發(fā)購(gòu)買(mǎi)欲望,同時(shí)可以降低退貨率提高營(yíng)銷成功率。許多世界著名的科技館、互聯(lián)網(wǎng)公司和其他機(jī)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)始專注于開(kāi)發(fā)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù),以吸引更多的游客和用戶。在教育和培訓(xùn)方面,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以起到輔助作用,比如幫助大眾了解人體的結(jié)構(gòu),同時(shí)模擬手術(shù)過(guò)程和手術(shù)方案提高診斷效率。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)書(shū)籍和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教學(xué)游戲可以幫助教師更生動(dòng)地開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)允許用戶與虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行交互,使其成為游戲開(kāi)發(fā)的理想選擇。這種玩法不僅解放了游戲空間,還能讓玩家在尋找環(huán)境的同時(shí)與環(huán)境進(jìn)行互動(dòng),是游戲行業(yè)的新突破。
隨著數(shù)字化、智能化技術(shù)的不斷更新,依靠模型構(gòu)建和虛擬仿真支持的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)不斷被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用[6]。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)以虛擬仿真技術(shù)為支撐,在展品保護(hù)和科技館文化推廣方面具有天然優(yōu)勢(shì),便于展品圖像的采集與存儲(chǔ)、展品形色的虛擬還原、虛擬展示與傳播及虛擬產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一項(xiàng)新興技術(shù),已經(jīng)在游戲、科技館推廣等領(lǐng)域得到了成功地發(fā)展。例如,科技館開(kāi)發(fā)了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)程序,通過(guò)圖像識(shí)別使展品的展示更加有趣。隨著國(guó)家政策的不斷發(fā)展和虛擬仿真技術(shù)的支持,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在未來(lái)將應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域并具有更豐富的形式?;谠鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)的沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境可以為人們提供高度沉浸式、靈活互動(dòng)的虛擬環(huán)境,此前已在科技館展覽中應(yīng)用以改善參觀者的體驗(yàn),進(jìn)一步增強(qiáng)知識(shí)獲取。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國(guó)外科技館沉浸式學(xué)習(xí)中的應(yīng)用,已被證明能有效地促進(jìn)參觀者興趣提高和知識(shí)交流。然而,國(guó)內(nèi)很少有科技館采用基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的沉浸式學(xué)習(xí)。
隨著科技館數(shù)量的增加,由于缺乏經(jīng)驗(yàn)、人才和資金不足等,科技館并沒(méi)有取得穩(wěn)定地發(fā)展[7]。傳統(tǒng)科技館一般采用直接陳列的方式將展品放置在玻璃櫥窗中,輔以文字說(shuō)明,這自然有很多缺點(diǎn)。一是展品需要較大的空間。如果每一件展品都放在科技館里,必然會(huì)遇到空間不足、管理負(fù)擔(dān)重等問(wèn)題。二是存儲(chǔ)環(huán)境要求高。由于展品的稀缺性和特殊性,每一件展品都必須得到妥善的保護(hù)。許多脆弱的展品甚至需要在其物理存放環(huán)境中進(jìn)行嚴(yán)格地控制,這就需要投入更多的人力物力。第三,心理障礙強(qiáng)。由于玻璃窗的阻隔,游客在參觀的過(guò)程中只能透過(guò)玻璃觀看展品,在心理上加深了阻隔感,很難直接接觸展品,也很難深入了解和觀察。許多展品非常有名,游客只能在人群中粗略地游覽,更不用說(shuō)深入探索,了解相關(guān)的文化知識(shí)和展品背后的故事。這些傳統(tǒng)展示方式的天然弊端也促使科技館尋求新的解決方案,一些科技館正在積極嘗試新的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
傳統(tǒng)的展示手段只能根據(jù)科技館自身的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行,而展品的更新和保存則需要大量的人力物力。展品的每一次移動(dòng)和擺放都可能對(duì)展品造成不可彌補(bǔ)的損害。許多游客愿意花時(shí)間參觀當(dāng)?shù)氐目萍拣^,專門(mén)深入了解當(dāng)?shù)氐目萍嘉幕冞w。因此,科技館面臨著許多新問(wèn)題,如游客空間有限,這限制了每天可以接待的游客數(shù)量。大量的旅客涌入會(huì)造成周邊交通擁堵、環(huán)境破壞等,客流量的增加也會(huì)使游客體驗(yàn)質(zhì)量下降。
科技館是向觀眾展示和推廣文化與知識(shí)的場(chǎng)所。中國(guó)科技館規(guī)模逐年快速增長(zhǎng),但是在缺乏軟硬件設(shè)備、經(jīng)驗(yàn)不足、人才匱乏的情況下,我國(guó)的展示形式、展示內(nèi)容和技術(shù)比較落后,整體發(fā)展階段粗放,與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距很大。無(wú)論是科技館的硬件設(shè)備還是管理的思想觀念,都沒(méi)有跟上時(shí)代的發(fā)展變化,不能滿足當(dāng)前游客的需求??萍拣^沒(méi)有自己的特色、趨于同質(zhì)化是一種普遍現(xiàn)象,無(wú)法讓感興趣的游客前來(lái)觀賞,觀賞過(guò)程中也處于游覽的狀態(tài),使游客產(chǎn)生審美疲勞難以激起欲望,游客對(duì)科技館失去興趣。
中國(guó)是一個(gè)地大物博的國(guó)家,在漫長(zhǎng)的科技發(fā)展過(guò)程中各個(gè)地區(qū)都建造了大量的科技館??萍拣^展出的展品數(shù)量有限,不能充分利用文化資源供給游客,科技館的文化產(chǎn)品不能滿足廣大人民群眾的精神需求。同時(shí),應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的手段較少,即使有一些互動(dòng)裝置產(chǎn)品體驗(yàn)效果也不明顯,影響游客的沉浸感體驗(yàn),是適得其反的。每個(gè)科技館都具有很強(qiáng)的地理屬性,是各個(gè)地區(qū)科技文化豐富的代表。因此,每個(gè)地區(qū)的科技館都是不可替代的。對(duì)于游客來(lái)說(shuō),在科技館中不僅可以充分體驗(yàn)各個(gè)地區(qū)的特色,還可以了解不同地區(qū)在不同科技發(fā)展時(shí)期的背景。然而,地域的分散也使科技館面臨著宣傳的問(wèn)題。隨著長(zhǎng)期的侵蝕,展品一直面臨著巨大的破壞風(fēng)險(xiǎn),展品一旦遭到破壞就面臨著難以修復(fù)或無(wú)法修復(fù)的問(wèn)題,這對(duì)展品的保護(hù)和研究是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的基本工作流程:首先,利用相機(jī)和傳感器在科技館的特定環(huán)境中收集環(huán)境信盧。位置傳感器負(fù)責(zé)分析環(huán)境并“掃描”環(huán)境的組合。其次,通過(guò)計(jì)算機(jī)預(yù)處理和識(shí)別階段設(shè)計(jì)并制作具體的虛擬觸發(fā)器,實(shí)現(xiàn)信盧與環(huán)境的融合。最后,將虛實(shí)融合的結(jié)果輸出到設(shè)備上,然后由用戶的智能設(shè)備或科技館的特定設(shè)備將結(jié)果完全呈現(xiàn)出來(lái)。手持設(shè)備的分辨率、處理器、相機(jī)成像能力和傳感器靈敏度都在不斷提高,這是實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)所必需的客觀因素,對(duì)于科技館來(lái)說(shuō)無(wú)疑降低了人力和設(shè)備的成本。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)必須結(jié)合真實(shí)圖像和虛擬信盧,因此,如何將兩者自然融合是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究的重點(diǎn)。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以看出,虛擬場(chǎng)景生成單元負(fù)責(zé)虛擬場(chǎng)景信盧的生成和傳感器信盧的處理。顯示器負(fù)責(zé)顯示最終增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)融合后的場(chǎng)景內(nèi)容。在手持設(shè)備的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中,通常由攝像頭采集場(chǎng)景,屏幕起到顯示的作用。
總結(jié)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的一般工作原理:首先利用信盧捕獲設(shè)備(如攝像機(jī))對(duì)真實(shí)場(chǎng)景的信盧進(jìn)行篩選和識(shí)別,將識(shí)別出來(lái)的有用信盧生成為數(shù)據(jù)。其次在后臺(tái)接收到信盧后,利用信盧處理單元對(duì)傳入的信盧進(jìn)行識(shí)別和檢測(cè),最后再對(duì)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行三維注冊(cè)。在位置處理方面,處理單元會(huì)根據(jù)設(shè)備捕捉到的信盧,對(duì)真實(shí)場(chǎng)景和虛擬場(chǎng)景的相對(duì)位置進(jìn)行分析匹配,利用坐標(biāo)系的一致性實(shí)現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景和虛擬場(chǎng)景的位置匹配。交互模塊的實(shí)現(xiàn)依賴于交互設(shè)備,設(shè)備采集到信盧后,通過(guò)系統(tǒng)處理與虛擬場(chǎng)景信盧進(jìn)行交互。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過(guò)綜合輸出模塊輸出信盧并將信盧輸出到顯示設(shè)備,使用戶可以直接看到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)融合后的增強(qiáng)場(chǎng)景并根據(jù)需要進(jìn)行交互。到目前為止,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)已經(jīng)完成了整體的工作目標(biāo)。
基于用戶需求與享受并存,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在科技館的應(yīng)用主要是為了加強(qiáng)科技館文化知識(shí)的傳播,而不僅是為了突出技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。用戶的需求是一切服務(wù)的基礎(chǔ)??紤]到科技館的展品維度相對(duì)較大,展品數(shù)量和種類繁多,在設(shè)置增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)互動(dòng)游戲或體驗(yàn)時(shí),要平衡科技文化宣傳的專業(yè)性和趣味性,平衡各個(gè)年齡層和不同文化背景的參觀者,在互動(dòng)體驗(yàn)的過(guò)程中難度不要太大,內(nèi)容設(shè)置專業(yè)準(zhǔn)確與有趣并行。整體方向朝著年輕化、大眾化方向設(shè)計(jì)??萍拣^是一個(gè)城市中大型的綜合性科技文化教育場(chǎng)所,接待各種年齡的游客。因此,在考慮用戶需求時(shí),必須考慮各個(gè)年齡段的訪問(wèn)特征和心理特征。為兒童設(shè)置相應(yīng)的游戲可以給其更好的參觀體驗(yàn)。對(duì)于中老年人來(lái)說(shuō),對(duì)智能設(shè)備和虛擬交互相對(duì)陌生,容易抗拒和不理解虛擬交互。
調(diào)動(dòng)五感以加強(qiáng)沉浸感和參與感。人們?cè)诮邮苄疟R的過(guò)程中,主要使用“五感”,即視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)和味覺(jué)。傳統(tǒng)的科技館展示方式之所以枯燥,是因?yàn)閱我坏男疟R傳遞方式只調(diào)動(dòng)了參觀者的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)感官,無(wú)法實(shí)現(xiàn)多感官的互動(dòng)體驗(yàn)。這樣一來(lái)訪問(wèn)者就無(wú)法將自己沉浸在環(huán)境中,從而導(dǎo)致信盧傳播的效率低下。通過(guò)創(chuàng)意設(shè)計(jì)有些游戲甚至可以加入“五感”體驗(yàn),讓游客獲得多感互動(dòng)體驗(yàn)。對(duì)于游客來(lái)說(shuō)這是一種立體的參觀體驗(yàn),這種深度和沉浸式的氛圍也讓參觀過(guò)程變得有趣。因此,在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互體驗(yàn)的設(shè)計(jì)中,加入多感官交互體驗(yàn)增強(qiáng)沉浸感和參與感是創(chuàng)意交互的重點(diǎn)之一。
連接生活拉近與來(lái)訪者的距離。隨著科技館的多元化發(fā)展,一些科技館成功地從嚴(yán)肅的文化基地轉(zhuǎn)變?yōu)槟贻p的具有生活導(dǎo)向作用的生活方式指南,在吸引更多的游客和獲得更多的文化認(rèn)同方面取得了巨大的成功。通過(guò)科技館開(kāi)發(fā)相關(guān)產(chǎn)品、虛擬游戲、深化互動(dòng)等有效手段,成功吸引了更多的游客,成功地拉近了科技館與普通人的心理距離,不僅為科技館創(chuàng)造了可觀的文創(chuàng)收入,也吸引了更多的線上線下游客,更愿意主動(dòng)了解科技館及其故事??萍拣^以科技文化為基礎(chǔ),更適合將收藏的展品與當(dāng)?shù)氐娜粘I盥?lián)系起來(lái),突出當(dāng)?shù)乜萍嘉幕厣鰪?qiáng)游客的參與感,既能拉近與游客的距離,又能以無(wú)形的方式傳遞展品的價(jià)值和文化內(nèi)涵。
中國(guó)科技館文化資源的展示形式正處于瓶頸期,簡(jiǎn)單的技術(shù)和設(shè)備的組合不能滿足公眾的需求。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用有效地提高了科技館文化資源的傳播效果,極大地提高了科技館展覽的傳播效果。中國(guó)現(xiàn)有的大多數(shù)科技館都是由政府或國(guó)家創(chuàng)建的。由于科學(xué)技術(shù)時(shí)代的飛速發(fā)展,科技館建設(shè)形成了快速發(fā)展的趨勢(shì),參觀人數(shù)越來(lái)越多,展覽形式也在逐漸發(fā)生變化。使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的科技館很多,但大多集中在展品形式的互動(dòng)游戲。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景顯示中,首先,由于虛擬環(huán)境將用于科學(xué)文化教育,有必要確保其中包含的原則和知識(shí)是科學(xué)的;其次,在系統(tǒng)性能方面大多數(shù)用戶要求在場(chǎng)景中獲得流暢的沉浸式體驗(yàn);最后,就系統(tǒng)可用性而言要求盡可能自然地進(jìn)行交互,不僅要求設(shè)計(jì)的交互盡可能真實(shí),而且期望交互更加簡(jiǎn)單、方便。
參觀科技館已成為人們生活中越來(lái)越重要的一部分,但傳統(tǒng)的科技館參觀方式無(wú)法滿足大眾的心理需求。大多數(shù)科技館對(duì)傳統(tǒng)展品的陳列多是將展品放在陳列柜或陳列架上,而有關(guān)發(fā)掘故事或展品本身的科技史多以文字講解、圖片演示或視頻播放的形式呈現(xiàn)。總體來(lái)說(shuō)展覽的展示形式單一、缺乏創(chuàng)意。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在科技館的應(yīng)用需要相關(guān)技術(shù)人員參與研究和方案制定,在場(chǎng)景構(gòu)建中需要三維建模者和學(xué)者合作創(chuàng)建場(chǎng)景。同時(shí)需要計(jì)算機(jī)專業(yè)技術(shù)人員對(duì)服務(wù)器進(jìn)行維護(hù)、編寫(xiě)和運(yùn)行程序等以保證軟件的平穩(wěn)運(yùn)行,保證網(wǎng)絡(luò)信盧的安全。
近年來(lái),風(fēng)靡全球的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生,為中國(guó)科技文化資源的開(kāi)發(fā)和傳播發(fā)揮了重要作用。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)依靠現(xiàn)代科技手段使游客在特定范圍內(nèi)創(chuàng)造和設(shè)計(jì)體驗(yàn)虛擬場(chǎng)景的感受,即使是線下實(shí)體科技館的參觀者也無(wú)需受時(shí)間和空間的限制,能夠快速瀏覽科技館展品的文化資源信盧。而且增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)也能更多地體現(xiàn)使館展品的文化再生價(jià)值并恢復(fù)其原有狀態(tài),目前我國(guó)許多線下科技館都是在相應(yīng)的線上虛擬科技館中開(kāi)設(shè)的。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航指引,增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)也可以在科技館的實(shí)地導(dǎo)覽中發(fā)揮重要作用。根據(jù)定位系統(tǒng)結(jié)合展覽場(chǎng)地的布局,設(shè)計(jì)一個(gè)科技館IP 形象作為“領(lǐng)航員”,如科技館形象可以是一個(gè)人物或動(dòng)物,帶你一步一步向前走,在方便互動(dòng)的同時(shí)也可以根據(jù)需要介紹相應(yīng)的展品。同時(shí)可以提供個(gè)性化的導(dǎo)航路線讓游客更好地規(guī)劃自己的游覽路線。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)展品展示,在珍貴展品的展示中由于一些展品的材料特性或年代久遠(yuǎn),展示環(huán)境非常嚴(yán)格,考慮到展品的保護(hù)可能無(wú)法進(jìn)行展示。在這種情況下,可以利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行數(shù)字創(chuàng)作和模仿,對(duì)這部分展品進(jìn)行掃描、修復(fù)和增強(qiáng)效果,從而實(shí)現(xiàn)這部分珍貴展品的展示。
本文總結(jié)了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在科技館中的應(yīng)用前景和發(fā)展途徑,試圖探索出一條更好的科技館發(fā)展之路。從打破傳統(tǒng)的展示方式,為未來(lái)科技館的展示方式提供更多的可能性入手,并總結(jié)了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的必要性、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)原則。