張航鑫 張麗莉

摘? 要：隨著社會發(fā)展與人們生活方式的轉變，大眾對公共文化產品的需求日益增加，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發(fā)展實際，將“生物保護+體感交互”結合思考，通過查閱文獻與實地勘察，探究體感交互裝置在科普展示當中的設計方法與技術路線，在秉承交互設計合理化原則基礎上設計體感交互裝置《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的科普宣傳提供設計思路，也為體感交互視角下的科普展示設計提供合理建議。

關鍵詞：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是傳達信息。近年來，隨著科學技術的更新迭代，新媒體藝術大放異彩?？破招问揭苍诓粩喟l(fā)展，博物館作為面向社會公眾的非營利性機構，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、國務院辦公廳印發(fā)的《關于新時代進一步加強科學技術普及工作的意見》的文件中指出要構建社會化協(xié)同、數(shù)字化傳播新時代科普生態(tài)，大力推動科普全面融入文化、社會，以及生態(tài)文明建設等，文章認為將新媒體藝術理論知識協(xié)同體感交互技術以及相關軟件同洞庭湖多樣性生物保護進行結合創(chuàng)作設計，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“時尚潮流”，在展項交互設計方面單純狂炫技術，忽略了博物館功能的核心是向社會群體科學及有效地傳播信息。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物理展品信息傳達不足的缺點，將用戶輕易代入作品當中，多感官維度去幫助用戶更好地與展品產生情感共鳴[1]。因此，如何利用體感交互技術與洞庭湖生物多樣性保護完美契合創(chuàng)造出有價值的科普內容，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作、聲音、眼球轉動等方式與周邊環(huán)境、裝置或畫面進行互動[1]的行為方式。用戶利用肢體動作與作品產生互動，一邊體驗一邊獲取生成的信息內容。

體感交互主要包含硬件設備、軟件系統(tǒng)以及交互動作三個重要部分，其中硬件設備主要包括以Kinect、Arduino、Leap motion[2]等為主的傳感器、RGB攝像頭[3]以及各類聲音、動作捕捉設備；軟件系統(tǒng)主要是接收處理從硬件設備讀取的用戶信息，向用戶傳遞出連續(xù)穩(wěn)定反饋的計算機程序。交互動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，動作符號能夠被硬件設備讀取傳輸，通過軟件處理產生穩(wěn)定的輸出效果。

（二）科普設計中的體感交互設計理念

體感交互的服務對象是“人”，重點在于交互，在科普展示設計當中，體感交互的運用需要圍繞以下幾個關鍵點：

第一是交互設計要圍繞科普對象，科普主體內容是最主要的，體感交互只是科普形式的轉變，交互要圍繞內容展開，用戶在體驗操作之后能夠明確獲取到的科普知識。

第二是交互設計要圍繞目標用戶來設計，在設計的過程中，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，然后按照這樣的目標來進行設計，比如說用戶可能會點擊，用戶可能會滑動，用戶也可能會放大或者縮小，那么用戶一旦有這些行為目標，那么在這種行為目標產生之后，用什么樣的方式來進行交互，這個就是一個很直接的設計理念。

第三是交互設計需要具有可用性，用戶使用起來會覺得有趣，操作過程當中能夠產生一些比較好的感受，這就是所謂的可用性，非常強調用戶在使用過程當中的直覺。

第四是符號性的設計理念，也就是說把用戶在操作過程當中所見到的或者觸摸到的，或者是點擊到的東西，通通設計成可見的符號或者圖標，而且這些符號和圖標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擊了或者是放大縮小了，又或者是滑動了之后會產生的一些行為[4]。

第五是時間反饋響應機制，用戶做出了某一個動作之后，并不會馬上呈現(xiàn)出這樣一個效果，而是需要有一個過渡，那么這個過渡的時間就應該把握好，時間太長了，用戶失去耐心，等待時間太短了，有可能呈現(xiàn)不出良好的效果。

（三）博物館科普設計中的體感交互設計原則

互動項目的應用，主要作用于參觀者，它的作用就是帶入式地讓觀眾在體驗中了解博物館的展出內容，因此互動項目的設計需要遵循一定的設計原則，具體圍繞以下展開。

第一，互動簡單易懂。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，這就要求互動裝置通俗易懂，簡單的操作就可以獲取到內容的輸出，那么在場景中就需要設置顯眼且和諧的提示來引導用戶體驗。

第二，交互過程有趣。交互有趣也是一個重要前提，用戶總是對未知的東西感到好奇，在用戶體驗裝置的同時能夠體會到樂趣，更容易達到“寓教于樂”的目的。用戶喜歡體驗，就會引發(fā)思考，所以交互裝置應該發(fā)掘其可玩性，添加獎勵性機制完善反饋性機制。

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

第四，交互貼合內容。交互是為科普主體服務的，所以體感交互設計要在主體內容基礎上合理加入，這里包括畫面內容、周圍環(huán)境。用戶在體驗的時候可以被自然地代入到作品當中從而沉浸式體驗。

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，這種方式已經無法滿足觀眾的互動體驗需求。隨著科技的發(fā)展，越來越多的博物館開始引入新興技術。目前在博物館科普展示當中，體感交互技術運用主要分為三大類型：人機類互動、體感識別類互動、虛擬現(xiàn)實類互動。

人機類互動是利用電腦、觸控屏等設備，用戶需要用手對設備進行操作，獲取展品信息，博物館常見的電子虛擬翻書，以往平面的展出內容如今在機器上用手觸控屏幕即可查看。體感識別類互動需要物理傳感器的幫助，從而識別到用戶的肢體動作，與周圍環(huán)境、裝置產生交互行為。營造出體驗用戶獨有的視覺感受，增強用戶的體驗感受[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「冰河時代的奧秘」展覽開發(fā)的互動項目（如圖1），讓觀眾積極參與的同時，營造了一種新的“時空”相隔體驗。虛擬現(xiàn)實類互動則是利用傳感設備、計算機虛擬引擎、計算機圖形等多種技術手段虛構出一個類真實世界。虛擬現(xiàn)實技術能夠帶給用戶強烈的沉浸感，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行實時交互。

三、體感交互技術在博物館科普展示中的應用方案

文章在上述設計理念與設計原則的基礎在，提出體感交互技術在科普展示項目中的一般設計思路與流程（如圖2），從洞庭湖生物多樣性保護觀點出發(fā)設計體感交互裝置《洞庭色彩》，依據(jù)設計流程與方法進行設計實踐，驗證體感交互設計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)境結合設計，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，畫面中出現(xiàn)三維粒子特效，隨意散布在畫面當中，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能夠去重視和保護它們的生存環(huán)境。

（一）確定科普目標

科普的首要目標是科普知識，體感交互技術用來輔佐科普。推動科普形式創(chuàng)新發(fā)展的首要之初就是要明確科普目標?！抖赐ド省穼⑸锉Ｗo與體感交互相結合，借助體感捕捉設備，用自由散發(fā)的三維粒子來與主體相融合，表達人與自然和諧共生的深刻寓意。生物多樣性在畫面當中靈活呈現(xiàn)，人與畫面互動產生的粒子帶給觀眾一種直觀的表達，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，向用戶傳達生物保護的理念。

生物保護是當今社會非常重視的一個問題，政府以及社會群眾應該協(xié)同努力，藝術從業(yè)者也應該動用自己的學識，將藝術更多地與生物保護與科技相結合，來呼吁更多人去了解生物，保護生物。這對于藝術作品來說具有很重要的公益價值與社會價值。

（二）搭建科普環(huán)境

圍繞科普目標進行展開，發(fā)掘有趣的主題內容，為用戶搭建有趣的體驗方式，將用戶代入到擬定的科普環(huán)境當中[7]?！抖赐ド省芬陨锉Ｗo為主題，發(fā)掘出生物本身色彩的獨特性，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直觀的生物保護科普空間。顏色或色彩是通過“眼、腦和人們的生活經驗”所產生的一種對“光”的視覺效應。但是人對顏色的感覺不僅僅由“光”的物理性質所決定，還包含著“生活經驗、個人情感、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，在設計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行斟酌設計，需要注意的是，交互是一個雙向輸出互相影響的過程，用戶需要提供信息進行互動，這樣才能完成互動。《洞庭色彩》交互裝置體驗區(qū)設置在屏幕正前方，根據(jù)Kinect傳感器設備的最佳體驗距離是1.2～3.5m之間，所以設計之初站在用戶體驗者的距離角度去設計。針對《洞庭色彩》這個裝置設計以下交互內容：人與自然、生物之間的相互交融，當用戶在裝置面前揮動手臂，畫面中也會有與人手掌相對應的位置，并且在相應位置生成無限的粒子特效。（如圖3）該粒子特效顏色會跟隨畫面的主色調整變化，使其與畫面主體更加融合，粒子隨后會向下漂浮，不斷生成，當手臂離開感應區(qū)域，粒子會向右下角飄落消失且不會生成新粒子。

四、實現(xiàn)具體步驟

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

（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特的風景畫面，生態(tài)意義尤為重要。為了更好表現(xiàn)生物的生活習性，文章選擇通過建立數(shù)字模型+骨骼動畫，這樣畫面中的生物更加生動且貼近真實。

（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屬性，加上顏色賦予的心理效應，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色與綠色，藍色給人一種信任，放松感，而少量綠色能夠增加畫面的自然屬性。側面透露出江豚對于人們的信任感，以及在人們的保護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，湖水的藍色作為輔助色。通過顏色漸變過渡以達到“秋水共長天一色”的畫面效果。整個畫面?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，構造出一幅自然且充滿生機的畫面。粒子特效顏色選擇呼應主題顏色。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心的情感回憶，激發(fā)出觀眾內心對生物的保護欲望。

（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，畫面會生成不同的顏色粒子（如圖4），且粒子跟隨觀眾手部位置進行移動生成。觀眾賦予粒子生命，讓它們自由飄蕩在畫面當中，豐富畫面層次。

（四）多感官相融合

在音樂與音效的設計方面，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計他們獨有的叫聲音效，從聽覺上促使用戶能夠更加深刻清晰地認識到作品所展示的主體，使觀眾更好地融入作品當中，促使用戶對作品本身產生一定包含個人情感價值的思考。為了更好地營造體驗氛圍，根據(jù)kinect設備的最佳體驗距離1.2～3.5m，在設備檢測區(qū)域最佳體驗位置應放置提示語。

（五）作品應用前景

作為體感交互裝置優(yōu)先應用于博物館、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，同時借助各種媒介的發(fā)展，也可以采用多媒體設備來進行傳播，將其轉化為可交互的動態(tài)海報（如圖6），增加其科普傳播的廣泛性。

五、結語

文章的創(chuàng)新之處在于，利用體感設備Kinect進行肢體動作的捕捉，經過可視化軟件解碼翻譯肢體運動數(shù)據(jù)，通過畫面變化反饋于用戶，增強用戶與設備之間的互動，通過體感交互技術將現(xiàn)有的洞庭湖瀕危生物轉換為動態(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，進一步提高用戶對于洞庭湖瀕危生物的興趣與認識，豐富體感交互裝置作品的公益價值，也為后者在體感交互視角下的科普展示設計提供參考思路。

現(xiàn)階段體感交互設計在生物保護方面的運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引入。文章因時間和技術水平的限制，還需要進一步完善，例如針對瀕危生物的生活狀況，壓力因素的表達，以及如何通過藝術加工進行圖形化呈現(xiàn)還需要進一步研究；體感交互方面也僅僅開發(fā)了手臂肢體動作的捕捉，相對于Kinect設備的優(yōu)勢還沒有完全發(fā)揮，未來將應對博物館大人群基數(shù)的參觀互動，更好地優(yōu)化交互界面與交互方式來操控畫面，實現(xiàn)多名參觀者同時交流互動，增強體驗感與互動性。

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[9]肖雯麗.基于體感交互技術的互動影像設計[D].上海：上海工程技術大學，2021：38-42.

作者簡介：張航鑫，湖南理工學院美術與設計學院碩士研究生。

通訊作者：張麗莉，碩士，湖南理工學院美術與設計學院副教授，碩士生導師。