基于多元数字化交互方式的博物馆展示空间系统设计

张鹏 董宇轩

摘要：在传统的博物馆展示空间中，单向式的参观方式和单一的展示空间设计，使游客缺乏与展示空间中的展品交互的机会，很难能引起游客对于展品的共鸣以及游客的积极性。随着信息技术和人工智能的发展，现代化博物馆展示空间更加注重利用数字化技术提升游客与展品的交互性，打造沉浸式和多元交互的博物馆展示空间设计。该文利用人工智能技术、虚拟现实技术、数字化智慧平台技术构建三层沉浸式互动智慧化展示空间系统。不断加深游客对于展品的体验与融入，真正实现多元化交互和沉浸式游览，提升博物馆展示空间质量。

关键词：虚拟现实；人工智能；博物馆展示空间；交互式

中图分类号：TP391      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）36-0111-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

0 引言

随着数字化技术的发展，多元交互的沉浸式展示空间已成为博物馆展示空间设计的主流。刘丽娟等人[1]通过扩展现实技术，强化了數字展示空间的互动性，形成了虚实相生的展示空间环境。赵岩[2]将数字技术同艺术进行有机结合，围绕实体交互及数字媒体技术，在一定程度上增强了展示空间的艺术性。叶剑青[3]在展馆设计中采用虚拟现实技术，强化了展厅展馆设计效果，也提升了展馆设计的空间氛围和技术含量。

本文利用人工智能和交互设计对传统的博物馆展示空间进行了重构，构建三层沉浸式互动智慧化展示空间。改变了传统博物馆中对于展示空间的单一设计，增强展示空间的数字化、智能化[4]和交互式设计。

展示空间三层设计的第一层是智慧平台的展示功能，先让游客通过多媒体技术，了解展品的历史和特点，对于缺少展品基础知识的游客，第一层有利于建立游客与展品的初步共鸣和交互。第二层是利用虚拟现实技术，让游客身临其境地感受展品的年代。因为博物馆中的展品具有很高的保护价值，必须施加保护才能进行对外展览。所以，游客很难能真正触摸，零距离感受展品。通过虚拟现实技术，对展品以及展品所处的年代环境进行建模，让游客真正在当时的环境中去感受展品的魅力。第三层是利用人工智能技术，在展示空间中构建游客表情识别反馈系统，通过识别游客在观赏展品的面部表情，分析游客此时对于展品的态度，并根据游客当前的情绪状态，释放不同的语音信息回应游客，让游客感到真正在与展示空间在对话，以增加与游客的互动性，并且让游客有一种归属感和认同感。

在三层展示空间设计中，第一层注重让游客对展品有一个全方位的知识和背景了解；第二层注重让游客身临其境，零距离地接触展品；第三层注重游客的情绪反馈，达到真正与游客交互、读懂游客的目的。

1 本文方法

1.1 博物馆展示空间数字化智慧平台技术

传统博物馆展示空间设计中，对于每一个展品只有简单的文字描述和实物展示，没有一定历史积累的游客很难能读懂这件展品。导致游客在游览展品时，更多的是走马观花地去观看，很难能激发起游客的兴趣和体验感。

为了能够改变传统博物馆空间设计中的弊端，本文通过数字化博物馆智慧平台技术构建全方位、多元化博物馆展示空间交互平台。该展示平台通过信息技术手段，将博物馆中所有展出藏品进行数字化转换，变成平台可视化数字信息。游客可通过该平台全方位、多元化地了解该展品的背景、历史意义、价值等内容，即使游客之前没有相关的知识积累，通过该平台也可以对所观看产品有全面的了解，增强游客浏览的沉浸感和体验感。如图1所示。

本文构建的数字化博物馆智慧平台的主体部分采用国产化技术实现。CPU（中央处理器）采用龙芯处理器、系统软件采用麒麟操作系统和达梦数据库。平台提供的主要服务功能有展品历史背景、展品数字化展示、展馆介绍、展馆3D智能导览等功能。游客可以利用该平台深入了解展品的历史背景、情况介绍等有用信息，使得一些没有太多知识积累的游客同样可以对当前观看展品有一个全方位的了解，激发起游客的兴趣和求知欲，增强游客的沉浸感。

1.2 博物馆展示空间虚拟现实技术

数字化智慧平台技术虽然提供给游客一个全方位、多元化了解展品信息的数字平台。但是，大部分展品由于其重要的价值，被严格地保存，游客只能隔着保护装置去观看，不能零距离地触摸感受。

为了解决该问题，增强游客与展品的沉浸式体验。本文引入虚拟现实技术，构建虚拟展品体验功能，如图2所示。

本文中博物馆展品虚拟现实系统主要包括数据持久化模块和交互式漫游模块。数据持久化模块主要功能是对展品在虚拟现实系统的元素进行三维场景建模。本文在计算机进行场景建模中，利用3DS MAX技术，根据展品所处的历史时代，还原当时的特定环境，让展品与其时代环境相融合，增强游客的沉浸体验。模型数据包括人物模型库、物品模型库、场景模型库和建筑模型库。

交互式漫游模块主要功能是关注游客与展品的交互活动，实现让游客在虚拟现实系统中，可以零距离、全方位地感受展品的魅力。该模块通过Unity 3D引擎作为交互平台，通过C#编程语言进行实际交互内容的编码。交互模块主要包括位置移动、物体交互、人物对话、输入控制。

虚拟现实系统构建完成后，游客可通过可穿戴设备，进入虚拟现实空间，以第一人称、第一视角亲自感受展品魅力，犹如真正生活在那个年代，增强游客的代入感和沉浸感。

1.3 博物馆展示空间人脸表情识别反馈系统

一个优秀的博物馆展示空间除了注重游客的沉浸式体验、游客与展品的互动式交流，更应该识别游客的真实感受，通过识别游客真实感受，及时调整展示空间中的元素信息，以适应游客的情绪变化。

本算法通过人工智能技术中的卷积神经网络（CNN）[5]和长短时记忆网络（LSTM）[6]。构建了人脸表情识别系统，该系统可以对当前观看展品的游客的人脸表情特征进行提取，通过卷积神经网络提取人脸的空间特征；通过长短时记忆网络提取人脸的时间特征，并导入人脸表情特征库中进行对比分析，在人脸表情库中，共有高兴、恐惧、悲伤、生气、惊讶和厌恶等六种表情。通过采集的人脸表情特征与人脸表情库对比，得出当前游客的表情状态，并根据游客的表情状态进行语音反馈。针对于游客不同的表情状态，释放不同的语音信息回应游客，让游客感到真正在与展示空间对话，以增加与游客的互动性，并且让游客有一种归属感和认同感。该人脸表情识别算法的流程如图3所示。

首先，通过安装在展示空间周围的人脸图像采集设备进行人脸采集，并输入识别系统进行人脸检测，查看是否正确采集到人脸信息。如果已经采集到正确的人脸信息，则进行人脸图像预处理。图像预处理阶段主要是细化需要处理的人脸的规格、特征尺寸等问题，去掉不符合标准的部分，使得后续工作更加顺利。接下来，进行人脸特征提取和面部表情特征提取。人脸特征提取是为了确定游客的身份，而面部表情特征提取则是为了确定当前这位游客的表情状态。最后，将该游客身份的当前表情结果进行输出。

2 结论

本文为了改变传统博物馆中对于展示空间的单一设计，增强展示空间的数字化、智能化和交互性，提升游客在博物馆展示空间中的游览体验质量，构建了基于多元化人机交互方式和人工智能技术的博物馆展示空间系统。将整个博物馆展示空间系统设计分为3层，第一层是智慧平台技术，第二层是虚拟现实技术，第三层是人工智能表情识别。第一层注重让游客对展品有一个全方位的知识和背景了解；第二层注重让游客身临其境，零距离地接触展品；第三层注重游客的情绪反馈，达到真正与游客交互、读懂游客的目的。三层设计围绕游客的体验度，层层递进，不断加深游客的沉浸式游览效果。

参考文献：

[1] 刘丽娟，郑轶.基于扩展现实技术的沉浸式互动展示空间设计研究[J].四川省干部函授学院学报，2022（2）：10-14.

[2] 赵岩.基于实体交互和数字媒体技术的展示空间设计研究[J].科技资讯，2022，20（7）：28-30.

[3] 叶剑青.虚拟现实技术在展馆设计中的创新及应用[J].商展经济，2023（20）：11-13.

[4] 赵婧.数字博物馆2.0：智能化时代线上博物馆的未来[J].博物院，2023（3）：55-62.

[5] 仝晓春，周玲.基于卷积神经网络的人脸识别研究[J].电脑知识与技术，2023，19（23）：26-27，38.

[6] 刘娜.基于LSTM细分类的人脸图像年龄估计研究[D].北京：华北电力大学，2019.

【通联编辑：谢媛媛】