虚拟技术在科技博物馆展示教育中的应用与实例

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1、虚拟技术在科技博物馆展示教育中的应用与实例 许永顺+ ( 上海世博局)梁兆正( 上海科技馆) 摘要本文针对现代科技博物馆应用虚拟技术的需求和特点做了分析，并全面介绍了上 海科技馆开发和应用虚拟技术的情况，给出了一个研发虚拟仿真展品的实例，最后，给出了 建设性的建议。 1 现代科技博物馆应用虚拟技术的发展趋势 随着信息知识经济时代的发展和不断的延伸，虚拟技术也伴随着计算机技术与信息技术 的发展得到广泛地应用，随着计算机软硬件技术的发展从初期的主要应用于国防、航空航天、 气象、工业领域，到现在被广泛地应用于医疗、教育、娱乐等行业，特别是在科技类博物馆 展示科普教育场所得到了更大的应用和推广，但是其

2、发展和应用也经历了一个过程，并正在 带来一个发展趋势的演变。 1 1 展示手段由传统方式向现代方式的转变 在9 0 年代初期以前的传统科技博物馆中，展项展品的展示技术与手段大部分还仅限于传 统的一个展品表现一个科学原理，大量地应用实物和标本陈列、图片或者简单的多媒体知识 库等方式来展示科普内容，比较好的展示方式也就是应用某些声光电手段来表现一些科学内 容的展示效果。随着知识经济信息爆炸时代的来临，单纯地使用一种手段来表现展示内容已 经不符合时代的要求，科普知识的传播需要综合性的专业知识、需要科学技术与艺术的综合、 需要集成技术手段来设计与实现，因此，现代科技博物馆更多地运用声光电技术、计算机软

3、 硬件技术、机电一体化技术和多媒体技术等进行有效地集成来构建展示技术手段，一方面与 现代技术更为贴切，另一方面综合的技术更能有效地展示综合的科学与技术。这种转变，已 经为大多数正在新建和改造的科技博物馆在展示手段创新设计中得以应用，其中虚拟现实技 术和虚拟仿真技术的应用也正在经历转变认识的过程中。 1 2 虚拟现实技术应用产生的问题思考 真正的虚拟现实技术( V R 技术) 在工业、国防等领域近些年来已经获得了长足的发展和 获得了部分应用，在国内外某些科技类博物馆中也进行过一些应用的尝试，但是根据我们的 调研，真正应用V R 技术的一些科普场馆并不理想。如新加坡科技馆应用C A V E 系统开

4、发了一 套体验在草地上摘取花的软件，但由于维护成本和效果并不理想现在已经拆除；上海城市规 划馆也应用C A V E 系统的虚拟现实技术开发的漫游浦东的城市建设内容，由于同样的原因， 加之使用效果不佳、维护费用较高也已经被拆除。 分析其应用失败的原因，主要是缺乏对虚拟现实技术软硬件的应用场所的充分认识和了 解，就目前来讲，虚拟现实技术是一种高新技术密集、高成本投入与维护、非普及式大众可 1 1 3 - 操作的技术；一般建造科技博物馆的资金有限，前台操作人员大部分是一般游客，而虚拟现 实软硬件系统比较娇嫩不适台一般不懈技术的人员经常操作，专业化的系统和设备投资较大、 需要专业的开发人员和管理人员维

5、护，成本报高。因此，目前在国内外还很少有真J 【= 的虚拟 现实系统在科技博物馆展示手段中应片j 。 1 3 虚拟仿真技术的成功开发与应用 在法国巴黎的拉维莱特科学技术博物馆的艟新场馆展示内容更新改造中，部分展项中应 用了多擞体与虚拟仿真技术，其效果比以前要好的多；美国旧金山的T e c h M u s e u m 高新技术科 博馆，也大量的应用了仿真技术来表现高新技术的产品与科普知识。 在国内，中国科技馆2 0 0 0 年二期新馆中应用虚拟仿真技术在航天知识体验上构建了一 座A 自由度b 船舱体内E 行感受的设施，效果还可毗( 见图1 ) ：相应的国内新建场馆如河北 科技馆、东莞科技馆( 见

6、图1 ) 都开发和应用了虚拟仿真拄术，在汽车驾驶模拟体验、E 机飞 行体验等展项展品实施中提高了技术含量和体验效果；在北京故宫博物院已经研究应用虚拟 技术于文物的保护和资料的存储上，该院所与日本凸版公司台作使用B A R C O 的投影系统赛四 达的虚拟平台设备建立了一套三维虚拟仿真授游演示系统；中科院计算技术研究所与敦煌博 物馆合作正利用虚拟技术开发一套建模技术，应用于文物建模，图像的虚拟生成米保护文物， 由于其算法根独特，已经可以仿真的惟妙惟自，上海科技馆在国内科技馆界也是较早开展虚 拟技术开发应用得单位且已经成功地开发了4 0 多项展项展品应用在互动的场所中，获得了 专家、领导、观众的一

7、致好评，F 面章节将详细舟蜊。 圈l 中国科技馆航天飞行与东莞科技馆汽车模拟驾驶 1 4 未来增强虚拟现实技术发展和应用的方向 虽然上面我f J 比较推荐在科技博物馆应用虚拟仿真技术的实用化的应用，但也不是排斥 虚拟现实技术的应用，近几年米随着计算机技术和多媒体技术的飞速发展，以及视觉媒体技 术获得应用，增强虚拟现实技术开始在科技博物馆、主题公园场所的引入。在2 0 0 5 年B 本爱 知世博会B 立企业馆中，就应用了增强虚拟现实技术让游客体验到了在海洋中触摸一条游动 的海洋动物、给猴子喂香蕉，该受到了高新技术的支撑( 圈2 ) ；在最近厦门科技馆晨项展品 招投标中就引入了一个应用增强虚拟现实

8、技术进行虚拟海洋之旅的项目；美国与日本合作也 开发了一套虚拟看图画书的增强虚拟现实系统( 见图3 ) ；上海大学近几年开发了基于P c 的增 图2 日本爱知世博会日立企业馆增强虚拟现实展示项目 强虚拟现实平台系统t 正在进行场景中应用的展示品开发。由于科技博 物馆近几年来比较注重装饰环境场景的规划与设计，为了使游客有身临 其境、沉浸式的体验效果，所以纷纷设计一些大型布景环境展示效果 如果在其中加入一些增强现实技术创造的效果，会使整个展示内容惟妙 惟肖，虚幻如真。因此，我们可以预见，在未来几年内，增强虚拟现实 技术将会在科拄博物馆、主题场馆中获得发展与应用。 2 科技博物馆应用虚拟技术的要求与需

9、求分析撬 幽3 “魔术书4 系统 就展示教育的形式与技术手段来讲如果应用虚拟技术在科技类博 物馆中，也要符合其具备的基本特点和特征，下面分别从展示定位、科普教育社会需求、可 实现性与局限性三个方面分析应用虚拟技术的要求和特点： 2 1 从科普展示教育定位上分析 分析现代科普教育展示，要求其使用的展示技术必须要满足 1 ) 展示内容与展示形式手段的有机结合： 2 ) 展示知识点与娱乐趣味形式的有机结合： 3 ) 展示艺术效果与展示技术支撑的有机结合： 4 ) 科普教育内容与展示技术研究的有机结台； 5 ) 展示互动参与性与体验效果的有机结台。 2 , 2 从科普教育的社会需求分析 从科普教育社会

10、需求的要求来分析，应用虚拟技术具有如下特征 1 ) 现代科普教育场馆需要大量引进和开发先进的高新技术支撑手段，虚拟现实技术和虚 拟仿真技术就是可以应用的高新技术之一； 2 ) 现代科普教育场所更偏重于对环境氛围、视觉艺术与现代技术的表现力度，虚拟技术 所表现的内容具有图像、高技术等方面的表现特长； 舢对于难以用传统手段表现的高新技术的科普内容展示，应用虚拟技术来表现可以 起到事半功倍的作用； b )在资金允许的情况下，应用虚拟仿真技术制作展项展品可以提升高科技技术的含 量； c )虚拟技术的开发和应用可以提升科普展示效果的层次和锻炼建设与维护队伍，提 升整个科普教育市场的素质； d 1应用虚拟

11、高新技术，最受益的是观众可以获得喜闻乐见的互动参与体验方式，满 足了现代科普教育场所所提供的社会需求。 从可实现性和局限性上分析 应用虚拟技术在科普教育场所，必须充分认识和考察其技术的可行性与可操作性， 并根据资金与技术的限制性条件，分析其实用性和效果，因此，从技术的可实现性和虚 拟技术的局限性来讲，比较分析虚拟现实系统与虚拟仿真设备系统： 1 ) 比较一次性资金投入及其普及性，虚拟现实系统与设备投入资金较大，且难以维护和 前台设备难以为大众操作，而虚拟仿真设备系统投入相对较小，开发成本较低，； 2 ) 许多虚拟高技术产品存在开发风险，虚拟现实系统研发和应用存在较大风险，而虚拟 仿真系统产品科

12、研开发有一定的风险，但相对较小： 3 ) 要求技术维护维修水平高，相应的运营费用也加大 4 ) 必须培养和依靠一支高水平的研发支撑队伍 3 上海科技馆开发和应用虚拟技术的分析 3 1 上海科技馆选择虚拟技术的思考与实践 在科普领域，如何正确地选择虚拟技术的应用，值得我们深入地思考。当时我们就分析， 虚拟现实技术与虚拟仿真技术各有其特点与应用特征，两者互融、互相借鉴、互相渗透，在 开发与应用的初期，由于资金投入和环境场所的不同，一般建议先进行虚拟仿真技术的开发 应用较合适，不适合大量地应用虚拟现实技术。其实，系统仿真的关键支撑技术也是虚拟现 实技术的一部分，而且虚拟仿真技术在模型简化、可视化以及

13、经济性上更具有现实可行性， 其效果也是很好的。 基于上述思考，上海科技馆在最初的分析和引入虚拟技术的调研过程与应用体验中，重 点考虑了如下问题： 1 ) 对虚拟技术的要进行充分地需求分析和加强应用可行性技术分析，对引进技术注 意消化吸收和二次创新； 1 1 6 圈6 生物* 象展热带雨林演示秀 4 ) 对于具有自己特色的展示品，要有创新必须要重视技术科研研发与应用上的突破 意识，并在实施中不断修正和完善， 崮8 视* 乐同展区海上航行器仿真模拟驾驶环境b 系统 3 2 上海科技馆建设过程体现的特点特色 特点 根据多年的研究和实践，在科普场馆建设中应用备种技术开发和实施展示内容具有如下 i )

14、展示场馆具有创新的展示理念、高超的创意策划与设计以及高新技术的支捧的特 点； 2 ) 科普场馆的展项展品具有单件非标产品的特征，其成败风险很大： 曲展示内容强调S T S 理念的建立和发展，展示环境氛围强调休闲娱乐趣味性 特祉： b )展示形式设计偏重于声光电和新媒体与环境氛围的体化综合考虑特征； 0 展品展项强调教育、艺术、技术相互融合，强化体验感受、操作且动、视 觉冲击的特点： d ) 展示技术与实现的展示手段侧重于后台多种技术的综台集成，二扶创新的 特点； e )展示效果与施工质量强调过程审核与过程监管的项目管理特征； O所有展示内容的发展都要重视设计先行设计严格把关审校的特征 上海科技

15、馆的建设过程除了具有上述特点特征外，还具有自己的一整套特色： 1 ) 形成了一鹑套创新理念和科普教育理论； 2 ) 具有强有力的一支集创意、策划、设计、技术与工程管理的队伍： 3 ) 具有一些把握创新方法和效果控制的策划丈师级人物： 4 ) 每个展品展项都有一个展示内容故事线和实施醴计脚本： 5 ) 对每个内容的实现技术都严格进行技术论证与研发攻关； 6 ) 在环境氛围设计上强化主题理解与休闭娱乐的相结合； 7 ) 所有高新技术的引进开发、集成创新研发都具有口主知识产权； 8 ) 特别是把虚拟仿真技术大量地应崩于展项展品的 3 3 上海科技馆建设工程对虚拟技术的开发与应用 综上所迹，上海科技馆

16、在应用虚拟现实和虚拟仿真技术上，大胆地进行了调研、探索和 开发工作，形成了套技术研究体系，为科技馆的科普教育功能建设创新发展奠定了技术基 础。分析整个科技馆的8 年建设过程，上海科技馆在实现一流的展示刨新上有成功的经验也 有不足的启示，特别是在应用高新技术方面，大胆地进行了一系列探索研究工作，实现了科 技馆技术的有效支撑。在虚拟技术的应用上，开展了多方面、多内容的、多种技术的融台思 想实践。下面的做法可能值得参考： I ) 应刚头脑风暴的方式在立意和创新理念上有所突破； 2 ) 充分利用科研课题研发的有效资金投入在技术研发上； 3 ) 拥有充足的资金保证项目建设，特别是虚拟技术项日建设上的较人投A ； 4 ) 强化集成技术的整台作用，把现有成熟技术有效地集成和综台： 5 ) 有效利片j 引进技术在应用上进行二次创新开发； 6 ) 利用强有力的创意策划和技术支撑力量，建立有效的组织管理机制： 7 ) 构建了一整套的合作体系，并拥有批台作单位与开发队伍： 8 ) 在满足效果的基础上核算成本并充分考虑后期维护成本与运作费用。 L 豳一 一庶