基于虚拟互动的场馆展品信息传播模型构建*——以哈佛自然历史博物馆“生命进化之树”虚拟互动展品为例

翟俊卿 毛天慧



基于虚拟互动的场馆展品信息传播模型构建*——以哈佛自然历史博物馆“生命进化之树”虚拟互动展品为例

翟俊卿 毛天慧

（浙江大学 教育学院，浙江杭州 310028）

近年来，随着公众对博物馆要求的提高、虚拟现实技术的日益发展，运用现代数字化技术提升展品的创造力与吸引力，激发参观者的学习兴趣与热情，已成为当今博物馆尤其是科技类博物馆的必经之路。虚拟现实技术以其先进的动态影像、沉浸式的体验特征、丰富的交互作用成为科技馆进行科学创新与传播的重要手段。文章从虚拟现实技术在科技馆中的展品应用出发，通过剖析美国哈佛自然历史博物馆中“生命进化之树”虚拟互动展品，借以“5W传播模式”探究虚拟互动的场馆展品信息传播要素，探索其如何促进参观者与虚拟展品进行深度交互，构建基于虚拟互动的场馆展品信息传播模型。

虚拟现实技术；虚拟互动展品；信息传播

一虚拟现实技术与科技场馆

随着终身学习、全面学习和学习型社会等概念逐渐深入人心，人们开始将关注的焦点从学校的正式学习转向科技馆、水族馆、植物园、动物园等场所的非正式学习。与此同时，随着社会的不断发展、博物馆基础设施建设的不断完善，公众对博物馆的要求也在不断提高。运用现代数字化技术提升展品的创造力与吸引力，激发参观者的学习兴趣与热情，已成为当今博物馆尤其是科技类博物馆的必经之路。传统的博物馆单纯以静态展品为主，通过文字介绍和讲解员解说的方式进行信息传递。但是，随着技术的进步，传统的信息传递方式已经无法满足公众日益多元化的参观学习需求。虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）的成熟，促使场馆设计者可以创设出集视、听、触觉为一体的虚拟环境，让参观者可以通过设备与虚拟环境进行交互，从而产生逼真的体验和感受[1]。可见，虚拟现实技术无疑使得场馆中信息的传播方式变得焕然一新。

虚拟现实技术是目前计算机信息科学中的前沿学科，是整个信息科学领域中的新兴技术。它以视频技术为基础，根据特质进行信息资源的三维建模，创造出一个具有高度真实性的虚拟环境，可以为用户创造出“身临其境”的感觉，为用户在探索世界时由于种种不便造成无法直接观察的事物提供了观察条件。正因为虚拟现实技术具有多感知性、创造存在感、自主性和交互性等特点[2]，以其为发展方向的数字化展示方式现已成为博物馆的主流，数字媒体艺术的运用为展品提供了多种展示形式，改变了以实物为主、辅以图片及模型进行说明的传统展品形式。这些先进的多媒体动态影像、互动媒体、虚拟现实等技术，让虚拟现实仪器模拟出真实化的场景，双向交互替代了枯燥的单向传达，为参观者提供了更为人性化及个性化的展示服务[3]。

二哈佛自然历史博物馆“生命进化之树”虚拟互动展品

进化是生命科学中的核心概念，但公众对进化的概念理解较为模糊。在西方，由于宗教信仰等原因，人们对进化概念的接受度较低，再加上博物馆项目存在着互动时间短、静态陈述和动态过程结合困难等问题，如何向公众传达进化这一复杂的科学概念成为博物馆的一项重要挑战[4]。“生命进化之树”虚拟互动展品是哈佛自然历史博物馆中极具代表性的一个展品[5]。它成功地将大量科学数据以可视化的方式展现出来，从而为进化概念的学习提供了一种有效的互动方式。该展品共包含70000个物种生命的进化过程，以大型科学数据库和先进的视觉化技术作为支撑，通过图像缩放互动接口，在多点触控屏幕上探索物种进化的历程。参观者从35亿年前的生命起源处开始，用自主触控的方式在屏幕上缓慢移动，最终可以观看到目前世界上现存的众多物种是如何进化而来的。

图1 “生命进化之树”多点触控屏幕

“生命进化之树”虚拟互动展品主要利用了名为DeepTree的互动式桌面应用系统。DeepTree是一个用以展示70000个物种间谱系关系进化树的可视化互动应用，包括三个部分：①主要展示区，允许参观者缩放和移动整个进化树。该区域利用分形原理布局算法，当参观者缩放时就会有物种进化分支出现。分形设计能够降低视觉提示的复杂度，充分描述庞大的物种数量。分形设计有别于传统静态描述，后者往往通过限制物种数量来简化进化树承载的信息。②一幅沿屏幕右侧开始出现的滚动图片，它包括了一个含有200个物种的集合，用来表示重要的进化种群。当画面展开后，系统会自动标识物种在树中的位置。③与第二部分相关的一个功能，参观者可以比较图像中任意两个物种，一旦通过点击将其激活，系统就会自动显示这两个物种共同的祖先。如果参观者想进一步了解这些物种的族谱，可以从另一屏幕看到和它们相关的、简化后的进化树，其中含有描述这两个物种出现差异的时间信息和进化标志。

三 “生命进化之树”虚拟互动展品的信息传播要素

虚拟互动展品作为传播方式的一种，目的是实现对信息的有效传递。美国耶鲁大学Harold Lasswell教授提出了5W信息传播模式：Who（谁）、say What（说了什么）、in Which channel（用什么媒介）、to Whom（向谁说）、with What effect（产生什么效果），用来描述信息传播的主要要素[6]。5W信息传播模式反映了组成信息传播过程的5个要素，具体包括：

1 传播主体

传播主体是整个传播活动的起点，负责确定传播过程，搜集、筛选和梳理所需要传播的信息，同时制定相应的传播策略[7]。近年来，科学传播不再局限于单一的主体，而是呈现出通力合作的趋势。在“生命进化之树”虚拟互动展品案例中，传播主体需要内容提供方、硬件提供方和内容制作方共同合作，如表1所示。多方参与的传播主体体现了在引入新兴技术后，科技馆的传播主体呈现出行业之间整合发展、内容资源高度聚集的特点。

表1 科技馆虚拟互动展示中的各个传播主体

2 传播内容

科技馆的传播内容一般是最基本的科学知识，也就是科教知识元叙事[8]。在动态虚拟互动展品中，科学知识不再以简单的文字或图片等形式出现，而是以复杂的图像文本与视音频有效结合的形式呈现给参观者，加入3D技术后的虚拟现实技术还能营造出远胜于视频的逼真场景。更重要的是，参观者对知识的感知需要调动其视觉、听觉和触觉一起进行互动。在互动的过程中，参观者可以对传播内容进行主动的选择与控制，通过与屏幕交互来积极参与整个探究过程，因此改变了传统的被动接受科学知识的状态。此外，传播内容的叙事角度也发生了一定变化——传统的文字或图片往往采用第三人称的叙述方式，而虚拟现实技术带来的人机互动更适合采用以参观者视角为第一人称的叙事场景。

“生命进化之树”虚拟互动展品依托于大数据的优势，使得70000个物种资料成为参观者自由选择学习的对象。同时，传播内容的动态设计与科学知识有效结合，可以吸引参观者的注意力，增强展品的可视性和互动性。如在“查看物种关系”和“寻找物种”两个功能组块中，参观者点击后，屏幕上就会出现从进化树上一个物种节点飞向另一个物种节点的画面，飞翔时间视种间关系的远近而定。这样的动画效果不仅生动有趣，还有助于参观者根据飞翔时间的长短来判断种之间的关系，促进他们对进化概念的理解。可见，将科学实践和理论知识的客观内容与参观者的主观视角相结合，能够激发参观者对科学的兴趣，参观者所感知到的不仅仅是媒介内容，更是一段基于科学知识和实践的元叙事内容。在人机交互的过程中，参观者通过探究性学习，实现对元叙事内容的发散，最终改变对科学知识的认知，实现展品信息的传播目的。

3 传播媒介

虚拟互动展品主要以人机交互的方式完成对科学知识的客观传播，而基于虚拟现实技术的人机交互媒介一般具有沉浸性的特征。沉浸式媒介的沉浸效应主要包括感知系统的沉浸和行为系统的沉浸[9]。其中，感知系统的沉浸往往包括参观者在视觉、听觉和触觉上的沉浸。虚拟互动展品可以通过建模和可视化技术，在感知系统上影响受众对信息的接收。行为系统的沉浸则体现在虚拟互动展品对参观者表达系统（如行为、语言等）的影响。“生命进化之树”虚拟互动展品在感知系统的沉浸上主要通过视觉和触觉，让参观者在多点触控屏幕上通过点击进化树或拖拽功能滑块来获得文字和图片信息。在感知系统的沉浸上，设计者需要把握参观者的知识接受逻辑。如参观者在查看某一类物种进化的过程后，设计者通过为他们提供“查看物种关系”的功能模块，引导他们对概念进行迁移，以深化他们对概念的理解。而在行为系统的沉浸上，设计者需要把握参观者的行为操作习惯。如在某一环节知识结束进入下一环节时，设计者需要考虑参观者之间可能存在的操作冲突，以及由此对认知带来的负面影响。因此，在“寻找物种”等环节中，设计者采用滑块拖拽而非触控响应的互动方式，以留给参观者充足的讨论决策时间，并通过相互交流来增强他们对进化知识的理解。

4 受众

在虚拟互动展览中，参观者通过多点互动屏幕可以自主查看并探索生物进化的整个流程，从而获得直接的科学经验。在此过程中，科学知识仍然以体系化的方式呈现，但参观者不再像传统方式那样被动接受，而是主动地将知识建构成个人的经验性认知。这就需要设计者在设计虚拟互动时充分考虑参观者的认知特点和心理状态，从而实现信息传播的目的。

“生命进化之树”虚拟互动展品的设计者为了让参观者能够主动地将触摸屏幕所展示的知识逻辑转化为个人的认知，从参观者的认知心理出发对其进行了有效的引导[10]。具体引导策略包括：①通过有吸引力的展示屏幕和活动，来吸引参观者的注意；②通过界面功能设计，让参观者在学习中进行概念迁移；③利用滑块拖拽触控，促进参观者之间的合作互动行为。事实上，利用滑块拖拽触控可以将参观者个体之间的行为联系起来，从而达到更大范围的社群传播目的，如表2所示。

表2 “生命进化之树”虚拟互动展品中通过设计实现传播目的举例说明

5 传播效果

传播效果指的是传播活动对受众在思想观念和行为方式等方面产生的影响。是否达到传播的效果体现了整个传播活动的质量。从目的上看，传播效果不仅直接体现在受众个体上的直接传播，还有二级传播。二级传播指的是信息到达受众后，并不意味着结束，受众之间的交流、受众观念改变后外化的行为因素都会影响并传递给更多人，从而产生社会效果。

参观者在操作“生命进化之树”虚拟互动展品之后，其对物种进化概念的理解较之前有了显著提高，说明基于虚拟现实技术的互动展览具有良好的传播效果。而参观者的概念转变会通过语言和行为的外化，影响到其之后的日常生活及与他人的相处。

四基于虚拟互动的场馆展品信息传播模型

参照“5W”信息传播模式，场馆中虚拟互动展品的信息传播实际上是由传播主体通过虚拟互动展品到达参观者的过程。传播主体将科学理论与实践知识融入到虚拟互动展品中，虚拟互动展品再将这些知识信息传递给参观者。基于虚拟互动的场馆展品信息传播过程往往会受到一些因素的干扰，这些干扰因素分为外部和内部两个部分：外部干扰因素主要源于展品所处的外界环境，如展品在场馆中陈列的位置、展品自身的可互动性，以及其他游客的干扰等；内部干扰因素主要源于参观者自身产生的逆反信息，也就是个体在接触、接受信息传播的过程中，采取了与传播主体愿望相反方向的态度[11]。逆反心理可能与传播本身有关，也可能和个体心理有关。如高强度的刺激虽然能在瞬间引起参观者的关注，但有时也会造成过犹不及的效果。同时，传播过程中的信息流动方向也可以从参观者流向传播主体，即对信息的反馈。通过反馈，传播者可知晓参观者是否真正接受了预期所要传播的知识信息。反馈直接或间接地反映了参观者的信息接收动机、需求和心态，也为设计者如何调整虚拟互动展品中的技术和设计元素提供参考。

“5W”信息传播模式实际上和虚拟互动展品信息的基本传播模式所表达的内容是一致的，本质上都是设计师通过虚拟互动展品向观众传播展品背后所承载的科学知识，两者只是在形式上有所不同。基于此，本研究将“5W”信息传播模式结合干扰和反馈后，构建出基于虚拟互动的场馆展品信息传播模型，如图2所示。

图2 基于虚拟互动的场馆展品信息传播模型

在基于虚拟互动的场馆展品信息传播模型中，传播主体将科教知识元叙事通过大数据、设计及其它技术封装在虚拟的展示中。虚拟互动展品的沉浸性特征，使它能够通过感官系统的沉浸与行为系统的沉浸两种方式影响参观者的心理机制与行为机制，从而将科学知识转化为认知经验并内化吸收。在虚拟互动展示中，受众之间还可以相互交流，最终使得信息在社群中得以广泛传播。此外，信息的反向流动决定了参观者可以将接收到的信息反馈给传播者，并由传播者借此检验传播的效果。而在这一过程中，信息的传播会受到参观者自身因素、传播因素及其它外界因素的干扰。

借助基于虚拟互动的场馆展品信息传播模型，设计者可以了解基于虚拟互动的场馆展品信息是如何传播的，更重要的是，传播主体尤其是内容提供方和内容制作方可以了解到信息的传播过程中会受到哪些因素的影响，从而进一步探索如何利用参观者的心理机制和行为机制、源自参观者的反馈来不断完善展品，解决内部和外部干扰因素对参观者学习造成的影响。

[1]张燕,梁涛,张剑平.场馆学习的评价:资源与学习的视角[J].现代教育技术,2015,(10):5-11.

[2]张永春.虚拟现实技术在博物馆的应用探讨:兼谈浙江省博物馆虚拟展览的创建过程[J].中国信息界,2010,(7):31-34.

[3]疏梅.基于儿童用户体验的地质博物馆数字化展示设计:以安徽地质博物馆为例[J].兰州工业学院学报,2016,(1):87-91.

[4][8]周荣庭,黄钺,丁献美.基于沉浸式媒介的科技馆科学传播模型建构与对策[J].自然科学博物馆研究,2016,(3):22-27.

[5]Horn M S, Phillips B C, Evans E M, et al. Visualizing biological data in museums: Visitor learning with an interactive tree of life exhibit[J]. Journal of Research in Science Teaching, 2016,(6):895-918.

[6][7]刘鹏飞,张艳芳.科技信息传播功能解析——以“5W”传播模式为例[J].情报科学,2012,(1):40-43.

[9][10]Block F, Wigdor D, Phillips B C, et al. FlowBlocks: A multi-touch UI for crowd interaction[A]. Association for Computing Machinery Symposium on User Interface Software and Technology[C]. Massachusetts: Association for Computing Machinery, 2012:497-508.

[11]黄洋.博物馆信息传播模式探讨[J].博物馆研究,2012,(2):3-7.

编辑：小西

Information Communication Model based on the Visualization of Interactive Exhibits in Museums——Investigating the “Interactive Tree of Life” Visualization at Harvard Museum of Natural History

ZHAI Jun-qing MAO Tian-hui

Nowadays, with the increasing public demand for museum development and the advancement of Virtual Reality (VR) technology, it is indispensable for museums, especially science museums, to apply modern digital technology in the interest of promoting the quality of museum exhibits and inspire visitors’ learning. With its advanced dynamic images, immersive experience characteristics and rich interaction, VR technology has become a useful tool for museums to develop science communication and to promote exhibit innovation. This paper investigated the practical application of VR technologies in museums based on the case of the interactive Tree of Life visualization at Harvard Museum of Natural History. Meanwhile, the present article analyzed the communication elements of this interactive information visualization exhibit with “5W communication model”, so as to look into its organization in promoting deeper interaction between visitors and virtual exhibits. Moreover, the information communication model based on interactive information visualization exhibit was built in the paper.

virtual reality technology; interactive information visualization exhibit; information communication

G40-057

A

1009—8097（2018）04—0061—06

10.3969/j.issn.1009-8097.2018.04.009

本文受浙江大学中央高校基本业务经费“家庭旅游体验及收益研究”（项目编号：2017XZA228）、浙江大学文科教师教学科研发展专项项目“科普工作者的职业身份认同”（项目编号：104000-541903/023）资助。

翟俊卿，副教授，博士，研究方向为非正式情境中的科学学习，邮箱为jqzhai@zju.edu.cn。

2017年6月1日