移动增强现实技术在现代博物馆当中的运用研究

王 峥（苏州大学 艺术学院，江苏 苏州 215000）

一、博物馆发展现状及多媒体展示方式存在的问题分析

博物馆是人类收集、典藏、陈列、研究自然和人类文化遗产实物的场所，是公众学习自然知识、历史文化知识的殿堂。作为社会文化基础设施的重要组成部分，各类博物馆在实现收藏、研究功能的同时，更应该担负起面向大众，服务于社会的文化教育、知识传播等重要职能。博物馆的数量与质量在很大程度上成为衡量一个国家社会发展和精神文明程度的重要标准。

根据文化和旅游部统计数据，我国博物馆数量从1996 年至今，呈现逐年快速增长态势，截至2017 年，由1996 年的1219 家博物馆迅速增加到4721 家，而至2018 年8 月份，我国博物馆数量增长至5136 家，一年之间增加了400 多家。博物馆在数量快速增长的同时，公共服务的水平及深度上也有显著提高。随着我国博物馆实行免费开放，吸引了更多的老百姓进入博物馆，全年接待参观群众达到10 亿人次。教育部门通过一系列措施吸引中小学生进入博物馆参观，利用博物馆学习的长效机制也在我国中小学开始逐步建立。参观博物馆也日渐成为了一种生活方式。随着博物馆数量的爆发式增长，观众被吸引至博物馆从而对展陈的趣味性与高效性提出了更高的要求，传统的博物馆在展陈方面非常注重实物的陈列，但是由于展示场地的限制，往往无法提供较为全面的信息，且信息的传递方式也还是具有“单向性”。

从历史角度来看，一次新技术的发明和应用总会在一定程度推动人类文明的发展与进步。增强现实（Augmented Reality，简称 AR），是指计算机通过运算后实时地将生成的虚拟影像或者信息与摄像机捕获的真实场景相融合叠加且与之互动的技术。随着智能移动终端的迅速普及和智能终端硬件性能的不断攀升，使得增强现实在移动设备上的应用前景更为广阔。因此伴随科技的进步，在网络平台逐渐完善、计算机技术飞速发展的今天，博物馆展示空间引入了大量的多媒体数字技术，注重开发展示的交互性，丰富展示语言。如何充分利用日趋完善的网络媒体成为当前一个重要的课题。故宫博物院在这方面做了很好的尝试，充分利用网络媒介建立数字故宫、故宫社区，开发故宫app 应用打造线上线下，互联互通的数字社区。同时带动国内很多博物馆在展陈方面充分运用多媒体设备，丰富了展示形式。然而博物馆所设多媒体设备在使用过程中要保持良好的运转也不容易，且维护费用相当昂贵，致使国内现在很多博物馆的多媒体设备形同虚设，有的常年关闭，反而成为累赘。

由于实体博物馆存在地域性，为了打破地域性的限制，在日益完善的网络平台基础之上，虚拟博物馆应运而生。网络虚拟博物馆是以计算机网络为基础，以数字化为形式，通过对实体陈列展品的信息化处理与管理，实现展品的网络化保存，并借助计算机、手机等带有联网特性的信息终端平台向更多的观众提供观看展览、接受教育与研究展品等多种博物馆服务，使传统博物馆展示空间得以延伸。早期虚拟博物馆往往通过全景图片的形式来让观众得到身临其境的感受，近年也出现了很多基于VR 技术的虚拟博物馆，其展示形式并不是以往将馆藏作品拍照后简单的陈列于网站，也不是将实体博物馆的空间照片制成VR 应用于网络，而是依托数字虚拟技术在网络上重建“实体”博物馆，在具有虚拟空间的同时，将展示信息融入其中。Google 于2011 年推出谷歌艺术计划（“Art Project”计划），通过自己的“Street View”技术将全世界著名博物馆、美术馆的名画以70 亿像素的高清晰虚拟呈现于互联网上，使网民足不出户即可身临其境地欣赏包括卢浮宫、大都会博物馆、纽约现代艺术博物馆在内的世界顶级的博物馆及美术馆的馆藏作品。

图1 谷歌艺术项目中的大不列颠博物馆

虚拟博物馆虽然在一定程度上解决了地域的限制，然而正所谓眼见为实、百闻不如一见，亲临博物馆现场观赏藏品往往能带给观众最直观的感受，这正是博物馆之所以吸引观众前往的原因之一。而且相对于观众而言通过网络游览虚拟博物馆是无法和真实空间中切身感受历史文化以及气势恢宏的建筑空间给人带来的心理体验相提并论的。博物馆追求展品的真实性，但是信息的全面性和交互性有待提高，虚拟展馆弥补地域的差异，交互性强，但是虚拟的展馆往往无法提供真实的体验，介于两者之间有没有什么更好的解决方案呢？增强现实技术在此方面正好是能提供有力的补充。

二、移动增强现实技术特点以及应用前景

增强现实技术，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，把现实世界中一定时间空间范围内很难体验到的实体信息包括视觉、声音、味觉、触觉等信息，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。

增强现实技术，不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。虽然增强现实是在虚拟现实的基础上发展而来，但是虚拟现实由于是完全依托计算机创造出来的虚拟空间，在与现实世界的交互下是脱节的；而增强现实是通过对现实世界采样后将虚拟世界以及信息与之叠加，在交互的过程中与现实世界始终是融合的。所以在受众体验过程中更能获得真切的体验。

增强现实技术发展之初是基于计算机或者大型工作站作为系统的运行平台，存在着体积较大，成本较高且场地因素制约性较大的缺点，限制了用户的运动范围，在实际应用过程中也受到诸多限制。而移动增强现实可以分为传统移动增强现实技术和基于移动终端的移动增强现实技术两种。传统移动增强现实技术主要依靠PC 机、头盔显示器或者GPS、磁传感器等一些外接设备来完成系统。该类系统具有设备昂贵，不便于长期携带，维护成本较高，交互设计繁杂等局限性。

基于移动终端的增强现实可以分为穿戴式和手持式两种，穿戴式的终端设备比较常见的有谷歌公司发布的Google Glass 和微软公司发布的HoloLens，穿戴设备主要通过语音或者手势来实施交互。相对穿戴设备而言手持式的移动智能终端更易普及，而且随着移动终端硬件性能的不断提升、开发成本的持续下降使智能手机成为一个最为普及的手持式移动增强现实的载体，为人们的生活娱乐等带来极大的便捷和乐趣，目前随着移动智能设备诸如智能手机、平板电脑的不断发展，运算能力以及图形处理能力越来越强，现代移动智能设备全球定位系统、电子罗盘、重力感应等一系列传感装置的置入，使得其具备了极大的拓展前景，加上普及率也越来越高。这一切都为增强现实技术摆脱体积庞大的PC 设备之限制，迈向户外的无线化发展提供了可能。

三、移动增强现实在博物馆应用中主要有以下几个方面

（一）集成室内定位与导览等大量信息功能

笔者曾有两次参观卢浮宫的经历，尽管在出行前通过浏览卢浮宫官方网站确定参观路线，但是真到了博物馆，还是被淹没在艺术品的汪洋之中迷失了方向。如果通过移动增强现实技术，可以经由参观者移动设备获取的实景图像信息确定参观者的具体位置，通过置入虚拟地图、方向箭头叠加在移动设备获取的实景上作为指引为其导航至想去的目标展馆。由于增强现实是通过实景叠加信息，使得其过程更为直观。由于目前智能手机几乎都搭载了GPS 定位系统，所以在室外导航基本可以通过卫星定位来实现，但是如果使用者进入室内，卫星定位将不起作用，所以室内的定位和导航就将转由WiFi 来实现，目前室内定位技术已经日趋成熟，在技术上完全可以支持移动增强现实技术在博物馆内实现定位与导览。目前英国最繁忙的机场之一，盖特威克机场（London Gatwick Airport）正在部署一套系统通过专用的应用与数千个微型蓝牙信标向旅客展示登机口所在位置。就目前而言室内导航系统开发的障碍主要来自于开发成本较为昂贵，但是苹果的ARKit 技术降低了室内导航软件的开发成本，在不远的将来我们有理由相信室内导航甚至会集成到类似于谷歌地图、百度地图这样的导航软件中去。

图2 克利夫兰艺术博物馆一号画廊的交互体验

室内导航的功能除了可以辅助实现在博物馆的浏览过程中确定线路，还可以在参观过程中，通过图形识别技术，用户经由移动设备的摄影机获取展区图像从而调用相关展区的信息链接，获取大量相关的信息，增加展示的互动性。

（二）弥补现实的残缺、扩张真实环境

在博物馆中经常会展出一些残缺的文物或者艺术品，在以往，通常会采用修复的方式再展出文物，但是由于受到修复技术的限制，使得这些修补的痕迹十分明显，有些时候这种修复甚至是对文物的二次破坏，对文物造成无法弥补的损害。现在我们可以借助增强现实技术，在博物馆展出破损、残缺的文物实样，通过观众的手机或者移动智能设备获取文物的图像信息，经由服务器处理后在观众的移动端上对文物进行“修复”，观众可以在设备上全方位的获取文物的完整图像信息，也可以获得相关的背景资料。不仅不会破坏文物，而且可以让观众领略到文物原有的神韵。增强现实技术不仅可以运用在小件文物的展示中，还可以运用到建筑的修复，国内较为成功的案例当属北京理工大学完成的“圆明园数字重建项目”。该项目基于增强现实技术在完整保持圆明园大水法遗址风貌的基础上，在遗址现场虚拟再现圆明园无与伦比的建筑艺术，不仅具备宣传爱国主义教育和精神文明建设的宏观意义，而且也为推动圆明园的旅游经济的发展起到了非常显著的作用。

（三）移动增强现实体现高度的交互体验

图3 增强现实修复古迹示意图

博物馆之所以能吸引大批的参观者，是因为其中馆藏大量珍稀精美的藏品，以往博物馆非常注重藏品的陈列，而随着时代的发展，简单的实物陈列、图文解说已经不能满足参观者的需求。目前很多博物馆都配备了讲解器提供参观者使用，然而通过博物馆所提供的讲解器了解的艺术品相关知识的过程基本是单向传播的方式，不能完全满足参观者的个性需求，缺乏互动。我们现在可以通过增强现实技术虚实相加的方式获取高度的交互体验。增强现实技术，不仅在观众面前展现真实的展品信息，而且可以将虚拟信息同时显示出来，两者相互叠加相互补充，通过视频的显示控制以及多传感器的融合实现实时的交互体验。增强现实技术突破了“所见即所得”的局限，当观众通过移动智能终端的摄像头指向艺术品后，在屏幕上出现艺术品的同时，还可以加载相关的内容介绍、虚拟场景、相关视频、解说音频、购买信息等链接，也可以通过内建的社交平台查看其它观众的留言，在深度和维度上实现更具意义的互动。

结 语

增强现实是一个非常有趣的领域，它通过将信息实时展示于现实物品之上，增强我们对物品属性的认知程度，在教育、培训、购物、交流、导游等方面都有着不小的潜能。前面我们提到过基于移动终端的增强现实目前分为穿戴式和手持式两种，穿戴式的终端设备以谷歌公司发布的Google Glass 和微软公司发布的HoloLens 应用最为广泛，它们通过类似虚拟现实方式具有一定的沉浸体验，能直接体验到真实的环境，穿戴设备主要通过语音或者手势来实施交互，其受开发成本和硬件的限制，在目前我们接触到的现实增强应用并不多。或许未来的智能眼镜的迭代能够为现实增强的推广提供足够的推力。目前看来，我们最方便的是使用掌中的设备来接触它，例如智能手机。虽然在体验上移动设备不能获得最佳的视觉体验效果，然而却是开发成本最低的一种。如果能够有创意的利用其特点，还能发掘出增强现实的无限可能。