低耦合的多媒体交互装置设计与管理方法

摘要：随着计算机软硬件的发展，交互多媒体展示手段也在不断提升，交互装置的多样化，让展览展示项目中多媒体创意的发挥空间越来越大，创意内容的升级又对交互装置依赖度越来越高，相应地使得大型交互多媒体项目中的设备管理越来越复杂。本文针对各类展览展示项目，站在综合系统集成的角度，提出低耦合的多媒体交互装置设计和系统开发理念，希望为展览展示行业的跨界集成管理提供一种可借鉴的模式和经验。

关键词：低耦合 交互多媒体 交互装置 系统集成 系统开发

Design and Management Method of Low Coupling Multimedia Interactive Device

WANG Hongwei

（Beijing Cangfeng Technology Co.， Ltd.， Beijing， 100120 China）

Abstract：With the development of software and hardware， means of interactive multimedia  are also constantly improving. The diversification of interactive devices makes more space for multimedia creativity in exhibition projects， and the upgrading of creative content depends more and more on interactive devices. Accordingly， the equipment management in large-scale interactive multimedia projects becomes more and more complex. Aiming at various exhibition projects， this paper puts forward the design concept of low coupling multimedia interactive device  design and system development from the perspective of comprehensive system integration， hoping to provide a reference model and experience for the cross-border integrated management of exhibition industry.

Key Words：Low coupling; Interactive multimedia; Interactive devices; System integration; System development

在展览展示的交互多媒体项目集成中，项目管理团队常常面临内容制作，交互软件开发，基于环境的音视频终端设备的选型，音频处理，视频采集、传输、拼接融合等处理设备的选型，以及集控管理等多种工作，最終完成完整的项目落地。

交互多媒体系统集成并不是简单的产品组合，很多情况下，构成方案的软件、硬件、内容会来自不同的团队，这就需要项目经理有很好的跨界理解度，以便进行分项制作或分包的把控。目前，行业内对各个产品，尤其是从内容制作到开发层面和硬件集成都具有理解力的项目经理非常稀少，时常会出现项目在落地时终端设备与环境的不适配、硬件与软件的不适配、内容分辨率与环境比例的不适配、经过传输设备和处理设备后的音视频出现异常等情况，影响最终展项的效果。

1 集成任务分解需求

一些成熟的大型集成公司，除了有着多年项目管理经验的团队之外，还有着长期稳定的产品供应链和分包团队，甚至企业内有内容制作、软件开发等多个部门，多种软硬件的配合形成了一定的模式，这样在一定程度上可以降低项目落地后出现问题的概率。

对于一些中小型的集成公司，团队人员更迭或者甲方需求多变的时候，一个好的任务分解和方案供应管理方法可以很好地提升协作效率，避免扯皮，从而提升项目落地的把控能力，降低风险[1]。

高内聚低耦合，本来是软件工程中的概念，是判断软件设计好坏的标准，通常程序结构中各模块的内聚程度越高，模块间的耦合程度就越低。本文提出了系统集成中的低耦合设计与管理思路，并认为交互多媒体系统集成也适用于此原理，系统的各个分解模块只有低耦合设计，才能使得项目团队更好地协作共生。

本文针对交互多媒体项目中常见的交互装置的管理，以及相关装置和软件、内容、传输及终端音视频设备的配合模式，提出低耦合的开发和管理的理念，用于指导项目分解的模式，以期提升行业的细化分工和促进多团队的有效协作。

2 常见的交互装置

2.1常见的交互装置

近年来，多媒体展览展示越来越向着沉浸式交互和创意交互方向发展，多种社交媒体的出现也大大提升了大众对于交互多媒体的认知，各地文化展馆、文旅小镇的交互多媒体展项层出不穷[2]。大型展览中的多媒体交互不再像桌面小游戏一样，通过鼠标键盘的操作进行交互，而是更多地借由融入外部环境的定制化装置中。

无论内容创意多么玄妙，装置外观多么奇特，交互手段对影像的影响多么巨大，目前，交互多媒体行业的经常用到的比较成熟的交互装置，按照技术实现方式基本上分为以下几类[3]。

（1）触觉反馈装置类。

（2）力觉反馈装置类。

（3）位置、温度、湿度等传感器类。

（4）图像、语音识别类。

（5）数据手套、数据衣等空间姿态捕捉类。

不同类别的交互装置的表现形式，可能会以独立的产品出现，也可能会以组件的方式进入其他系统中，通过不同类型的环境结构进行固定、安装和布线连接。在交互多媒体项目的实践中，交互装置可以独立存在，也可以由开发方与现有管理系统进行对接或嵌入开发。交互装置能否独立存在，取决于该交互器件与开发的耦合属性的强弱，进而决定了项目管理过程中分包拆分管理的可能性。

2.2 低耦合属性分析

以上所述的各种设备，并非都具有低耦合的天然基因。在项目分解时，针对上述设备的软件交付，有些必须完全由开发方打包在一起进行开发，甚至要进行现场软硬件联调，才可以实现功能。低耦合属性比较明显的是通断类设备，模拟量传感器类设备，以及实现了数据封装，具有操作系统底层驱动的设备。

触摸框是一种典型的低耦合属性的设备，一般此类设备就像鼠标键盘一样，通过USB连接到操作系统后，即可实现基于操作系统的全屏触摸，所有的程序运行时也可以调用触摸响应。一部分手柄也做到了标准化匹配，通过面板初始化后，可以适配大多数程序。

还有一种典型的低耦合属性的装置是开关类设备，如按钮触发，通过触点接触实现0-1或1-0的跳变，向软件通告状态改变。重力感应触发的音乐地砖也是如此，传统的重力感应地砖踩踏后亮起或播放音乐，在和交互软件对接时，还可以同时触发软件中的场景变化。

其他类别的设备耦合属性和拟调用的模式有关，如旋钮触发，既可以是模拟量，也可以是开关量，实时驱动场景变化时，多媒体内容会随着模拟量的实时采集数值，按照某种规则转化成为连续数据，影响场景变化。若旋钮作为时间驱动，可以引起三维场景中的光照连续变化。此时，开发者需要连接到装置进行开发调试才能更好地完成交付。

当旋钮作为开关量时，仅需要设定阈值后，对外输出信号跳转即可，类似于单按钮触发，此时耦合性比较低，开发者只需要从外接指定端口获取一个跳变的数值即可。

声音触发中，简单的声音传感器一般是识别音量，音量是开关量，高于阈值则触发输出，楼宇走廊的声控灯采用的就是类似机理。

提前建立问答库的语音识别模块也是开关量，基于公有云的语义识别，虽然在开发时较为复杂，但往往在交互多媒体结合时也是转化为特定场景的驱动，这两种都相当于以模式识别为目标的多开关量的管理，类似于多按钮触发。

凡是可以类似于开关量的触发，都是低耦合属性较强的装置，完全可以实现装置管理和软件开发的分离。

凡是需要通过实时数据和软件进行交互的装置，低耦合属性就会较差。

例如，数据手套对于模拟抓取程序的开发（见图1），由于所呈现影像的渲染需要数据手套的实时数据，数据手套与开发方捆绑度很高，一般由一个团队完成。数据衣驱动实时骨骼动画也是如此，此类装置的低耦合条件较差。

在某种需求条件下，此类低耦合条件较差的装置也可以进行低耦合设计，此类需求往往不需要实时数据（见图2），而是需要模式型数据（见图3）。

例如，Leapmotion（手势互动模块）在进行切换控制时，可以将左、右挥手，上、下挥手，部分手势姿态模式化，封装成为模式序号输出，就可以作为独立的接口状态的模组出现，对接到不同种类的软件响应。此时，多模式输出的设计类似于多个按钮开关量的組合管理[4-5]。

综上所述，需要实时驱动内容的交互装置低耦合设计属性较差，而当此类设备的信号转变为模式识别是，便具备了低耦合属性的开发条件。

3 交互装置的IO管理模式

3.1 传统的中控管理方式

展览展示项目中，中控系统使用率较高，纯硬件式中控管理一般会有一个中控主机，是控制系统的核心，所有的外设通过有线（网线或其他总线）或无线连接完成硬件连接，通过中控程序部署，管理所有的二级设备和终端设备，完成整个系统的开启和关闭、系统的模式切换管理、内容选择、环境灯光以及窗帘外设的控制等。

此类系统的优势是系统稳定，上电即用，适合设备空间分布较广，种类和数量较多的环境，缺点是布线复杂，主要面向设备通信，与创意内容的交互结合不便。

在一些简单的控制环境中，中控系统会通过单一的定制化程序实现，行业通常称之为软中控，一般是系统复杂度不高，各个受管理设备都可以通过网络通信实现响应，一个与所有受控设备处于同一网络中的平板电脑，内嵌一个软件中控程序，就可以实现整个系统的开启关闭、模式切换等便捷的管理。

此类系统的优势是开发灵活，可以对接到内容管理，缺点是由于需要基于操作系统设计，会受到操作系统及运行环境稳定度的影响，在超大视频类的光影展示项目中，涉及多机渲染和多画面融合播控的场合，依然是此类系统为主，重要场合会有多机备份。

以上中控系统均可以实现部分通断类信号的收集和转发，但是硬件中控系统与软件开发的连接能力较差，软中控的实现灵活度会较高，可以用于简单交互设备信号的获取和转发。

3.2 项目协作中的交互装置管理模式

3.2.1交互装置管理模块的引入

可采用通用模块实现独立的装置数据读取和转化的管理，如小型PC工控机，或者ARM类主机。如基于Arduino的模块（见图4），可以实现多种数字量和模拟量的监测，通过代码实现定义和输出，硬件方式USB线缆连接到软件主机即可。软件开发者只需要了解如何初始化设备，从串口设备获取的字段对应何种信息，驱动内容的变化即可[6]。

在此类场景中，外设传感器可以和一些开发板形成套装，进行监测数据的标准化输出，实现第三方软件开发者的读取，而不需要涉及交互硬件装置的细节。

3.2.2软件开发与交互装置的通信

对于低耦合的装置，由于有了独立管理服务单元的存在，软件开发只需要进行网络或者串口初始化，读取装置的数据输出，并按照双方定义好的数据转化为对应的驱动数据，进行内容的管理即可。

3.2.3传输模式管理方式

网络、串口均可，对于多设备的通信管理，建议采用网络方式进行，目前展馆类项目中，设备之间采用有线连接的方式较多，控制平板可以采用无线入网的方式。

3.2.4交互装置与服务器及音视频系统的关系

在低耦合设计的思路下，最终多媒体项目中，各个组成部分的连接如图5所示。

对于大空间、多展项的应用，最外部依然是依靠传统的中控系统，来完成整个系统的管理。

3.2.5独立制作内容在软件中的配合处理方式

对于场景的控制，如果三维场景的模型需要根据交互数据发生变化，但管理模块一般经过整理后输出的是固定模式的数据，需要进行第二次整理和优化，以实现模型的联动。二维场景制作时的内容分层制作变得更加重要（见图6），分层制作，有利于内容的独立分包，而不需要各个制作团队完全了解软件的实际需求，降低沟通成本[7]。

在此思路下，内容制作时，固定背景按照时长和分辨率等要求进行输出即可，互动元素可以采用序列帧的方式进行輸出，由软件进行图元在场景中的进入、退出和运动控制。这需要软件方对内容进行合理分组，从而在软件嵌入的内容制作管理上，实现了低耦合设计。

3.2.6针对环境适配的设计取舍

对于低耦合的设计来说，地面互动，应该实现互动软件和触摸驱动的分离，最佳模式是多点互动识别在系统层完成，即桌面驱动实现多点捕捉，而与软件无关，任何团队开发的软件全屏显示，即可实现在装置上的全局互动。

对于有拖拽、缩放等要求精度比较高的墙面互动，可采用红外框进行触摸设置，对于精度要求不高的互动可采用雷达类设备，此类设备基本都具有桌面驱动甚至Windows免驱。还有一种摄像头方式，墙面互动也可以采用，但是此方式一般要求开发方了解装置，进行统一的开发和调试。

近年来，一些景点人流量大的地面互动需求越来越多，对于此类项目，需要考虑避免装置的损坏，因此这些场景的地面互动或者使用地砖LED屏（内置传感器），或者采用摄像头的方式，高处安装摄像头，才能有效地避免设备损坏。所以室外基本上都会尽量避免在地表安装互动装置，而有运营管理的室内展馆，地面墙角的安装方式也是较为常见的。

4  低耦合系统设计趋势与展望

近年来，展览展示系统集成发展过程中，交互多媒体的实现手段越来越多，项目从相对独立的软件集成、硬件集成，逐渐过渡到了以创意为先的软硬件融合设计和落地。

在行业实践中，需求方越来越倾向于短链合作，承接项目总包管理的团队也逐渐过渡到首先具有某一方向专业技能的团队，比如专业内容创作团队、空间装饰装潢团队、显示硬件团队、软件开发团队，他们都面临着从供应商到总包的转换尝试，而出于商业保护的目的，不同团队的技术融合和对接的模式发展极为缓慢。各自为战的集成等同于模块的强行捏合，导致很多项目经理只能成为终端需求与分包协作团队的传话筒，无法有效地把关各个输出，也无法对最终结果负责。

本文提出的低耦合项目设计和管理思路，是第一次被引入多媒体交互项目中，仅从交互装置和其他模块的配合方向进行了展开说明，并未对其他系统间关联进行说明。实际上，在处理系统、传输系统与终端设备的设计，控制系统与不同系统的协作中都可以采用低耦合的设计思路进行任务分解和设计落地。理解低耦合的项目设计和管理思想，可以有效地降低项目管理的门槛，整合团队的核心竞争力，促进行业细分，推动所见即所得的项目落地，提升甲方的项目满意度。

相信随着行业的发展，行业内各个方向团队的专业度越来越高，产品和方案的范围也会越来越多地考虑到生态协作，考虑到接口通信、数据模式定义等输入输出的适配度，从而推动行业从方案设计端到开发端的全面升级。

5  结语

本文推出了交互多媒体项目方案设计与管理中的低耦合管理思路，并重点针对交互装置的设计与管理进行阐述，以点带面，对整个交互多媒体项目的管理思想进行了规范化引导，促进分包与协作，提升专业团队的精细化运作，让高大上的交互多媒体项目从设计到落地，真正地实现所见即所得，以更高的性价比服务于各行各业。

参考文献

[1]冯胜强.简析系统集成服务与系统集成技术[J].信息化建设，2021（7）：63.

[2]林建伟，吴凡.交互新媒体技术在展览展示空间的应用[J].数字技术与应用，2018，36（11）：107-108.

[3]沈莹，张林.新式交互设备在人机交互技术课程中的应用[J].计算机教育，2017（9）：74-76.

[4]陈立，李颖昉，刘志远，等.虚拟现实交互游戏中的手势识别[J].科技创新与应用，2019（20）：22-24.

[5]翟朋辉，王静怡.一种简易手势识别装置[J].山东工业技术，2019（12）：154.

[6]斯琴其木格，田英爱，高丹阳，等.基于Arduino的多重手势识别传感器的设计与实现[J].数字技术与应用，2019，37（11）：134-137，139.

[7]李娴.多屏数字动画的多媒体交互系统设计研究[J].艺术科技，2018，31（11）：86.

作者简介：王宏炜（1981—），男，硕士，工程师，研究方向为交互多媒体、VR、AR、5G应用。