烟台自然博物馆在展品数据采集和数字化展陈上的探索

栾明杰

摘 要：文章通过对烟台自然博物馆数字化建设现状的分析研究，明确了其目前在数字化博物馆建设方面面临的短板，探讨了解决途径，并对相应的数据采集和数字化展陈涉及技术进行了调研，从而为下一步更好地利用数字化技术促进博物馆发挥科普教育和文化传播职能提供解决方案，展现了美好愿景。

关键词：博物馆;可视化互动;数字化建设;三维数据采集

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2022.07.016

进入21世纪以来，得益于经济社会快速发展，我国人民的物质和文化生活水平显著提高，促使我国博物馆事业迎来蓬勃发展，有力助推了文化事业全面繁荣和文化产业快速发展。特别是2008年，宣传部等多部委联合发布《关于全国博物馆、纪念馆免费开放的通知》，点燃了博物馆行业爆发式增长的引擎。党的十八大以来，随着文化体制改革的不断深化，公共文化投入力度持续加大，公共文化服务设施不断得到完善，文化行业的服务能力和服务水平得到明显提升，伴随着文化事业日益繁荣兴盛。据权威数据，2019年全年，国内的各类博物馆共计接待观众12.27亿人次，再创历史新高。然而2020年以来，受突如其来的新冠肺炎疫情影响，各行各业的高速发展突然遇阻，国内博物馆行业也遭遇寒冬，全年共计接待观众5.4亿人次。疫情的强烈刺激，迫使博物馆行业不得不加速数字化进程，纷纷寻求线上发展。国内博物馆行业的龙头如中国国家博物馆、故宫博物院、上海科技馆等在数字化建设方面始终走在前列，取得了较为瞩目的成绩。然而大量的地市级博物馆、私人博物馆等财力有限的博物馆在此方面的探索尚处于起步阶段，迫切需要同体量级博物馆探索出合适的发展路径。

1 烟台自然博物馆数字化建设现状

烟台自然博物馆近年来一直持续关注国内外博物馆行业在智慧化、信息化、数字化建设方面的新动向和新举措。特别是近三年来，烟台自然博物馆持续上线了内网公文办公系统、博物馆藏品本地管理系统、官方网站、官方公众号、智能化安防监控系统、全域语音导览系统等数字化项目，为博物馆的数字化建设长期规划搭建好了基本框架，奠定了良好基础。按照烟台自然博物馆数字化建设长期规划，数字化博物馆全面建成应包含如下几个方面。

1.1 数字化防护

以智能化监控系统为基础，搭配防入侵报警系统、出入口控制系统、网络安全系统、重点展品压感式无线报警系统等，构建一套完整、系统、安全的博物馆协同防护系统。

1.2 数字化办公

以内网公文办公系统为基础，通过各类办公软件的探索应用，逐步搭建一套数字化、无纸化、高效化的办公环境。

1.3 数字化展陈

以展品信息数字化为基础，将展品从单一静态的文字、实物转换成数字的音频、视频，再通过多媒体、虚拟现实等互联网新技术、新平台拓宽展示形式，使博物馆文化内容能够更加及时、生动地传播给更多的公众。

1.4 数字化社区

以官方网站、官方公众号为基础，逐步扩展至微博、视频号、抖音等新媒体平台，通过培养专业化的运营团队，打造以博物馆为核心的数字化社区，增加观众黏性。

1.5 数字化文创

以馆藏明星藏品为挖掘对象，在数字化语境中，探索文创产品的与时俱进的更多种类和表达形式，打造流量IP，让博物馆藏品活起来，走进千家万户。

2 烟台自然博物馆数字化展陈面临的主要问题

经过近几年的建设，烟台自然博物馆在数字化防护、数字化办公以及数字化社区方面已有一定基础，目前数字化展陈方面面临的问题较多，主要有以下几个问题。

2.1 原有多媒体设备几乎全部无法正常使用

烟台自然博物馆所有多媒体设施设备开馆前便已经采购使用，距今已有十余年，因建设方与多媒体厂商存在资金协调问题，后期维修保护无法跟进。造成馆内十余项多媒体项目存在软件过期、过保，无法使用;无后续资金跟进导致多媒体设备内容无法更新;电子设备运行时间过长，造成触控屏失效、显示屏变暗、系统变卡、播放异常等设备系统老化问题等。

2.2 新增部分职能迫切需要数字化展陈技术跟进

2021年上半年，烟台市开展深化事业单位改革试点工作，根据市委编办意见和《烟台市城市规划展示馆机构职能编制规定》，原烟台自然博物馆、原烟台市城市规划展示馆、原烟台市国土资源档案馆组建新的烟台市城市规划展示馆，挂烟台自然博物馆、烟台市城市规划展示馆、烟台市国土资源档案馆三块牌子。按照新的职责，新增了国土空间规划展示相关职能。《烟台市国土空间总体规划（2019—2035年）》向全社会发布，意味着展示馆原有的展示内容面临全面推翻重建，而国土空间规划展示主要采用多媒体等数字化展陈方式，迫切需要摸索探寻适合实际情况的展陈方式。

2.3 博物馆展品信息数字化工作尚未开展

烟台自然博物馆共有13个展厅，展陈内容较为综合，涉及矿产类、化石类、标本类、文物类、人文类等。一方面，展品类型十分繁多，如书画作品、动物化石、动物标本、黄金制品、微缩模型、珠宝矿产、观赏石、根雕木雕等;另一方面，展品体量差异巨大，从几克到几吨。复杂的展品情况导致难以形成通用的展品三维数据采集方案，体量大的展品无法运用精细三维扫描仪获取其三维结构信息，而体量超小的展品，无法完成高清纹理采集工作，从而无法完成后期的纹理贴图工作。

3 烟台自然博物馆面临问题的解决途径

经过对面临问题的综合分析，毫无疑问展品信息的数字化工作是数字化展陈的前置工作，是一切的前提。二维图像采集和三维点云数据扫描建模贴图，是获取展品信息的二维化和三維化手段。考虑到烟台自然博物馆展品情况的复杂性、数据收集时间的紧迫性等，决定先对全部展品实现二维图像采集，同时选取部分重点和代表性展品先行进行三维数据扫描。同时，针对原有多媒体设备无法正常使用问题以及国土空间规划展示问题，要尽快寻找兼顾两方的数字化展陈形式。

4 数据采集的实现

4.1 二维数据采集

二维数据采集主要采用高清数码相机、光影营造系统以及相关专业软件来实现。根据相应的拍摄规范，平面类展品主要拍摄正视图一张，不可移动的化石、标本、矿产类等展品，除正视图外，至少拍摄侧视图一张。可移动的展品，根据展品大小、形状和重要等级，合理选取角度，酌情拍摄正视图、侧视图、俯视图、背面图、底部图、局部图等图像。拍摄素材必须经过专业软件的消除畸变、消除色差、调整合理曝光、剔除无用背景元素、去除噪点等必要的处理，最大限度地保留展品原貌后方可生成提交文件。

博物馆相关管理人员必须逐张对二维数据进行审核。审核衡量二维数据采集是否达到要求的标准为：画面需构图简洁、主体突出、背景淡化、曝光合理;应完整反映出展品的样貌、质地、色调、纹理;小规格展品要做到无畸变，大规格展品因场地问题确实无法做到无畸变的，边角畸变应控制在10%以内。只有质量达到指定要求，才可以录入数据库。

4.2 三维数据采集

三维数据采集主要运用精细三维激光扫描仪获取博物馆展品的真实、完整的三维结构信息。运用高清单反相机获取博物馆藏品的纹理照片，用于后期藏品的纹理贴图。结合三维扫描获取的文物三维结构数据及高清拍摄的纹理照片，通过专业软件经过点云处理等过程制作附带纹理信息的三维文物模型。最后，对制作好的模型文件进行优化处理，结合WEBGL渲染技术，制作模型的数字化展示文件。

三维激光扫描作为数据采集的一种方式，因其具备自动化、高精度、无接触等特点，在博物馆数字化过程中普遍被采用，是比较成熟的应用技术。其首先用激光扫描获取目标的三维坐标数据，继而通过电脑运算根据坐标数据建立三维模型，最后通过进一步的纹理贴图和修正后，输出数据作为虚拟博物馆、数字互动设备等的展示互动素材，便于展品的复制或者修复，是博物馆文化传播展示的新形式、新手段。

对于馆内小体量的展品，如珠宝类、矿石类，部分化石类如螺类、三叶虫等，部分生物类的标本如贝壳类、鸟类等，采用手持式激光扫描仪较为便捷。对于部分大型展品，特别是如馆内长17米、宽3.2米、高1.8米的龙砚作品，以及长11米、宽2米、高2.5米的西游记根雕作品等超大型展品来说，必须采用大视场激光扫描仪。

相关采集技术指标要求如下：①手持三维数据采集精度小于等于0.03毫米;大视场三维数据采集精度小于等于2毫米。②纹理图像分辨率大于等于9000×9000。③主要纹理处无明显接缝。④采集单张纹理的有效像素大于5000万。⑤数据输出格式3DS、STL、OBJ等通用三维模型格式，实现和Geomagic、Imageware等逆向工程软件自由交换数据。⑥用于展示的模型文件需包含obj模型文件、mtl文件及贴图文件。⑦可在PC端、微信端与移动端无插件顺畅浏览;模型支持随意拖拽放大、缩小、720度全方位浏览。

4.3 其他类数据采集

展品的文字介绍、音频介绍、视频介绍、年代尺寸等数据的制作和采集与以上二维、三维数据的采集同样重要，甚至更加重要。正是因为这些数据展品才能活起来、生动起来。在此暂不做赘述。

5 数字化展陈技术探索

随着近些年来移动互联网和信息技术突飞猛进的发展，博物馆与数字技术的结合越来越紧密，国内外各类博物馆纷纷研究如何引进数字技术到各自的传统展览中，积极探索创造新型博物馆生态。近几年来，中小学组织的学生社会研学活动、社会实践大课堂、小记者活动等日渐频繁，特别是2021年推行减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担工作以来，中小学生走进博物馆的次数明显增多。另外，深受年轻人喜欢的网红效应、短视频效应在各类社交媒体上对文旅项目的带动效应持续增大，年轻人走进博物馆也越来越频繁。

这些因素都迫使博物馆尽快转变思路，从观众需求出发，以为观众创造良好的交互体验和文化体验为目标，结合各自实际特点，思考一条适合本馆发展路线的数字化展陈革新之路。

近些年来涌现的应用于博物馆的先进交互技术与传统的多媒体交互方式相比，能够给观众带来更加强烈的沉浸感，并可以实现视、听、触、嗅等多维度的深度交互。

5.1 实时动作捕捉技术

常用的运动捕捉技术种类比较多，其中光学式是现阶段发展最为成熟、应用最为广泛的捕捉技术。可用于博物馆展陈的正是以微软Kinect为代表的光学式动作捕捉，可捕捉参与者的各类动作，用以驱动相应事件，给参与者一种全新的参与式体验，加强互动的真实性。

5.2 全息影像技术

全息影像技术是一种在三维空间中用投影的方式投射三维立体影像的新型显示技术。因为其纯粹利用光的衍射和干涉原理，观众无须额外借助任何设备来辅助体验即可以观看影像，十分适合博物馆用于展示展品，满足观众多角度欣赏展品的需求。

5.3 增强现实技术

增强现实技术通过将虚拟的人类感官所能感受到的各类信息叠加到真实世界中，并与现实互相交错，从而丰富信息量、营造更为震撼的场景和氛围，增强受者的感官体验，加深其感知。利用增强现实技术，博物馆展品的各种信息可以实时展示给观众，甚至可以重演历史事件，极大地提升了参观体验。

5.4 虚拟现实技术

与增强现实不同，虚拟现实则是通过计算机仿真系统完完全全地构建全新的、深度沉浸式的、可多维度交互的虚拟世界。在博物馆的展陈应用中，虚拟现实技术更多的是佩戴专用眼镜来完成与展品、场景的互动体验，而虚拟现实技术中更为前沿的增强现实性的虚拟现实、分布式虚拟现实等尚少有应用。

5.5 3D立体打印技术

3D立體打印技术以液体或粉末为原料，以计算机中的模型为原型，通过层层叠加打印并快速凝固的方法来构造三维物体。在博物馆行业中，其更多的是在文物修复、展品复制等方面得以应用。实际上，与快速建模技术结合，3D打印技术可在互动式展陈及博物馆文创产品方面取得不错的应用效果。

数字化技术的逐步应用，为博物馆创新展陈形式带来了更多的可能。通过对现有主流数字化展陈技术的研究，结合烟台自然博物馆现状分析得出：

①实时动作捕捉技术和虚拟现实技术可以深度介入烟台市国土空间总体规划展示下一步的数字化展陈设计中。

②虚拟现实技术可以应用于地球厅，加深中小学生对宇宙构成及地质灾害的理解;应用于生物厅，加深观众对生物生存环境的体验。

③增强现实技术可以应用于化石厅，用于复原猛犸象、恐龙等生物的原貌;应用于黄金厅，用于展示黄金从开采到提炼、加工的全流程。

④全息影像技术可以应用于黄金厅，用于全方位展示珍贵黄金标本，提升观众观感体验;应用于王懿荣馆，用于展示王懿荣抗击倭寇的复原场景。

⑤3D打印技术可以应用于化石厅，用于复原恐龙生活场景，提升观众参与体验。

6 结论

目前，数字化技术在促进博物館发挥科普教育和文化传播职能方面起到了积极作用。然而数字化展陈手段的多样化带来的弊端首先就是喧宾夺主，掩盖展览本身。其次是高度同质化、内容扁平化等问题，如各地的4D、5D影院及虚拟现实体验馆等。博物馆一定要警惕陷入数字化技术的低劣包装陷阱中，而忽视了展品本身的内容才是博物馆文化传播的精髓，这也强调了展品的数据采集工作的重要性。各类新兴数字技术的融入是为了弥补现实场景以及展品在信息输出方面的天生缺陷，从而帮助观众更加简单地融入场景、体会展品内涵。因此，寻求一个平衡点至关重要。这个平衡点在不同类型的博物馆各不相同。烟台自然博物馆以自身实际作为出发点，对数字化技术如何融入自然历史类博物馆的现代展陈中做了积极探索，具有指导意义。

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