空间云锚点在博物馆移动端信息导览中的应用研究

李嘉俊 章立 邱钰

关键词：博物馆 信息导览 移动端 空间云锚点 混合现实（MR）

一、博物馆信息导览的模式与现状

博物馆是保护和传承人类文明、历史文化信息的重要场所，是回顾历史、承接未来的桥梁。随着时代发展和数字技术的兴起，博物馆的功能逐渐向重视展示、传播、教育的外部功能发生转变。顺应国家建设文化强国理念的推进和社会美育观念的健全风气，博物馆作为大众媒介，还承担着传递文化信息、培养文化习惯、树立文化自信的社会责任，面向大众的“社会服务”开始融入到了博物馆的职能中。在博物馆和观众之间构建良好的认知体验、实现有效的信息传递、发挥博物馆服务性新功能，成为了观众在参观博物馆过程中的潜在需求。

信息导览作为博物馆与观众之间沟通的桥梁，为观众提供了获取博物馆信息的切入口。结合时代技术的发展，衍生出多种导览模式，扩展了展览信息的广度，将学术化的思维转化为通俗易懂的信息[1]，并根据展览设计的叙事逻辑为线索，引导观众与博物馆进行信息交流，实现有效的信息传递，不断拉近观众与展览核心信息之间的距离。

博物馆常用的信息导览模式主要分为人工导览、硬件导览和移动端导览三类[2]。人工导览即讲解员，解说效果较好，兼顾了观众的引导需求，但容易受空间、时间、人员流动数量等多种限制，影响观众的观展体验，特别是现今人类精神文化需求增长的社会背景下，人工导览的问题也被逐渐放大[3]。因此，一些大、中型博物馆会辅以硬件设备补充观众的导览需求，数字技术的引入，丰富了硬件导览的内容展示，如卢浮宫博物馆的3ds导览器、陕西历史博物馆的无线耳麦等，但硬件导览需要在设备上投入的开发和维护成本较高，并且大型的设备一般位置比较固定，容易影响导览的连续性，还面临着在同一时空下多人多种需求的矛盾，使排队成为常态。近年来移动端导览以小程序、App等形式在博物馆中流行起来，移动端可随时获取信息的功能，在参观过程中帮助观众克服了观展前后服务不连续性的矛盾。将导览内容集中到可携带设备上，移动端导览充当了讲解员的角色，能够为用户提供个性化的导览服务，成为了人工导览员在博物馆发挥导览职能的延伸，是博物馆发挥服务型新功能不可或缺的一个重要组成部分。

二、智能移动端在博物馆信息导览中的使用现状

现今移动端结合数字技术在智能化平台上得到了创新发展，在信息导览的运用中不断丰富了文物展品的信息解释和呈现方式，能够将抽象的信息通过虚拟形式具象表达出来，突破了观众单一的感官视角，丰富了展品信息传递的角度。国内常用的有《每日故宫》《故宫-Touch China》《云观博》等导览App，国外典型的有《大英博物馆》《e-Museum》等App。移动端更为智能化的服务，逐渐成为了观众游览时所喜闻乐见的导览模式。

国内博物馆的移动端导览应用相较于国外还存在一定的差距。一方面，国内博物馆中对数字技术的使用存在泛数字化和形式化两个问题[4]，导致技术堆砌过多而造成展陈过于形式化、信息传递方式过于简单的问题；另一方面，在导览内容上侧重于“物”的表现而忽略了结合“空间”的运用。博物馆中包含了展品自身的信息以及展馆空间的信息，导览系统应在展陈逻辑的动线规范下，将展区中相关主题的展品联系起来，构建物与空间之间完整的叙述关系，在观众游览的过程中达到导览信息传递的完整性[5]。

现阶段智能移动端在信息导览的应用中存在以下几点问题：

（一）多个展品导览的交互流程繁复

目前多数博物馆的移动端导览应用中，展品在具备丰富的展示信息下缺乏主题信息的指引，同一主题的展品难以阐明其中的逻辑关系，观众在游览过程中构建的认知和交互体验受到了一定的影响。以云观博App为例，用户进入导览后通过调用摄像头对展品进行扫描，获取展品的展示信息及交互内容（图1）。针对单个展品，用户可以获取其丰富的资料信息，但当用户想要了解该展品相关联的其他展品内容时，用户需每到一个展品前重复同样的操作来获取相关的展品信息。单一重复的交互指令，延长了用户获取目标信息的距离，使用户容易产生体验疲劳，失去了对展览深入了解的兴趣。

（二）导览形式与主题内容联系有限

随着智能移动端的普及，观众对导览的需求也有所提升，在了解了展品“是什么”的基础上，对展品信息内容有了更进一步的求知欲望，诸如展品相关的背景资料、制作技术等内容。

目前移动端导览应用多停留在技术形式的体现，展览主题内容在应用上的呈现较为浅薄。如安徽省博物院導览应用通过扫码出现的导览词与线下展板标识信息近乎相同；黑龙江省博App中，通过AR相机扫描《送渤海王子归本国》即可使得画中人物由静转动，但将动作动态化的形式并没能进一步阐明作品内容。使得线上导览内容与线下标识信息无本质区别，与线上导览提高游览便捷性和体验度的初衷相背，容易影响观众通过多媒体互动去更好地理解展品背后的故事。

（三）展品信息与展陈空间关联性低

展品信息与展陈空间是由合乎主题的逻辑关系作为设计基础的，通过空间动线作为引导线索，串联起各类信息，强化展品与空间之间的信息交互，架构起一个特定的信息情境，改善展品孤立、平面地传递信息的方式，从内容和形式上打开展品的阐释边界，使展品信息得到完整表达[6]。比如在侵华日军南京大屠杀遇难同胞纪念馆中，分有展览区、遗址区、和平公园等展陈空间，每个空间会根据其主题引导来设置相应的展品信息，通过展陈空间与展品之间的叙事关系，让观众更好地理解各个展品展出的含义，进而引导观众的情绪，产生信息的共鸣[7]。

现有移动端导览的内容多以展品为设计对象，展示信息仅围绕展品的基础资料展开设计，信息交互的范围无法延展到展陈空间中，导致展品信息与展陈空间的关联性不强，导览系统在交互内容上的设计比较有限。

（四）关联信息缺乏系统引导

移动端导览系统中有多种信息内容的导览，而目前观众侧重的导览需求更多体现在展品内容和展馆空间的引导上[8]。

展品内容的引导上，虽然移动端导览中应用的展示形式种类多样，但对技术的使用还过于形式化，与内容的结合以及对展览的叙事设计比较简单。面对诸多碎片信息，观众在没有系统性的引导下难以处理好信息之间的关系，在调动起观众深入了解展品的兴趣后，没能提供相关的内容来引导用户挖掘更深层次的信息。

展馆空间的引导上，以云观博App为例，展馆导航信息的设计是在平面地图上提供相应展品的位置标识，未能将用户位置和目标位置之间关联的导览信息充分体现出来。观众在游览过程中更希望导览系统能够将导航相关的信息，如物理空间、展区标识、定位服务等信息综合起来，通过一种便捷的形式提供更加自然、直观的引导，让观众清楚置身展馆的位置，进而合理规划游览路线，明确游览目标。

三、混合现实技术中空间云锚点的应用分析

（一）混合现实技术概述及特征

混合现实一词在20世纪90年代初被提出，米尔格拉姆曾对混合现实的内涵特征引入虚拟现实连续统一体的概念加以系统说明，AR和VR都是更广泛的现实-虚拟连续性的一部分[9]，因此混合现实包括了增强现实和增强虚拟，并对虚拟现实和增强现实进行了创新融合发展，实现了同一视觉空间内虚拟物体和真实物体实时共存与交互，基于自身多感知性、沉浸感、实时交互性、自主性等特征，增强了用户对现实世界的感知和互动，拓展了信息获取的渠道和范围，加强了对重要信息的感知能力，带来全新的视觉感受和交互体验。

（二）空间云锚点在混合现实技术中的应用

空间云锚点（Cloud Spatial Anchor）是微软在发展混合现实方面所研究的一项技术方法，空间云锚点可以使混合现实的空间定位技术更加精确，让开发者可通过混合现实平台来感知空间，从而构建起混合现实所需的运行环境，以实现其应用程序中的各项功能。

空间云锚点中的锚点是对现实世界的一种视觉锚定，基于一个通用的参考框架，将虚拟对象与真实环境进行位置和方向的匹配，系统自身的工具可根据当前真实环境创建锚点，使虚拟对象能够放置在真实环境中的任意位置，然后将其存储在锚点的三维坐标中。让用户再次返回同一地点时，可在原来的位置看到已放置好的虚拟对象。

云端功能主要功能分为托管和解析两个阶段，托管阶段中将用户所在环境的各类可视信息发送至服务器，并把信息被处理成稀疏的点图，解析阶段将可视信息与稀疏点图相匹配，将锚点置于用户环境中相同的位置和方位，还原虚拟对象所在的位置。这樣可让多台设备和多个用户使用同一个锚点，使空间云锚点具备跨平台共享的功能属性，能够在HoloLens、支持ARKit的iOS、支持ARCore的Android等设备中共享锚点。

四、空间云锚点在移动端导览中的设计策略

空间云锚点的应用特征主要为空间定位导航、多人共享体验、虚拟内容保存以及跨平台共享应用。空间云锚点技术能运用在许多移动端应用中，比如室内导航，用户可以将虚拟对象放置在真实世界中，之后再通过导航找回；或者在为各类机器制作“数字孪生”应用时，用户可以在云端储存先前对机器设备所进行的数字化表示，接下来的其他用户就可以通过自己的移动端在机器设备上获取到所有的相关信息，并且能够对它们进行编辑。

针对移动端导览系统，空间云锚点在其中可应用的设计策略有：

（一）简化操作流程

空间云锚点的核心是锚点托管内容的环境映射。即利用应用程序在环境中定位用户，然后生成对应空间的映射内容。相较于其他虚拟现实的应用程序，开发者设置好这项操作后，用户则无需再手动扫描来构建映射，应用程序会解析托管好的锚点坐标，自动执行环境映射，从而简化了用户自行扫描空间、放置虚拟内容、匹配相对位置等操作流程，让用户快速进入虚实结合的导览环境。

（二）增强空间认知

在移动端导览中，空间云锚点可以为混合现实应用提供良好的空间感知，能够通过锚点的放置，来不断强化展品虚拟内容与展览真实环境的空间配准度，丰富展品信息在空间中呈现的形式，阐明展品与空间的叙事关系，使导览系统能够更好地发挥引导作用。云端计算可以连接不同空间所识别到的锚点信息，根据展览逻辑动线，连接空间信息，设计引导路线，在游览过程中为观众构建良好的认知体验。

（三）拓宽信息交流

利用锚点云端托管的属性，移动端导览可实现锚点之间的信息连接，串联起展品、空间以及观众等不同层级的信息交流，锚点还可以增添与之相关联的附加信息，并使用属性来确定所呈现的内容以及想要连接的锚点。在连续的空间环境中强化虚拟内容的联系，扩大了观众在游览过程中的交互范围，深化了展览传递的信息内容。跨平台的信息共享，方便了更多持有不同设备的用户进行交流，使展览信息传播的空间更加广泛。

综上，空间云锚点可为观众提供空间导航、数字交互、信息编辑等服务向功能，帮助观众获得良好的观展体验，增强展馆与观众之间的信息交流，促进博物馆的文化传播能力。

五、南京云锦博物馆智能导览原型设计

南京云锦博物馆是中国首家集知识、观赏、娱乐为一体的织锦艺术博物馆，主要展示以南京云锦为代表的中国民族织锦艺术，是“新金陵四十八景”之一。博物馆展陈内容围绕云锦历史发展、织造工艺、文物展示与修复、云锦保护传承与发展四大主题展开设计。展馆目前的导览模式以微信语音导览为主，能够为观众提供部分展品的背景介绍、图文资料、织造过程等信息，但缺乏了展品位置和路线导航等信息指引的功能，展馆导览系统的应用功能仍有许多优化空间。据此在展馆移动端导览系统上引入空间云锚点技术进行应用原型设计，并分析其中的交互方法。

（一）应用原型的系统功能设计

在移动端导览系统上，空间云锚点可利用自身技术的属性，让用户以便捷的操作方式进入混合现实的交互场景，在交互场景内为导览系统增添展品、展厅等目标位置的路线引导功能，提供用户更直观的路线指引；在建立好路线引导的基础上，结合相关展品的信息呈现，让用户能够在游览过程中对数字信息进行持续性交互，完善用户在虚实环境中游览的体验感；在交互场景中，可以通过探索发现的形式，触发其他与展品相关联的目标位置，从内容上引导用户挖掘展品背后深层的信息，逐步揭示展览的主题内容[10]；同时空间云锚点的应用允许多用户之间信息内容的共享与交流，从而形成展馆、展品和用户三者间交互信息的有机联系（图2）。

（二）应用原型的技术开发与测试

应用原型在内容测试之前需要对空间云锚点技术进行开发测试，以调试各项交互功能，确保测试内容能够正常运行。

应用开发环境基于Android平台，在Unity3D软件中对MRTK（Mix Reality Toolkit）开发包进行调试。在Unity3D中搭建好整合了空间云锚点技术的混合现实测试场景，对测试场景的各项交互指令、UI界面进行设计编辑，根据导览的应用内容和实际情况来实现并完善所需的技术功能，将设计原型发布到Android平台的移动终端，在实地场景进行应用原型的交互内容测试。

（三）应用功能与交互体现

根据系统功能框架与技术测试内容，初步搭建应用原型的交互功能，并结合实际观展情况对应用原型的交互流程进行分析（图3）。空间云锚点在导览系统中主要发挥了三类功能，分别是快捷构建混合现实环境、路线导航和信息共享。

1.快捷构建混合现实交互环境

完成虚拟环境的构建是实现各项导览内容交互的前提，得益于锚点可对应云端账户进行分类托管的属性，开发者可提前将放置好的锚点共享至云端创建的账户里。

用户进入应用原型的导览系统，可借助交互引导视频或直接进入空间定位的步骤，让云端将对应的锚点分配至系统中，通过设备摄像头来自动解析锚点位置。简化用户构建混合现实环境的操作步骤，降低混合现实应用在移动端上体验的难度。配准锚点位置即完成虚拟环境的构建，系统会出现UI界面，开始相关内容的导览。

2.路线导航

路线导航功能是实现导览内容交互的基础，展馆中各类展品、展厅及其他空间位置都可作为锚点放置的對象，空间云锚点可在不同区域的锚点位置之间建立连接关系，并且可以对连接的形式进行编辑设计。

在应用原型中，UI界面会提供具有锚点信息的对象作为游览目标的选择。用户确认游览目标后，系统会建立起其与目标位置间的连接关系，并生成行进路线的预览，先让用户对游览路线有一个整体了解，方便用户合理规划行程（图4）。

确认游览路线后，指示箭头会以三维状态出现在用户面前，以直观的视觉感受，全程引导用户抵达目标位置。在游览过程中，为确保用户不丢失指示箭头的指引，系统增添了辅助的UI箭头，当指示箭头脱离了用户摄像头的视野范围，屏幕边缘就会出现辅助UI箭头，告知用户指示箭头的方位，以矫正摄像头朝向的位置，同时指示箭头会通过检测用户是否在其引导范围内，来判断自身应该继续移动还是原地等待，维持了引导用户的距离，以顺利完成导览任务（图5）。

不仅UI界面能够提供游览目标的选择，展品数字信息中也提供了相关联的目标选择。行进过程中，系统会根据用户与展品之间的距离来触发交互提示，进而获取相关的内容展示信息与交互体验。在提供了展品基础的信息内容外，系统利用探索的形式设计了展品其他相关信息的引导，当用户在详细阅读展示信息时，会在字里行间发现更多可获取的相关信息，并且可通过交互来触发相关内容的目标位置及路线选择，引导用户逐步了解展品的内容，完善用户在导览系统中对交互形式和信息传递的持续性体验（图6）。

3.信息共享功能

信息可共享是空间云锚点在应用中的技术特征，是能够将数字内容进行整合、分配的关键功能，是串联起导览系统各项功能实现的技术支撑。空间云锚点的云端功能可实现虚拟信息的共享。上述数字内容都可由开发者设计好上传到云端实现共享。

在应用原型的测试中，持有不同设备的用户都可以从云端获取导览应用的相关内容。在博物馆情境下，可供多个观众在不同设备上体验到相同的交互内容（图7），并且能够与其他观众共同完成对展品信息的交互，满足了游览时观众之间的社交需求和信息交流，从不同视角体验博物馆导览中信息交互带来的乐趣。

结语

智能移动端为虚拟数字技术提供了普及和应用的平台，空间云锚点根据自身技术应用的特征，可在博物馆导览系统中进一步完善信息导览的功能，拓宽技术应用的界限，丰富导览信息的内容，通过虚拟构建、信息引导及内容共享等功能，强化展品、空间与观众的联系，更好地实现展馆信息传递的完整性，并通过虚拟信息交互，探索式引导的方式，改善观众在导览上的体验，让观众能够借助移动端导览应用来合理规划观展行程，获取所需展品信息，深化对展览主题的认知，感受博物馆文化的魅力。