基于元宇宙概念的博物馆虚拟旅行直播舱设计

文/祁彦鑫 郑乐怡 马赛楠 郭豫立 张亿君

在历史文化底蕴越来越被重视的今天，人们参观博物馆的热情越来越高。传统的博物馆参观模式需要参观者到场，缺乏趣味且受时空因素限制。因此，为使博物馆的参观模式多元化和趣味化，笔者所在的项目团队开发了基于元宇宙概念的博物馆虚拟旅行直播舱。本文在分析直播舱技术可能性的基础上，从产品、服务出发,阐述了直播舱设计思路，并提出了优化设计方案以及实践设想。

在科技飞速发展的时代，元宇宙概念逐渐进入人们的生活领域。受交通距离、工作时间等的限制，人们不能频繁外出参观博物馆等展览，在家观看直播成为一些人群排解情绪和满足生活需求的一种方式。相关数据显示，近年来直播行业的从业人员数量激增，这给直播领域的发展壮大带来了契机。因此，本文以元宇宙概念与直播行业作为研究背景，通过分析相关技术的可行性，对博物馆虚拟旅行直播舱的设计展开研究。

一、直播舱技术的可能性分析

元宇宙的概念从提出到现在基本在围绕社交和娱乐的模式来发展，近年来元宇宙产品的开发主要通过AR、VR、全身传感等交互技术提升使用者的沉浸感，让使用者通过互联网连接来获得沉浸式娱乐体验。[1]直播舱技术的实现集合了目前已有的三维激光扫描技术、VR 技术、AR 技术、类3D 全息影像技术以及5G 通信技术。

（一）三维激光扫描技术与虚拟现实技术成像的可能性分析

三维激光扫描技术利用激光测距原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。[2]三维激光扫描技术能使直播舱将博物馆内场进行快速扫描并搭建虚拟影像数据传入用户VR 眼镜显示界面，让用户获得真实的体验感。直播舱的配套VR 眼镜通过虚拟现实技术将实景画面呈现在用户眼前，能够提高虚拟游览的实时性和场景的还原度。

（二）AR 增强现实技术与3D 全息影像技术分析

AR 技术在社交App 中应用较多，如前些年热门的Pokemon Go 游戏，该游戏界面非单纯出现在动画地图上，而是通过用户手机摄像头，将手机中的画面叠合至用户的现实环境中，给用户以身临其境的感受。3D 全息影像技术是应用光的干涉和衍射原理，将光束叠加重合形成肉眼可见的影像，其在目前多应用于影音娱乐领域。在直播舱的舱体外部前端设置结构中，前方安置了扫描摄像头和全息投影摄像头，分别或同时用于捕捉近端场景的输入和远端用户的人形投影。舱体背面的显示屏采用AR 技术，将图形、用户界面和交互等元素叠加至三维扫描的现实环境中，从而使用户获得更加逼真的参观体验。[3]

二、直播舱设计思路

笔者所在团队设计的基于元宇宙概念的博物馆虚拟旅行直播舱集产品设计与服务设计于一体。项目团队通过对游客在参观时的需求心理以及未来新型展览模式的发展趋势进行分析，在现有直播舱产品中融合车辆外形设计，对产品、服务等方面进行了一定程度的改良。

（一）直播舱产品设计

直播舱产品外观可参考头盔，舱体外体线条为流线型，凸显了一种未来的科技感与酷炫感。舱体外壳为塑料加碳纤维合金材料，采用半敞开设计，这种设计不失高级感，同时还兼顾了舱内外的气体流通。响应式的底盘设计使直播舱在跟随拍摄和载人游览模式之间切换自如；180cm×80cm×200cm 的舱体规模既不妨碍使用者进出，又兼顾了场馆的室内空间布局。

项目团队基于模块化设计原理，将直播舱分为上中下三个部分，轻质平顶与向下延伸的环状面板一体成型，底盘与舱身下部结构融合，两者通过舱身前端正中以及舱身两端后部可升降柱状合金支撑杆连接。当直播舱处于载人浏览模式时，舱体顶部盖面与三根连接杆联动上升，中部两边同时从下部围挡中升起两块玻璃挡板。此时，舱内座位椅背升起，尾端围挡下落，并与地面形成10°夹角便于使用者进入舱内。当直播舱切换为跟随拍摄模式时，舱内座椅后仰放平，玻璃挡板下降，尾端围挡抬升，顶部盖面下降与下部围挡组合。至此，跟随拍摄模式切换完成。

项目团队在直播舱前端设置了信息采集摄像头及虚拟成像装置，摄像头收集场馆实况并及时反馈到直播舱内环状面板上的近眼显示屏，舱内显示屏采用Micro-OLED 微显示器件。Micro LED 微显示器件的最大优势在于，可以根据需要定制显示屏的尺寸和形状，以满足多样化的使用需求，便于与环状面板贴合。

（二）直播舱服务设计

项目团队设计的直播舱产品，可根据使用者的需求提供不同的服务。位于博物馆场馆基站的可移动直播舱既有载人浏览模式，也有跟随拍摄模式。在载人浏览模式中，通过手机App 解锁直播舱后，游客可通过直播舱看到文物展品相关历史的短片，开启沉浸式体验；在跟随拍摄模式中，无法到达博物馆现场的游客可佩戴VR 眼镜，通过手机App 自主解锁直播舱，操控直播舱。直播舱的虚拟实像技术能将未到访的游客人像在场馆内投影出来，与在现场的游客和工作人员进行实时互动，让博物馆的参观氛围“活”起来。AR 视频与音效的结合，使得文物的讲解模式比传统模式更加生动。

三、直播舱设计优化

项目团队设计的虚拟旅行直播舱投放地点为各大博物馆，项目团队旨在通过参观形式的创新来提高博物馆参观者的体验。直播舱由上部舱体主体和下部轮胎底盘组成。在设计时，考虑到人们长时间处于密闭环境中会产生不适感，项目团队参考人体工程学和新材料的性能进行了优化，使得人们长时间处于直播舱内也不会感到疲劳。

（一）直播舱舱内座位结构设计

项目团队设计的虚拟旅行直播舱借鉴了汽车座椅设计原理，项目团队在工业设计和人机工程学的指导下，对座椅的靠背角度进行了系统改进。针对人体半躺久坐而感到腰部等部位不适的问题，项目团队通过对现有的座椅结构设计进行智能改造，提高系统互动性，根据人体工程学将人体背靠角度设置为103°～112°，背靠与坐垫之间的角度设置在115°左右，防止坐立的人体向前滑动，并且引导人体腰弯部位（包括骶椎）倚靠在背靠上。因此，项目团队将直播舱内的坐姿角度设计为106°，目的是让使用者处于微仰坐的状态，提高使用者的舒适度。

项目团队还收集了专业数据库，为后续改进座椅并使之适应不同年龄、身材等人群提供依据，使得座椅利用率得到最大化。

（二）直播舱轮胎结构设计

基于新型材料领域的突破，直播舱的轮胎优先选择硬度较大的橡胶材料。橡胶制成的车轮有较好的韧性、弹性，能够在确保舱体平稳运行的同时兼顾减震，提高使用者的舒适感。因此，直播舱舱体车轮结构采用的是四驱橡胶实心设计，两个较大的前轮在前，后方车轮相对较小。麦弗逊式独立悬架减震器支柱与车身之间则用减震橡胶支架进行有效连接。在这一结构形式下，直播舱主要的震动源是底盘车轮。之所以用到橡胶，是因为其可以消减车轮和路面之间的震动，从而防止震动通过底盘上传到车身。

四、直播舱实践设想

博物馆入口处或场外广场可以设置基站，可为直播舱充电，方便游客自助扫码使用。在场游客进入直播舱内进行游览，而当直播舱靠近文物或展品时，游客可通过显示屏观看文物的AR 影像视频。直播舱也可作为一个跟随拍摄的“摄影师”在有直播需求的游客身后随时开启一场互动直播。此时，在舱外的全息投影摄像头可将观看直播的观众的虚拟形象投影出来，增强实景的趣味性。无法到场的游客也可借助手机远程操控和配套VR 眼镜的辅助进行虚拟游览。此时，手机作为媒介，既可实现VR 眼镜和直播舱的连接，又可作为操控器远程操控直播舱的移动。除此之外，游客还可在手机App 界面自行进行形象设计，通过直播舱的前置全息投影摄像头将自己设计的虚拟形象投影出来，以解决跨空间游览的难题。

五、结语

笔者所在的项目团队通过设计博物馆虚拟旅行直播舱对博物馆参观模式进行创新，将文物、工作人员和游客三者有机地结合起来，使文物展品通过虚拟投影的3D 影像模式“活”了起来。游客无论是在场还是不在场，都能借助直播舱及VR 眼镜参观博物馆，有互动的沉浸式体验让每位参观者身临其境，帮助参观者更深刻地了解文物历史。