基于情景感知技术的博物馆双语交互设计研究

摘要：该文探讨了西安博物馆中情境感知技术在双语沟通设计方面的应用，并着重分析了如何提高游客的参与感与认识程度。在全球化的整体态势下，世界各地的博物馆观众成分逐渐多样化，常规的解说方式已无法满足各类语言背景的游客需求。构建一个能够实现双语无缝切换的互动平台，为游客带来独特的文化体验十分必要。系统的设计结合了实时数据采集和智能推荐算法，多种传感器收集游客的位置、行为和兴趣数据；数据与展品信息相结合，系统能够实时推荐相关的双语内容，增强游客与展品之间的互动。在实际测试中，大多数游客对该系统持肯定态度，语音识别准确性和界面流畅性仍需优化。

关键词：双语交互设计；情景感知；西安博物馆；文化遗产教育；应用；交互体验

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：2096-4110（2024）08（c）-0131-05

Research on Bilingual Interaction Design of Museums Based on Situational Awareness Technology

—Taking Xi'an Museum as an Example

Abstract： This paper discusses the application of context-aware technology in bilingual communication design in Xi'an Museum， and focuses on how to improve visitors' engagement and awareness. Under the overall trend of globalisation， the composition of museum visitors around the world is gradually diversifying， and conventional interpretation methods are no longer able to meet the needs of visitors with various linguistic backgrounds. It is necessary to build an interactive platform that enables seamless bilingual switching to provide visitors with a unique cultural experience. The design of the system combines real-time data collection and intelligent recommendation algorithms with multiple sensors to collect visitors' location， behaviour and interest data. The data is combined with exhibit information， and the system is able to recommend relevant bilingual content in real time to enhance the interaction between visitors and exhibits. In the actual test， most visitors were positive about the system， and the speech recognition accuracy and interface fluency still need to be optimised.

Key words： Bilingual interaction design; Situated perception; Xi'an Museum; Cultural heritage education; Application; Interactive experience

博物馆作为文化传承和教育的重要场所，不仅是收藏和展示历史文物的空间，更是促进公众对文化理解与认同的平台。在全球化日益加深的今天，博物馆的受众日趋多元化，对文化的接受与理解呈现出复杂性。如何有效地满足不同语言背景与文化需求的访客，提升他们的互动体验，显得尤为重要。

在此背景下，情景感知技术的应用为博物馆的双语交互设计提供了新的机遇。情景感知系统收集和分析访客的状态信息及其周围环境，能够实时提供个性化的内容和服务，该方式不仅能够增强参观者与展品之间的互动，在学习效果、参观体验等方面也有很大提高。近年来，相关研究逐渐表明，情景感知技术对提升博物馆的游客体验具有显著的积极影响。

1 文献综述

1.1 情景感知的基本概念和技术框架

情景感知（context awareness）被广泛认为是当前人工智能系统领域的重要研究热点之一。王海涛和宋丽华在其论文《情景感知：基本概念、关键技术与应用系统》中[1]，详细阐述了情景感知的基本概念及其核心技术框架。情景感知旨在为旅游者提供个性化的服务和行动指导，有效地对情景信息进行收集、处理和分析。其核心在于系统对环境及游客状态的自动感知能力，这种能力使得系统能够根据外部环境的变化，自适应地调整其互动方式和内容，从而提高游客体验。

情景感知的技术框架通常包括三个主要步骤：情景信息的获取、情景信息的建模、情景信息的应用。在情景信息获取方面，通过传感器、游客输入及社交网络等多种方式，系统能够实时捕捉游客的上下文信息。在建模环节，数据被处理成可供计算机理解的形式，以便进行后续分析与推理。系统在特定的服务场景中应用处理后的情景信息，如基于游客实时需求的个性化推荐等，为交互设计提供了更智能的现实基础。

1.2 游客兴趣推荐模型

游客兴趣推荐模型在情景感知技术的支持下得到了显著的发展。鉴于个性化推送需求的不断上升，探讨因地制宜的游客喜好分析受到广泛关注，该模式既涵盖了旅游者的行为信息，又兼顾了实际情况，旨在对顾客的真实意愿有更精确地了解。沈珉的研究表明，情境互动设计能够在增强现实（AR）应用中，对参观者的参观体验和满意度进行显著优化，帮助他们从自身的文化角度，对博物馆展示的意义有更深入的理解[2]。

在国内研究中，越来越多的成功案例表明，将游客的情境信息与兴趣推荐结合，能够显著提高推荐系统的有效性。例如，刘佳萌对智能音箱的研究表明，语音交互的自然流畅性在系统能听懂访客语境的情况下得到提升，从而让推荐结果更加个性化、精准化。相关研究表明，结合位置、时间、情绪等多维信息的推荐模型相较于传统推荐模型具有更高的准确性和游客满意度，这进一步印证了情景感知对游客兴趣模型的重要性[3]。

在国外研究中，情景感知计算及其在交互应用等领域的应用已经得到了广泛关注和深入研究。正如Gollagi的调查研究所说，情景感知系统能够集成环境、游客行为和社会交互等多种来源获取的情境信息，从而实现智能决策和个性化服务。借助感应器网络收集的各项信息数据，经过相关系统处理，游客愿望得到实现，从而优化了他们的体验感受[4]。佩雷拉的研究重点关注了在设备互联和数据共享大背景下，情景感知计算的重要性。他们构建了一个框架，旨在应对和控制众多上下文信息[5]。实时把握情况有利于及时调整应对方法，使游客能够更高效率地使用资源，并借助设备之间的协同来实现这一目标。Sebastian的研究还探讨了情绪对参观者互动的影响，这为情景感知系统的设计提供了理论基础，使之更加自然和人性化。研究表明，高度逼真的交互界面能够增强游客的沉浸感和满意度，这一发现为情景感知技术在双语交互中的设计应用提供了支持[6]。

1.3 双语交互设计的前沿研究

随着多语言环境下交互需求的增加，双语交互设计逐渐成为研究的重点。高低语境下的对话式语音交互系统为双语设计提供了新思路。在相关研究中，多语言互动中应用情景感知技术，增强游客体验的流畅性和互动。如Gollagi等的调查表明，具备高语境感知能力的系统能够根据游客的交互状态及参考上下文，及时有效地进行语言切换，从而满足不同语言游客的需求。

情景感知技术在双语交互设计中的应用，强化了系统的智能化水平，使其能够根据使用者的实时状态与反馈，优化交互响应。例如，在物联网环境下，该系统通过智能音箱和移动设备之间的协作，同时支持输出和理解多种语言，为游客提供更加灵活和个性化的互动体验，该技术的发展，不仅推动了智能语音交互领域的进步，也为博物馆等文化场所的双语服务提供了极大的支持[7]。

2 方法与技术

2.1 情景感知技术

情景感知技术将作为核心支撑，利用这种技术对博物馆环境中的游客行为、偏好和情境信息进行深入分析，以实现更智能的交互体验[8]。情景信息的采集、处理和分析为系统的构建提供了基础。

情景信息的采集是通过多种传感器和设备实现的，如温湿度传感器、位置追踪设备及用户终端的互动设备[9]。设备能够实时监测和记录游客的行为情况和感知状态。例如，当游客在秦始皇兵马俑展览区驻足观赏时，蓝牙和WIFI定位技术能够获取他们的实时位置，从而分析出游客对这一历史遗迹的关注程度[10]。

在数据处理和分析方面，通过机器学习算法，系统能够从采集到的数据中提取有价值的信息。关键技术需求主要包括高效的数据传输与存储能力、强大的实时数据处理能力及智能化的推理机制。系统不仅能够识别当前情境，还能根据历史数据构建游客的兴趣模型，实现个性化的内容推荐[11]。例如，如果系统检测到游客多次停留在唐代壁画展区，它会推测游客对唐代艺术有特别兴趣，并据此推荐相关的艺术讲座或特展信息。适应性、智能化、实时性等情景感知技术的典型特征，将使系统随时调整交互策略，使旅游者的个性化需求得到最大程度地满足。

2.2 游客兴趣模型构建

当游客在一件特别精美的唐三彩马前驻足观看时，系统通过分析他的停留时间和通过面部识别技术捕捉观众的情绪反应（如兴奋或好奇的表情），开始构建他的兴趣档案。基于情景感知的数据挖掘与分析，不仅能收集大量游客行为数据，还能通过深入分析数据来构建精确的兴趣模型。

游客行为数据的捕捉与处理涉及多个层面的信息，包括游客的浏览路径、停留时间，以及对各种展品的反应。借助知识挖掘工具，系统能看清数据里的变化和规律。例如，当大量游客在特定展品前长时间观赏时，设备评估展品的人气指数，并在之后的推荐中提高相关信息的权重。除此之外，还运用情感解析手段，对游客在交流环节中所展示的情感与反馈展开深入研究，以便优化个性化服务[12]。

2.3 双语交互系统设计

双语交互系统的设计需兼顾用户体验和技术实现，其系统架构设计是构建高效、灵活的交互系统的基础。这个架构应该包括用户输入层、处理层、输出层，每一层都有弹性和扩展性，这样才能支持交互需求的多样化。在参观过程中，如果这位游客使用的是英文服务，当他对着设备说出“Can you tell me more about this Tang Dynasty pottery”时，系统通过高效的语音识别引擎准确识别出他的请求，并通过自然语言处理技术理解他的需求并提供详细的英文讲解。

在双语环境中，系统需要集成高效的语音识别引擎，以支持中英文的语音输入，并通过自然语言处理技术实现语言理解和响应生成功能。该技术应具备处理语境信息的能力，即根据用户当下的状况和语境，实时适应并切换语音和语言，以实现流畅的对话体验。

模块化设计的访客界面，将提升用户使用体验，提升系统易用性。通过将界面划分为多个独立模块，如展品信息展示模块、语音交互模块和数据反馈模块，系统能够在不同语境下为不同用户提供定制化的服务。比如，游客能够通过交互语音指令，在界面上挑选自己喜欢的展品并获得详细的讲解，电脑也会据此及时对通讯信息进行调整，该模块化设计不仅增强了系统的柔韧性和维护便利性，还为未来的功能拓展及优化创造了稳固的根本。

3 方法与技术

3.1 系统架构

在进行研究的过程中，发现整体系统架构设计是实现智能化交互体验的关键。这一架构需涵盖情景感知、游客互动及数据分析等多个功能模块如图1所示，确保系统的高效性和适应性。

各模块功能描述：数据采集模块负责通过传感器收集环境和旅游者的各种信息，如地点、行为方式和设备使用资料等。数据处理模块运用数据挖掘与分析技术，从采集到的数据中提取出情景特征和用户偏好，并更新兴趣模型。交互模块实现用户与系统的直接互动，包括界面呈现和语音输入功能，确保双语交互的流畅性。推荐模块根据游客的兴趣模型和实时情景数据，智能推荐相关展品和活动。反馈模块收集并分析用户在使用过程中的反馈信息，以优化推荐系统与用户体验。

3.2 情景感知语境与游客的双语服务的应用推荐

在该系统中，情景感知是实现个性化双语服务的基础，涉及情景数据的实时采集与分析，以及基于情景的游客兴趣推荐算法。

系统通过多种传感器（如位置传感器、环境传感器和用户终端）实时采集游客的数据。数据包括游客的运动轨迹、停留时间、与展品的互动情况等。通过将数据与博物馆的展览信息结合，系统能够实时分析游客的行为模式与兴趣点，捕捉到游客的即时情境。例如，当系统检测到某人在某件具体展品前停留的时间较长时，就会推测出这个人对这件展品显示出了浓厚的兴趣。

根据实时采集的情景数据，系统将运用基于情景感知的推荐算法，生成个性化的展品推荐。该方法会在同一时刻考虑客户的需求和环境条件，进而创造出最优的推荐方案。在我国的博物馆中，当游客询问展品详情时，系统会优先推荐与文化背景紧密相关的展品，并附上英文注释，进而满足海外旅客的游览需求。借助这种敏捷的推荐方法，游客将体验到更加合适、专业的待遇，进而优化游览品质。

3.3 双语交互实现

双语交互的实现是整个系统的核心环节，主要通过语音识别与合成模块以及灵活的语言切换机制来增强用户体验。

语音识别技术将作为核心功能，通过深度学习算法处理用户的语音输入。系统需支持中英文语音指令的识别，以确保不同语言用户都能顺利与系统进行互动。语音合成模块则用于将系统的信息反馈转换为自然的语音，提供给用户。还有就是合成语音的音色、语调、语速都要可调，保证能适应不同用户的需求和喜好，以增强自然交互的真实感。

系统设计的语言切换机制需具有智能化和灵活性。当检测到用户的语言偏好时，系统能够自动切换语言。例如，当游客用中文提问时，系统将响应中文信息；若游客用英文提问，则自动切换为英文，灵活的语言切换，既增强了互动的流畅性和自然性，又使系统在满足不同游客需求的多文化环境下，有效地运行起来。

4 应用与测试

4.1 系统部署

在部署执行过程中，系统部署是保证技术有效运转的关键一环。该系统将嵌入到西安博物馆的多个展区和互动空间，以实现全面的服务覆盖。

整个系统将在博物馆的入口、主要展厅、互动体验区及休息区域等核心位置布置。该区域会设置相应的感应器网点、客户的语音信息资讯展示终端以及互动装置，以便与参观者进行数据采集和实时互动。系统的部署还将考虑博物馆的布局和游客的人员流动线，确保数据采集的全面性与有效性。

4.2 游客体验测试

游客体验测试是验证系统有效性和优化用户体验的关键环节，经过精心设计的测试方法与流程，收集数据并进行深入分析。在测试过程中，游客的行为数据，包括使用频率、语音交互次数、反馈信息等，都会使用系统日志记录下来。调查问卷将定量评估游客的满意度、对系统中双语展示的理解效果及互动便利度。收集到的数据将使用统计分析工具进行处理，寻找游客体验中的关键特征和潜在问题。

4.3 结果与讨论

在完成游客体验测试后，将对测试结果进行深入分析，并总结游客的反馈，以提出切实可行的改进建议。

初步测试结果显示，大多数游客对双语交互系统持肯定态度，尤其是年轻游客对系统的互动体验表示满意。然而，数据分析过程中也发现了诸如部分语音识别不准确、界面切换不够流畅等问题，这对用户体验造成了一定影响。例如，在对特定展品的语音请求中，识别错误率高达7.5%。

双语交互设计应引入更先进的语音识别算法和丰富的语料库，提升系统的识别准确率；改善用户界面设计；简化界面的切换步骤，确保语言和信息快速反应，以提升用户体验流畅度；增加内容多样性；丰富双语内容的展现形式，包括音频讲解、设计相关的互动室内游戏，以及环保文化知识的融入，以增强用户对文化的沉浸感。

5 结论与展望

5.1 研究总结

在这项研究中，全文结合情景感知技术与双语交互系统，探讨了提升博物馆参观体验的新方法。

5.1.1 主要贡献与创新点

本文提出了一种新型的交互系统架构，该架构结合了情景感知与双语服务，利用实时数据采集与智能推荐算法，提升了系统的个性化推荐能力。这一创新不仅增强了游客在博物馆的参与体验，还打破了语言障碍，为不同背景的游客提供无缝服务。

5.1.2 系统的实际效果与不足

经过实际部署与用户测试，系统在提高游客满意度方面表现出色。实证数据显示，访客的展品理解率和互动满意度显著提高，尤其在多语言环境中。然而，部分游客反馈系统在特定情境下的语音识别准确性有所不足，导致信息传递时出现延误或误解。界面的流畅性及内容的丰富性仍需进一步完善。

5.2 未来研究方向

本研究为情景感知交互系统的实际应用奠定了基础，未来可从情景感知技术的进一步发展，以及多语种交互系统的优化与扩展等新技术方面探索。未来的研究可以聚焦于如何提升情景感知技术的智能化水平，如利用深度学习算法优化数据处理、增强系统对复杂环境的适应能力。融合虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术，使传统静态展示转变为动态讨论，提高系统的互动性和趣味性，进一步丰富参观者的观展体验。随着国际交流的加深，构建一个支持更多语言的智能交互系统将是重要方向。该系统需要不仅支持双语，还具备多语种的信息处理与自然语言生成的能力。该系统能够引入跨语言学习模型，提供更准确的翻译和信息推荐，满足世界各地不同游客的需求。

参考文献

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