王珊

摘要：近年來(lái)，科普展示逐漸成為新時(shí)代科普教育的重要形式之一，以科學(xué)普及為目的的展覽也層出不求，在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，數(shù)字化手段越來(lái)越多地運(yùn)用在科普展示中。文章將體感交互技術(shù)與科普展示設(shè)計(jì)合理結(jié)合，為用戶營(yíng)造互動(dòng)科普體驗(yàn)環(huán)境。針對(duì)體感交互的概念特點(diǎn)，通過(guò)文獻(xiàn)分析和市場(chǎng)調(diào)研，探究了體感交互在科普展示空間中的設(shè)計(jì)理念，提出科普展示空間中體感交互設(shè)計(jì)的應(yīng)用原則并進(jìn)行實(shí)際案例開(kāi)發(fā)。在交互邏輯構(gòu)建合理的前提下，開(kāi)發(fā)以中國(guó)傳統(tǒng)文化為背景的《萬(wàn)物有靈》體感交互裝置，為用戶提供了更直觀、簡(jiǎn)單的交互式科普環(huán)境。為中國(guó)傳統(tǒng)文化的科普信息化之路提供了思考方向，也為后續(xù)交互語(yǔ)境下的科普展示的研究提供了有益建議。

關(guān)鍵詞：體感交互 科普展示 用戶體驗(yàn) 傳統(tǒng)文化 交互設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TB47

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069 （2020） 04-0032-03

引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，科普形式在不斷謀求新的發(fā)展，科普展示成為新的科普教育媒介平臺(tái)，它不僅在傳遞公共文化信息和商業(yè)信息發(fā)揮著重要作用[1]，也借助人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)將多種多樣的交互形式融入到科普教育當(dāng)中。隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，人機(jī)交互方式也從鍵盤鼠標(biāo)等觸控式實(shí)體交互向手勢(shì)、動(dòng)作、表情、運(yùn)動(dòng)、語(yǔ)音等體感交互方式轉(zhuǎn)變，用戶可以通過(guò)言語(yǔ)、肢體動(dòng)作和臉部表情與計(jì)算機(jī)發(fā)生自然而然的交互。體感交互技術(shù)在國(guó)內(nèi)教育應(yīng)用研究開(kāi)始于《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，掀起了教育信息化理論、技術(shù)與應(yīng)用三領(lǐng)域的研究浪潮。文章認(rèn)為，將體感交互技術(shù)合理地應(yīng)用于科普展示領(lǐng)域?qū)O大地提高觀展者的積極性與科普效果，營(yíng)造更有趣的科普環(huán)境，但在目前的科普教育研究中，不少學(xué)者將注意力集中于對(duì)科學(xué)技術(shù)、天文地理等內(nèi)容的科普，缺乏對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)文化如何普及的研究，因此，如何合理利用交互技術(shù)打造優(yōu)質(zhì)內(nèi)容，營(yíng)造有趣的科普體驗(yàn)環(huán)境，傳播普及優(yōu)秀的中國(guó)傳統(tǒng)文化是目前需要解決的問(wèn)題。

一、體感交互概述

（一）體感交互概念：體感交互是計(jì)算機(jī)通過(guò)捕捉用戶的動(dòng)作來(lái)獲取命令，通過(guò)算法給予用戶可視化反饋的一項(xiàng)技術(shù)，用戶可以更加自然地與展品進(jìn)行互動(dòng)，自主接收有效信息。

體感交互主要分為硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)兩大部分，其中硬件設(shè)備主要包括以Kinect、Arduino、Leap motion[2]等為主的傳感器、RGB攝像頭[3]以及各類聲音、動(dòng)作捕捉設(shè)備;軟件系統(tǒng)主要是接收處理從硬件設(shè)備傳輸?shù)挠脩粜畔?，向用戶傳遞出連續(xù)穩(wěn)定反饋的計(jì)算機(jī)程序。

（二）應(yīng)用于科普展示空間的體感交互形式：如今在科普展示空間中，體感交互設(shè)計(jì)按照交互方式劃分主要分為三個(gè)類型：觸控型模式、體驗(yàn)型模式和沉浸型模式。

首先，觸控型交互展示模式是利用傳感器等硬件設(shè)備對(duì)用戶動(dòng)作、手勢(shì)進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)用戶與展品之間的交流。例如在科技館、博覽會(huì)或其他教育科普展示平臺(tái)中，這種交互展示模式可以令用戶自主獲取有效科普內(nèi)容。其次，體驗(yàn)型交互展示模式主要是利用全息影像與異面投影等手段為用戶營(yíng)造現(xiàn)區(qū)別于實(shí)生活的體驗(yàn)環(huán)境，使用戶在不借助頭戴設(shè)備的情況下也能立體地感受科普內(nèi)容。最后，沉浸型交互展示模式是利用外接設(shè)備、燈光、音效以及場(chǎng)景搭建營(yíng)造一個(gè)完整的科普空間，展示場(chǎng)景可跟隨用戶的動(dòng)作反饋發(fā)生相應(yīng)變化，使用戶參與到科普環(huán)境中，例如日本teamLab[4]設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)打造的脫離時(shí)間空間限制的虛擬互動(dòng)場(chǎng)景《花舞森林》。

二、體感交互技術(shù)在科普展示空間中的設(shè)計(jì)理念

體感交互式科普展示的核心在于“交互”，在展示空間中進(jìn)行交互設(shè)計(jì)需要滿足以下幾個(gè)前提：

其一是交互設(shè)計(jì)項(xiàng)目要為科普主體服務(wù)，不能重互動(dòng)技術(shù)而忽略內(nèi)容。當(dāng)同一科普主體下互動(dòng)形式過(guò)多時(shí)，用戶會(huì)因?yàn)轶w驗(yàn)操作頻繁而產(chǎn)生倦怠情緒從而降低參與熱情。

其二是要符合用戶體驗(yàn)心理需求。根據(jù)馬斯洛需求層次需求分析中所提到的觀點(diǎn)：當(dāng)用戶某一層次的需要相對(duì)滿足了，就會(huì)追求更高一層次的需要[5]。因此在展覽中，交互設(shè)計(jì)也要注重在滿足形式上的感官刺激需求后向滿足感性層面的情感需求轉(zhuǎn)變，最大限度地利用體感交互技術(shù)將用戶融入到展覽當(dāng)中。

其三是注重營(yíng)造多維體驗(yàn)環(huán)境，結(jié)合用戶的感受與周圍環(huán)境的關(guān)系，營(yíng)造多維體驗(yàn)環(huán)境。

其四是建立合理的動(dòng)作邏輯，由于人和機(jī)器成功交互的根本限制在于缺乏共同立場(chǎng)[6]，所以在構(gòu)思體感交互的動(dòng)作邏輯的過(guò)程中需要避免以下兩個(gè)方面：1.與現(xiàn)實(shí)環(huán)境體驗(yàn)過(guò)于相似。如果作品的動(dòng)作邏輯過(guò)于常規(guī)化，甚至與現(xiàn)實(shí)生活中的體驗(yàn)并無(wú)差別，那么體感交互就不能給予用戶趣味感的提升，甚至成為體驗(yàn)行為本身的負(fù)擔(dān)。2.強(qiáng)行建立人機(jī)動(dòng)作邏輯。當(dāng)為了展現(xiàn)體感交互的新奇性，將用戶與反饋之間強(qiáng)行建立動(dòng)作聯(lián)系將難以達(dá)到良好的科普效果，用戶的體驗(yàn)過(guò)程也會(huì)感到無(wú)聊。例如體感交互作品《雨屋》（如圖1），構(gòu)建了一個(gè)淋雨而不濕身的體驗(yàn)環(huán)境，用來(lái)科普自然規(guī)律與環(huán)境保護(hù)等方面的知識(shí)。作品內(nèi)容雖簡(jiǎn)單，但它不僅將用戶從現(xiàn)實(shí)生活的體驗(yàn)中帶離出來(lái)，又建立了一個(gè)十分巧妙的動(dòng)作邏輯。下雨天不打傘會(huì)淋濕是每個(gè)人都明白的常識(shí)，而《雨屋》便將這一傳統(tǒng)想法翻轉(zhuǎn)，帶用戶進(jìn)入_個(gè)下雨時(shí)不打傘也不會(huì)被淋濕的神奇世界。所有復(fù)雜的技術(shù)——例如追蹤系統(tǒng)和水循環(huán)等全部自然而然地退后被隱藏了，而裸露出來(lái)的只有最簡(jiǎn)單最迷人的一點(diǎn)——日常認(rèn)知的行為邏輯，被輕巧地顛覆了。

三、科普展示中的交互設(shè)計(jì)原則

（一）互動(dòng)機(jī)制易懂：用戶在參觀過(guò)程中的停留時(shí)間是十分有限的，在有限時(shí)間內(nèi)，互動(dòng)項(xiàng)目的易學(xué)性就顯得十分重要。例如需要用戶移動(dòng)手臂獲取信息，那么場(chǎng)景當(dāng)中就需要有明顯卻又不突兀的提示來(lái)引導(dǎo)其進(jìn)行交互體驗(yàn)。

（二）交互模式簡(jiǎn)潔：在交互體驗(yàn)的過(guò)程中，用戶獲取的信息可以是十分豐富的，但從操作層面來(lái)說(shuō)則越簡(jiǎn)單越精煉越佳。用戶在觀展過(guò)程中，其目的是為了更好地獲取展覽信息，了解作品蘊(yùn)藏的內(nèi)涵，所以在操作層面應(yīng)該做到交互方式輕松簡(jiǎn)單、給予用戶的反饋及時(shí)。

互動(dòng)二：感知真我與虛我之間的關(guān)聯(lián)和影響。

畫面以黑色背景表現(xiàn)厚重的空間感，粒子元素則以高明度、高純度的顏色設(shè)計(jì)呈現(xiàn)強(qiáng)烈對(duì)比。此外，同一畫面、同一時(shí)段范圍內(nèi)，空間中粒子顏色利用對(duì)比色或鄰近色相搭配，使得畫面沖擊力與和諧感并存，給用戶帶來(lái)奇妙的視覺(jué)體驗(yàn)。當(dāng)用戶站在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)時(shí)，粒子世界中飄浮的方塊將匯聚成人形，用戶通過(guò)揮動(dòng)手臂控制場(chǎng)景內(nèi)方塊運(yùn)動(dòng)方向形成唯—且獨(dú)特的粒子動(dòng)畫，如圖6、7。

為了使畫面視覺(jué)效果更為夢(mèng)幻，為場(chǎng)景內(nèi)的粒子添加了例如“自動(dòng)發(fā)光”、“鏡反射”等特效。當(dāng)系統(tǒng)處于“互動(dòng)狀態(tài)”時(shí)，除附著在用戶身上的粒子外，空間中所有飄浮的粒子，均受到向上的作用力，粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡由初始狀態(tài)，呈上升趨勢(shì)飄浮在空間中。當(dāng)系統(tǒng)處于“展示狀態(tài)”時(shí)，空間中只有部分粒子向上飄浮，另一部分粒子則匯聚成預(yù)設(shè)的模型圖案。兩個(gè)狀態(tài)的設(shè)計(jì)不僅提高了視覺(jué)感情表達(dá)的價(jià)值，而且也使整個(gè)圖像的呈現(xiàn)不再停滯，顯示了空間流動(dòng)的意義，營(yíng)造的視覺(jué)效果更活躍有趣。

在粒子元素的設(shè)計(jì)方面，采用花、水、幾何粒子等表現(xiàn)形式，注重色彩與空間的動(dòng)態(tài)和諧，視覺(jué)整體性強(qiáng)。元素還應(yīng)用了多種反射效果，能夠?yàn)榛?dòng)畫面增添極大的奇幻感與絢麗感，如圖8、9。

在配樂(lè)的設(shè)計(jì)方面，背景音樂(lè)選擇空靈、靜謐氣氛音樂(lè)，從聽(tīng)覺(jué)上促進(jìn)用戶更專注地沉浸到太極文化的藝術(shù)互動(dòng)之中，促進(jìn)用戶對(duì)自我、宇宙、萬(wàn)物進(jìn)行一定的哲學(xué)性思考。

為了營(yíng)造沉浸感更強(qiáng)的展示情境，Kinect設(shè)備的最佳互動(dòng)距離是在1.2～3.5m之間，為了讓用戶獲取最佳的互動(dòng)體驗(yàn)，需在檢測(cè)區(qū)內(nèi)設(shè)置最佳體驗(yàn)區(qū)的提示，—次典型的體驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)大約為2到3分鐘。在環(huán)境營(yíng)造方面，互動(dòng)屏幕的周圍可以用作品元素為裝飾進(jìn)行場(chǎng)景搭建，增強(qiáng)用戶的視覺(jué)延續(xù)性，達(dá)到最優(yōu)的互動(dòng)體驗(yàn)。

（五）展望應(yīng)用前景：目前的文化類科普交互展項(xiàng)缺乏帶給用戶一定深度思考的交互內(nèi)容，同時(shí)也缺乏新穎、便捷的交互形式。本作品基于體感檢測(cè)技術(shù)和太極文化設(shè)計(jì)而成的體感互動(dòng)裝置《萬(wàn)物之靈》可以應(yīng)用在各類公共場(chǎng)合，如作為哲理性交互項(xiàng)目應(yīng)用于傳統(tǒng)文化展會(huì)，或作為商業(yè)性文化科普大屏交互項(xiàng)目應(yīng)用于其他公共空間，既可以滿足展會(huì)及商戶吸引人群、延長(zhǎng)關(guān)注時(shí)間等需求，還可以促進(jìn)傳統(tǒng)文化的普及，激發(fā)用戶對(duì)道教文化、太極文化的興趣，引發(fā)一定的哲學(xué)思考，具有較好的應(yīng)用前景。

結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段體感交互設(shè)計(jì)在科普展示空間的應(yīng)用逐漸增多，但好的體感交互體驗(yàn)不僅需要與科普內(nèi)容融合，還需要時(shí)刻考慮到用戶需求，增加了用戶與展品間的互動(dòng)性與可能性。文章提出體感交互技術(shù)在科普展示領(lǐng)域應(yīng)用原則后進(jìn)行實(shí)際案例開(kāi)發(fā)，為中國(guó)傳統(tǒng)文化的科普信息化之路提供了思考方向，也為后續(xù)交互語(yǔ)境下的科普展示的研究提供了新的思路。

基金名稱：北京工業(yè)大學(xué)第16屆研究生科技基金基金編號(hào)：ykj-2017-00858。

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