智慧博物馆展陈技术的研究分析 / 陈孝全
陈孝全
深圳博物馆摘 要 技术是推动博物馆发展的重要动力，展览陈列是博物馆发展的重点，本文简要分析并实证举例了在博物馆展览陈列中使用的虚拟现实、3D打印、屏幕与光影、智能动感影院、人工智能等技术，并对五种展陈技术展开应用意见和应用场馆调查分析。在调查中不但对技术应用调查总结了企业观点和观众观点，而且对技术应用场馆调查总结了国内外若干典型场馆的技术应用情况，调查结果可为推行智慧博物馆建设的展览陈列技术升级改造提供参考。
关键词 智慧博物馆 展陈技术 调查分析
0 引言
随着社会的发展， 人民日益增长的美好生活的文化需求促进了博物馆的空前繁荣， 如何让博物馆更加具有吸引力？ 如何让博物馆更有效的实现人类物质文明和非物质文化遗产的保护、研究和传播？这是我们未来发展博物馆事业必须要思考的问题。
1 智慧博物馆概况
智慧城市的发展使智慧博物馆的概念产生，信息的互联、 通信的发展将传统数字博物馆和信息化工程带入新的高度， 同时也促进智慧博物馆的发展演化。 博物馆策展者们将先进的管理手段和黑科技引入到博物馆系统中，将人、物和数据紧密结合，运用大数据、物联网、云计算、移动互联、人工智能等技术融入和深化博物馆的应用，在数字化、信息化的基础上逐渐完善和发展智慧博物馆体系。
自从 2012 年国际信息巨头IBM要将法国卢浮宫打造成第一家智慧博物馆开始， 智慧博物馆的发展风起云涌。 中国国家文物局抓住契机，在2014 年将广东省博物馆、秦始皇帝陵博物院、苏州博物馆等
六家博物馆确定为智慧博物馆试点单位， 助力智慧博物馆发展。 智慧博物馆的发展是一个动态发展的概念，也是一个系统工程。
如图 1 所示， 其将智慧博物馆的重要功能集成于框架下，即实现文物保管、文化研究、陈列展览、教育服务和行政管理于一体，实现博物馆的智慧管理、智慧保护和智慧服务的统一。 智慧博物馆是一个不断完善的过程，在不断完善的过程中，新技术的应用对智慧博物馆的发展扮演着举足轻重的角色， 并成为了智慧博物馆的基础。
2 智慧博物馆五种展陈技术概述
展览陈列是博物馆的最重要功能之一， 也是体现智慧博物馆建设的重要窗口。博物馆陈列展览中，内容是展览的灵魂，而新技术是展览的翅膀，新技术的范围非常广泛，而且种类繁多，对于智慧博物馆展陈新技术而言，至少包括虚拟现实、3D打印、屏幕与光影、智能动感影院、人工智能等技术，以下就这五种技术的具体情况展开论述。
2.1 虚拟现实
虚拟现实是首先在20 世纪 80年代初被美国计
算机科学家提出，涵盖计算机仿真、三维处理、传感器技术、网络系统等多个领域，模拟出的虚拟世界极具真实感，其最大的特征是“3I 特性”，即交互性（Interaction ）、想象性（ Imagination ）和沉浸感（ Immersion）。
虚拟现实的发展为博物馆的发展提供了很多机会与挑战， 计算机巨头 IBM 公司早在 2008 年就和故宫博物院展开合作，打造出3D“虚拟紫禁城”的虚拟漫游系统， 让观众在世界任何一个有网络的角落也能游览故宫，领略故宫蕴含的精华与文化，自此成为各大博物馆，特别是遗址博物馆仿效的典型对象。今天，虚拟现实正在向纵深方向发展，并衍生出增强现实、混合现实等分支，使冰冷的文物“活”起来，并配备视频、声音、图片等内容输出，全方位冲击博物馆观众的身心感知。
2.2 3D 打印
3D打印的实质是通过不断将各种特殊打印材料，逐层打印来构造目标物体。自20 世纪 80 年代第一台 3D打印机出现，其已成为引导行业流行、创新发展方向的重大技术。 据权威报告显示，2018 年 3D打印产业的规模是 96.8 亿美元，2020 年将达到 158
亿，2024 年则飙升至 356 亿美元。
我国也高度重视3D打印发展，将其纳入“中国制造 2025”等战略发展计划中，未来博物馆的发展必然离不开3D 打印。 采用高新科学技术成果保护文物是未来的发展方向， 而 3D打印是未来文物保护的典型应用。 例如：对于文物信息的采集和复制，特别是对于残缺的珍贵文物， 可通过先进的3D 扫描、3D 建模和3D打印获取文物的精确3D 数据，从而实现精确完美的修复。 部分珍贵文物因为安保问题等无法在博物馆展厅进行展览， 则可采用先进的3D打印技术进行成品复制后展出。 目前 3D打印技术应用最广泛的耗材是工程塑料， 包括高分子材料PLA 树脂、PCL 树脂、光敏树脂等。
2017 年， 全球首家以3D打印为主题的博物馆在上海市宝山区建成开馆， 精美的展品令观众真实地感受到文化创意与高科技的高度融合， 也极大地推动了3D打印技术在博物馆的发展。
2.3 屏幕与光影
当今博物馆多媒体展示的方式多种多样， 最普遍的是触摸屏、电视机、广告机、导览器，但随着技术的发展和革新， 常规的展示方式也在不断地进步和
变化。比如播放视频和音频，由原来的显像管电视演化到液晶电视和触摸屏， 由于液晶电视在使用场景上存在局限性， 又发展出新颖的LED 电子显示屏、OLED弧形屏、工程激光投影等多媒体设备，应用效果受到广泛好评。
液晶显示器 LCD是利用固态和液态的透光率对光线的调制实现显示。 LED显示屏主要通过发光二极管进行显示，具有绿色节能、亮度高、使用安全、使用寿命长、安装方便等特点，致使应用场合异常广泛。 深圳博物馆的各个场馆安装了若干的LED 屏幕，面积从几平米到一百多平米，点间距从 10 mm到接近1 MM，在亮度、显示效果等都表现优异，LED是博物馆展览陈列必不可少的一种多媒体配套显示装置。 在 1979 年已被发现的 OLED 则是有机发光二极管的缩写，能自发光，屏幕具有弯曲的性能，为弧形的显示屏提供了理想的解决方案。
Micro LED 是新一代的显示技术， 是普通的LED 面板的缩小版，对比现有 OLED 技术，可实现发光效率更好、亮度更高、功耗更低的性能，为博物馆的展览陈列提供一条新的技术渠道。 工程投影则由原来的高压汞灯发展而成先进的激光工程投影，激光投影的光源寿命可达 20 000 h 以上， 保障了投影的工作时间和使用寿命，降低了系统维保的成本，使用更加稳定可靠。 在深圳改革开放展览馆现场使用了 12 台 20 000 流明的激光投影机打造的多媒体艺术长卷的展项，投影面积达 500 m2 以上，宏大先进的展示手段给观众带来全新的光影体验。 此外屏幕与光影技术至少还包括：异形拼接、多折幕、全息应用、3D mapping 等运用硬件和软件融汇结合的展示技术， 为博物馆的展览展示提供了更广泛的展示方向和展示选择。
2.4智能动感影院
4D动感影院则源自传统的3D 影院，属于特种影院。 4D动感影院是在3D电影基础上增加特效座椅等特效设备，并根据影片的情节设计出烟、雾、雨、闪电、雪花、气泡、气味、搔腿、搔颈等各种特效，将观众带入一个充满光影变幻的特效虚拟场景之中，目的是充分调度观众的视觉、触觉、嗅觉等感官，让观众产生身临其境的感觉。 目前，4D动感影院已成为大型博物馆和科技馆的标配， 也是博物馆给观众留下深刻印象的重要场景。 一个 4D动感影院至少由播放系统、投影系统、银幕系统、运动平台、音响系统、立体眼镜、环境特效等构成，每一部分的发展都影响着系统的整体效果。
球幕影院是20 世纪 70年代开始出现的一种特种影院。拍摄及放映均采用超广角鱼眼镜头，观影厅为圆顶式结构，银幕多采用半球形式，以此来扩大沉浸效果。 球幕影院原来一直采用胶片系统，在 2003年，世界上推出了第一套数字球幕影院，标志着数字球幕影院系统的开始。 因为球幕影院具有悬挂在半空，似球罩形式的银幕，并可兼容天文效果展示。 因此，在许多国家和地区建设博物馆和科技场馆时，已作为一个重点建设的形式考虑。相对 4D 动感影院，球幕影院具有更深的沉浸感，更大的技术难度，可同时兼有天象演示、图形数据、科学可视化、虚拟漫游、“云”计算等先进功能。 目前国内的典型案例是中国科学技术馆球幕影院， 其采用世界顶级 True8k Digistar 6 数字球幕系统， 配备 10台大流明激光工程投影机， 球幕直径居世界前列， 配合极高的清晰度、对比度、亮度等投影效果参数，极大的增加了现场沉浸感和娱乐性。
2.5 人工智能
人工智能是令机器能像人类一样拥有智慧，会思考的技术。现在，人工智能已经能击败人类世界围棋冠军， 并且其发展已上升到国家发展战略高度。2017年国务院发布了《新一代人工智能发展规划》，加快布局新一代人工智能创新发展， 为国家未来发展提供源源不断的动力。 人工智能的发展为智慧博物馆新阶段的发展提供新机遇。
人工智能的发展将使智慧博物馆的展品陈列、文物研究、观众服务等发生根本性的变化，通过引入人工智能的机器学习和深度学习，对观众与博物馆关联的研究数据进行训练处理， 通过算法模型对数据进行分析判断，并识别出数据的适用模式，同时做出预测判断。 强大的人工智能的发展方向和模式对博物馆的作用也得到了美国博物馆协会的认同，人工智能将是未来博物馆发展的最重大的趋势之一，人工智能将使智慧博物馆发展出新的高度。
2018 年，湖北省博物馆使用“讲解机器人”为观众导览讲解镇馆之宝“元青花四爱图梅瓶”，并智慧
回答观众问题，即时令其成为了网红。 在 2018 年国际博物馆日，国家文物局和百度公司联合发布了“用科技传承文明：AI博物馆计划”的项目研究成果。当用手机对文物拍一张照片，就能让文物“开口说话”。这实际上是通过智能识别出图形的文物信息， 并采用语音和图形技术播放文物相关信息， 至少能在功能上取代以往的语音导览设备。此外，此计划也包含了智慧搜索、图形识别、机器翻译、人工智能教育等等。 例如其中一个功能：机器翻译，该功能如果遇到外国游客， 能将介绍页面自动转换成外国游客习惯的语言环境，而且如果外国游客想互动了解更多，百度公司的虚拟机器人亦能为客人提供互动对话服务，让客人更深入的了解文物具体信息。
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五种展陈技术应用调查分析
五种展陈技术的应用是为展览陈列服务， 而展览陈列服务的对象则是广大观众， 下面将对五种展陈新技术应用意见和应用场馆的调查情况展开分析。
3.1 展陈技术应用意见
为了解新技术发展和博物馆关系， 以下通过电话访问、现场访问和网络访问等形式，对 8 家企业和66名观众进行采访，整理出技术企业观点和观众观点。
如表1 所示， 观众观点主要表现为观众的直观感受，包括新技术应用的优势和实际存在的不足，也有观点包含对技术的应用期望。 对于技术的应用效果，由于新技术对他们认知的创意性、娱乐性、教育性等带来的冲击，所以给他们留下深刻印象，也从绝大部分观众反馈满意的调查情况不难看出。 从调查情况看，影院是比较受欢迎的博物馆展览项目，两种影院的观众量大，排队时间长，观众对两种影院的反馈意见描述量最大。 企业观点是从事相关技术的企业立足于博物馆， 对技术现状发展和技术要求做出的评价，具有一定专业性，也能为博物馆工作人员把握博物馆的发展方向提供一定的参考价值。
这五种展陈技术都有利于推动智慧博物馆的发展，但如果打造有特色的智慧博物馆，则需要进行更深入的研究考察。 每一种技术，都是一个领域，以人工智能为例， 深圳改革开放展览馆开馆前曾经设想以机器人作为亮点打造特色功能， 但经过对科技企业和市场产品的考察后， 得出结果为现时机器人主要处理形式为语音识别应答操作， 机器人行为动作简单，行动迟缓，行动路线单一，与真正的人类相差很远，最后迫使深圳改革开放展览馆放弃了初衷。这一例子也从侧面说明人工智能技术尚未成熟， 智慧博物馆的展陈发展之路还很长。
3.2 展陈技术的场馆应用
如表 2 所示， 本文采用现场考察和调查访问的形式，对国内外 11个博物馆和科学馆的上述展陈新技术的使用进行了应用分析。其中，V表示曾经或正在使用该项技术，X表示没有或较少使用该项技术， *表示至少网站不具有漫游功能的虚拟展览。 结果显示，各大场馆新技术应用中，虚拟现实占 81.82%， 3D 打印占 45.45%， 屏幕光影占 100%，4D 影院占27.27%，球幕影院占 27.27%，人工智能为 0。 依照比例数据大小排列为： 屏幕光影＞虚拟现实＞3D 打印＞4D影院＞人工智能。
由表 2 可知， 实际上虚拟现实等技术在国内场馆应用已相当普遍，包括虚拟场馆漫游和佩戴VR头盔等应用。 3D打印技术在国家级的场馆应用较多，省级或市级应用较少。 各种酷炫的屏幕光影技术应用最为普通和普遍，种类品牌价格从低端到高端一应俱全， 表中11个场馆无论国内国外皆采用了此项技术。 4D影院和球幕影院在国家级博物馆有应用，在省级和市级博物馆较少应用，但在科学馆的应用却较为普遍。人工智能技术因为涉及的技术复杂，实现难度高，在博物馆和科学馆的成功应用较少，更不具备大规模应用的场景，但一定是未来发展的重点方向。
对于展陈技术在博物馆上的应用， 因为不同地区和级别的博物馆存在较大差异，包括馆藏文物、布展资金、参观观众、科研力量等等，建议在智慧博物馆框架上进行统一管理。 如虚拟现实技术实现展陈投资规模不大， 可结合内容进行精细化跟进；3D打印技术可进行主题互动设计和文创产品开发； 屏幕与光影技术运用广泛，宜与时俱进，结合最新产品和技术开展才更能令观众留下深刻印象；4D影院和球幕影院在科技馆应用较多， 但博物馆的科学文化教育推广不应落后于科技馆， 并且未来博物馆的人工智能技术发展将更具代表性。
4 结语
本文对智慧博物馆和五种展陈技术应用展开研究分析，并对结果作了分析比价和概括总结，主要目的是研究智慧博物馆的发展， 找寻新技术对世界范围内博物馆系统的影响，发掘其中的内在联系，推动博物馆展览陈列的创新。 每一种创新技术的成功应用都是多项技术交叉发展的结果， 比如智能动感影院里包含了先进的屏幕与光影、虚拟现实技术。新技术只有在具体的应用场景解决实际问题， 才能得到更有效的发挥。 技术的发展同时能够深化智慧博物馆的概念，让博物馆展陈更智慧性、科学性和多样化地为广大观众服务， 也为博物馆的管理和研究发挥更大作用。
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（2020-02-02 收稿，2020-04-06 修回）
Investigation and analysis of technology in the exhibition of the wisdom museum// chen xiaoquan Author's Address Shenzhen museum, e-mail: 385348088@qq.com.
Abstract Technology is an important driving force to promote the development of museums, exhibition and display is the focus of museum development, this paper briefly analyzes and empirically gives examples of the five new technologies used in museum exhibition display, and the five kinds of exhibition technology to carry out technology application advice and technology application venue survey and analysis. in the survey, not only the survey of technology application summarizes the view points of enterprises and audience, but also summarizes the application of new technologies in some typical venues at home and abroad, and the results of the survey can provide a reference for the upgrading of exhibition and display technology to carry out the construction of smart museums. Keywords wisdom museum, exhibition technology, survey analysis