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編輯推薦： 近年来，随着时代的发展和数字技术的进步，文化艺术的展示和传承拥有了更多的方式和渠道，数字技术在交互展示领域正发挥着越来越重要和不可替代的作用，虚拟与现实已经成为艺术展示的两个重要途径，本书从理论到实践全面地讲解了数字交互展示艺术的发展现状，剖析了大量的典型案例，并解构了其制作过程，目的是方便读者参考和实践。该书对于数字艺术的教学与实践均具有很强的指导意义和学术价值，是一本值得数字技术研究人员以及老师学生研读和参考的著作。 內容簡介： 本书主要内容是介绍了时下热门的数字交互展示艺术的内涵和技术实现路径。从理论和实践两方面着手，分析和阐释了数字交互展示的表现基础和应用方法。提供多个应用实例的实践经验，为想了解数字交互展示艺术实现细节的人群提供参考。 關於作者： 崔晋，副教授，男，1984年11月生，南京溧水人。现任江苏大学艺术学院数字媒体与动画系主任，江苏省高等学校动画与数字媒体艺术教学指导委员会委员，镇江市设计艺术家协会会员。 张文，女，讲师，1984年3月生，江苏镇江人。现就职于江苏大学艺术学院数字媒体与动画系，镇江市设计艺术家协会会员，江大非遗传承研修班特聘教师。 目錄： 第一章 线上数字交互展示艺术概述及案例分析 第一节 线上数字交互展示概念、分类及前景展望 3 第二节 国内线上数字交互展示概述 8 第三节 国外线上数字交互展示艺术概述 13 第四节 线上数字交互展示类型及展示方式 17 第二章 线下数字交互展示概述及案例分析 第一节 线下数字交互展示的发展及应用现状 21 第二节 线下数字交互展示设计的基本原理 24 第三节 博物馆交互展示中案例分析 29 第三章 数字交互展示创建基础 第一节 数字交互展示三维场景及展品创建 40 第二节 数字交互展示三维材质贴图基础 53 第三节 maya 灯光烘焙基础（西津渡古建筑、昭关石塔） 81 第四章 数字交互展示软件应用基础 第一节 unity3d 基础 84 第二节 playmaker 可视化编程基础 109 第五章 镇江博物馆线上数字交互展示实施 第一节 数字展示前期准备（镇江博物馆数字交互展示） 143 第二节 数字展示场景及展品创建 149 第三节 镇江博物馆数字展示材质贴图 192 第四节 导入unity3d 进行互动展示制作 208 第五节 作品发布 235 第六章 太平泥叫叫线下数字交互展示实施 第一节 太平泥叫叫的历史 239 第二节 太平泥叫叫增强现实交互展示设计 240 第三节 增强现实交互展示实施过程 241 后 记 內容試閱： 近年来，随着时代的发展和数字技术的进步，文化艺术的展示和传承拥有了更多的方式和渠道，数字技术在交互展示领域正发挥着越来越重要和不可替代的作用，虚拟与现实已经成为艺术展示的两个重要途径，如何用新技术更好的将传统文化呈现和表达出来，是数字展示领域亟需探讨的问题，已经成为该领域的一个热点关注方向。崔晋和张文老师从事数字媒体专业教学工作多年，制作了丰富的案例，积累了大量的经验。近期，有幸拜读了本书的原稿，作者从理论到实践全面地讲解了数字交互展示艺术的发展现状，剖析了大量的典型案例，并解构了其制作过程，目的是方便读者参考和实践。该书对于数字艺术的教学与实践均具有很强的指导意义和学术价值，是一本值得数字技术研究人员以及老师学生研读和参考的著作。 孙建中教授（江苏大学生物质能源研究所所长，特聘教授，博导；美国华盛顿州立大学兼职教授） 第一章 线上数字交互展示艺术概述及案例分析 随着计算机硬件显示技术和三维游戏引擎的迅猛发展，基于线上数字交互展示技术的发展也是日新月异，其制作软件从早期virtools到如今到的unity3d、quest3d， 制作门槛变低，越来越多的人加入到交互展示的制作团队中来。如今只要有网络覆盖的地方都可以随时访问线上数字交互作品，基本实现坐在家中轻点鼠标，就可 参观卢浮宫里那些世界级的精美艺术品，去看看南美印加帝国马丘比丘遗址、甚至可以看到当年意大利庞贝古城在岩浆吞没前的生活画面，也可以从耸立着自由女 神像的纽约曼哈顿岛上的瞬间切回到中国云南的丽江古城。在填入相关的人体数据后人们可以在线试穿各种款式的衣服鞋子，在线多角度学习和体验汽车、照相机 等工业产品的各项功能，你还可以穿越回中国的清代，扮演某位宫女或太监在北京的紫禁城里看皇帝办公。 在互联网技术应用的不断深入及网络带宽加速扩展的大背景下，各种基于互联网的数字应用概念层出不穷，云计算、云存储、数字城市、大数据这些新兴的数字概念也给线上数字交互展示提供了良好的拓展空间。 第一节?线上数字交互展示概念、分类及前景展望 线上数字交互展示是基于现代发达的互联网技术对相关展示对象进行在线交互式展示，参观者在参观互动展示时不受时间和空间的约束，与展品全方位互动，达到了解展示对象的目的。因其具有某些现实展示中不具有的互动功能，其展示效果接近或超越现实展示。线上数字交互展示根据其展示对象的不同大致可分为：①虚拟景点旅游及环境景观展示；②网络虚拟博物馆；③历史文化遗产及考古发掘虚拟展示；④产品在线体验等。 一、虚拟景点旅游及环境景观展示 旅游业目前已经发展成为大旅游业，成为国家绿色支柱产业，虚拟旅游对于发展智慧城市，智慧旅游有着非常重要的意义，2012年5月25日新华社消息，国家旅游局为积极引导和推动全国智慧旅游发展，北京等18个城市成为首批国家智慧旅游试点城市。国家旅游局有关负责人表示，为贯彻落实《国务院关于加快发展旅游业的意见》精神，积极引导和推动全国智慧旅游发展，在自愿申报和综合评价的基础上，经认真研究和遴选，确定18个国家智慧旅游试点城市包括北京市、武汉市、成都市、南京市、福州市、大连市、厦门市、苏州市、黄山市、温州市、烟台市、洛阳市、无锡市、常州市、南通市、扬州市、镇江市、武夷山市。从相关新闻中不难看到未来智慧城市的发展中智慧旅游、虚拟旅游有着很大的发展空间，相关技术在未来也会有较大的应用前景。 环境景观展示依托国家目前的支柱产业房地产的高速发展，发展前景也极为可观。环境景观展示可以在线展示小区楼盘环境、户型房间结构，以及装修效果，参观者甚至自己可以在线装修，在在线家具库或装修材料库中拉动自己感兴趣的家具材料放置在虚拟房间中，直接生成装修效果图。 二、网络虚拟博物馆 网络虚拟博物馆作为实体博物馆在网络上的替身，突破了传统博物馆的许多发展瓶颈，它可以不受时间和空间的限制，自由地展示古代精美的文化艺术品。虚拟博物馆摆脱了传统意义上博物馆所必需的建筑、陈列及参观时间等条件的制约，使任何人在任何时间、任何地点都能够获取所需的可移动文物和不可移动文物信息（徐士进，2007），使得中国传统文化的传播借助于网络得到极大扩展空间。同时参观者还可以和展品进行互动，加深对展品的认识。如参观古代陶瓷精品时可以在线体验古人在制陶时的情景，甚至可以结合游戏手法来参与制作陶瓷作品，最终根据完成的作品难度来确定得分和是否通关。目前国内外对虚拟博物馆的研究已经取得了一定的成果，在网络上可访问的虚拟博物馆也越来越多，许多知名的实体博物馆在网络上均建有自己的虚拟博物馆，如美国纽约的大都会艺术博物馆、法国罗浮宫博物馆、荷兰阿姆斯特丹凡高博物馆等。 三、历史文化遗产及考古发掘虚拟展示 线上数字交互展示在保护和推广历史文化遗产方面也有着巨大的应用价值，中国是一个历经五千年悠久历史的文明古国，有着众多的历史文化遗产，全国拥有40万处文物古迹保护点，有6000多处国家级、省、自治区、直辖市级文物保护单位，其中国家级一千多处，但是在经济建设高速发展的今天，发展与保护的矛盾日益突出，如何传承和保护这些文化遗产的是目前极为重要的任务之一。一方面随着时间的推移，相关遗产遭受到的自然侵蚀也越来越重，另一方面自然灾害也在不断改变着文化遗产的本来面目。利用三维虚拟技术对相关遗产的保护变得越来越迫切。在文化遗产推广普及方面借助网络传播优势，让中国传统文化通过文化遗产这个载体传播到世界的每个地方。 考古发掘现场保护是考古发掘中非常重要的工作，一般通过现场测绘和拍照等形式来保存现场资料，随着发掘工作的完成，发掘现场也会逐渐消失，利用三维扫描技术高清贴图技术还原发掘现场，对于日后研究工作有着重要的价值，特别是没有机会接触到发掘现场的研究人员以及大量的考古爱好者有机会通过数字虚拟展示这种形式来继续研究或感受出土文物的发掘环境［1］。 四、产品在线体验 产品在线体验也是线上数字交互展示主要的应用领域，在产品推广和销售中起到一定的辅助作用，它能够增强消费者对产品的直观体验，促进购买欲望。通过线上数 字交互展示你可以在线选定某款汽车，查看汽车外观和内饰，如果不满意你可以更换汽车的车身颜色和内饰小部件，你可以坐到汽车里去体验该款汽车的驾驶性能，在虚拟的城市道路上兜风，一切不用去4s店，你能接触到几乎你感兴趣的所有汽车并体验驾驶的乐趣。 五、在线互动媒体艺术 当代艺术特别是多媒体装置艺术与网络技术的融合越来越密切，互动艺术家借助网络可以扩大自己的受众群体，让那些没有机会去展示现场观看作品的人通过网络与艺术家交流，目前国内在线互动艺术还不成熟，相关的理论研究也没有展开。 展望在线数字交互展示艺术前景，虽然各个国家在的支持力度和发展规模各不相同，但是有一点是许多相关专家所认同的，那就是基于AR、VR技术的交互展示，人们正从早期的看电视、电影、书报等单向交流活动转为真正意义上的互动双向交流活动，AR、VR技术成为互联网技术以后又一IT热门技术。这一技术符合人类不断追求新鲜事物和改善生存环境的人类本性。未来AR、VR技术必定深入到生活领域的各个空间，而作为该技术的核心组成部分线上数字交互展示技术必定也会生根发芽、枝繁叶茂。 第二节?国内线上数字交互展示概述 国内数字展示目前主要集中在旅游景点和博物馆交互展示两个方面，基于智慧城市的各种应用也正处于拓展之中，在旅游景点和博物馆交互展示方面国内最早应用线上数字交互展示的应该是IBM与故宫博物院2005年合作开发的超越时空虚拟紫禁城项目，在2010年上海世博会上线上数字交互展示应用达到了高峰，许多人通过网上世博感受到世博会上各个国家的精彩展出。 一、IBM与故宫博物院合作开发的穿越时空虚拟紫禁城 穿越时空虚拟紫禁城是中国第一个在互联网上展现重要历史文化景点的虚拟世界，该虚拟世界由高分辨率贴图和精细的三维宫殿模型构成，囊括了故宫目前所有对外开放的区域，互动展示汲取了目前较为热门的网络游戏技术，展示中的虚拟人物动作均有现实中演员表演后进行动作捕捉生成，动作生动自然。游客可以在虚拟世界中扮演自己喜欢的身份，如官员、宫女、嫔妃、武士等，参观时即可跟随导游，也可自己随意闲逛，该交互展示除了娱乐外，还有学习的功能，可以学习到许多相关文物及建筑知识，还可以近距离地把玩。整个项目耗时近三年，由于开发比较早，该交互展示属于客户端类展示，游客需要安装网络客户端才能体验网上紫禁城的魅力。［2］ 二、上海世博会网上世博 上海世博会是首次在中国举办的世界博览会，以城市让生活更美好为主题，本次世博会与往届最大的不同在于在实体世博会举办的同时，网上世博会也一并展出，让一部分人首先通过网络世博会了解世博，走进世博，进而去感受世博，而且在世博会结束之后，网上世博会会一直展出，延续本届世博会的精彩，让更多的人了解上海世博会。上海世博局副局长朱咏雷就明确表示：网上世博会是上海世博会的两大亮点之一，是世博会历史上首次出现的以实体和网络相结合的崭新形式。网上世博会将突破时空界限，让更多的人体验世博、享受世博会。 网上世博会是上海世博会的重要组成部分，于2010年5月1日正式上线，本次世博会指定的制作引擎是法国达索公司的virtools软件。打开网上世博会主页，首先展开的是一幅世博会的展区的鸟瞰图，上方浮动的标签指示每片展区的位置，鼠标点击即可进入该展区。 参观者通过网上世博会进行互动与交流；观众可以通过梦想墙留言板留下自己的祝福与梦想；而在园区游览的参观者则可以通过现场电脑方便地登录网上世博会，与网上导游实时交流，获得游览信息；世博明星团计划，则以特邀明星原型为设计化身，带领观众在虚拟世界里观光浏览；至于未来之城，将借鉴网络游戏的部分成功概念，打造一个虚拟社区平台，让参观者切身体会一个城市面向未来发展的浓缩过程。网上世博会虚拟展馆的内部结构、空间布局及展示内容均与现实展馆相同，参观者可以利用网络技术的优势体验或浏览这些虚拟展馆，网上世博会展馆分为浏览馆和体验馆图两种类型［3］。 三、安徽博物院网络交互展示 安徽博物院网络交互展示是网络交互博物馆中制作的较为精美的展示之一，展示作品设计感较强，与参观者交互自然流畅，画面逼真。该虚拟展示从主展馆立面示意图开始，分为两个活动展示区域，分别用色块标注，鼠标点击即可进入该区域。 外景及大厅采用的是自动浏览方式，参观者跟随自动浏览摄像机进入大厅后便可控制摄像机自由浏览展示大厅。 展品展示区域在右下方显示四个操作按钮，分别是帮助按钮，自动游览按钮，背景音乐开关按钮，和位置显示按钮，默认是手动游览，点击鼠标改变摄像机视角，按下WADS键分别控制摄像机前进、左移、右移、和后退，点击展品下方的手形按钮弹出说明菜单。［4］ 四、北京数字博物馆礼射之乡礼射互动展示 该展示系统由北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室设计制作。重点介绍中国古代体育娱乐活动礼射中国最老的体育比赛，该互动展示通过网页中嵌入三维展示元素来展示礼射文化的穿着、射义、分类、场景及过程。［5］ 第三节?国外线上数字交互展示艺术概述 线上数字交互展示在欧美日等发达国家的应用已经比较成熟，在博物馆交互展示，文化遗产保护和推广，工业产品展示等方面均有广泛深入的应用，如今在欧美，无论是虚拟博物馆还是虚拟城市多是炙手可热的研究方向，许多风投资金看好这些研究方向相关的产业。相关产业也朝着该方向靠拢，从Google开发的 Google earth可以看出，其应用也在一步步向虚拟城市大方向发展。在原有的虚拟游览的基础上增加了很多实用性功能，努力让参与者成为软件的开发者和完善者。 一、意大利庞贝古城遗址 庞贝城作为历史上著名的古罗马帝国的文明古城早在1900多年前就被突然喷发的维苏威火山一夜间吞没，如今在原遗址上可以看到许许多多的残垣断壁，意大利政府应用交互展示技术使该古城又恢复了生机，最近一个充满交互性的虚拟博物馆在意大利的那不勒斯的爱克拉若对游客开放，自2008年以来已经吸引了超过3万名游客前来参观，参观者这里可以领略数千年前的古罗马、庞贝古城的风貌等。 二、乌克兰3dart工作室 乌克兰3dart工作室是制作虚拟展示、三维设计、产品可视化等方面项目的专业工作室，特别在虚拟展示领域，该工作室制作了一批以中国和日本等东方收藏品为展示对象的交互展示作品，这些作品具有制作精细，画质高，交互设计新颖，临场感强等特点。 代表游客的主观摄像机在场景中参观时，鼠标放在展品上会出现蓝色提示框提示可以进行交互，点击即可打开展品的单独展示页面，该页面可以对展品进行旋转，放大缩小等操作同时点击左上方的展品介绍按钮便可播放展品介绍。除了虚拟展示外还可以利用flash技术进行在线展示，点击旁边的展品就可显示该展品的三维模型，鼠标即可进行常规交互操作。［6］ 三、美国汉普森网络虚拟博物馆 汉普森博物馆是一家以james kelly Hampson博士名字命名的专门展示密西西比河流域美国印第安人的村庄遗址中挖掘出的文物，该互联网展示不同于仅仅以展示推广为目的的虚拟展示，他还具有很高的学术研究价值，展示采用了网页嵌入三维展品的方式展示出土文物，点击展品图标，便可打开展示页面，查看展品相关息。 同时为了方便研究者的研究目的，网站还提供高精度模型下载，以便研究人员对该文物进行更为深入的研究。［7］ 第四节?线上数字交互展示类型及展示方式 线上数字交互展示根据展示形式的不同分为线上二维互动展示和线上三维互动展示，本书重点阐述线上三维交互展示的创建过程，线上三维交互展示是指在虚拟空间中用三维交互的方式展示虚拟景点、考古发掘遗址、博物馆文物、工业产品等实体，参观者通过网络和相关交互设备体验展示对象的空间、结构、形状、纹理、功能等属性。线上三维交互展示根据展示空间形式的不同一般分为三维虚拟空间展示和网页嵌入式三维展示。 一、三维虚拟空间展示 三维虚拟空间展示指用三维软件创建虚拟空间，在虚拟空间中展示三维对象，其最大的特征是具有较高的仿真度、交互性和沉浸感，可以模拟现实中的空间结构、视角变换。参观者可以在虚拟互动展示空间中自由参观，感受和现场展示基本相同的展示环境，该展示形式是数字虚拟展示中制作较为耗时且难度较高的一种展示形式。如中国刀剪剑博物馆，该虚拟博物馆在空间导览和展品介绍等互动性方面具有较高的水准，不仅有展品提示说明（文字、音频、图片），还有视频、角色互动游戏等内容来增强参观者参观兴趣。 参观者在任何位置点击展区地图切换到立体地图来查看自己所处的位置。［8］ 二、网页嵌入式三维展示 网页嵌入式三维展示是指将三维展示对象嵌入到网页里通过鼠标来旋转、放大来查看展品的形状、纹理等信息。该展示形式优点是制作相对简单，成本也较低，缺点是没有展示空间，缺乏展示时的沉浸感。上述中的北京数字博物馆礼射之乡礼射互动展示就是属于此种展示形式。 参考资料 ［1］Elham Andaroodi， Mohammad Reza Matini and Kinji Ono： Post Disaster Virtual Revival：3D CG Manual Reconstruction of a World Heritage Site in Danger，《Virtual Reality Human Computer Interaction》 p262-286 ［2］http：it.enorth.com.cnsystem20081010003713893.shtml 2016 11 accessed ［3］http：www.expo.cn#&c=home 2016 11 accessed ［4］http：www.ahm.cn 2016 11 accessed ［5］http：chinasport.ibeijing.gov.cnzgcttyls 2016 11 accessed ［6］http：www.3dart-studio.com 2016 11 accessed ［7］http：hampson.cast.uark.edubrowse.htm 2016 11 accessed ［8］http：www.hzacm.comunitygallerydjjindex.html 2016 11 accessed 第二章?线下数字交互展示概述及案例分析 计算机和虚拟现实软硬件技术的发展拓展了数字交互设计在许多领域的应用，如游戏、三维虚拟仿真（产品仿真、军事仿真、虚拟景点旅游等）、文化遗产保护与传播乃至交互式叙事结构的虚拟现实电影（VR FILM）。数字交互设计主要是应用相关的软硬件来营造一个具有沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）、想象力（Imagination）的虚拟仿真环境方面的技术设计。这种满足人类多种感官触体验的虚拟仿真环境是当今数字化时代的带给人类的新感性，是真的假与假的真，同时也是真与假不可分割的统一体。［1］ 第一节?线下数字交互展示的发展及应用现状 自萨瑟兰博士（Sutherlan）1968年虚拟飞行模拟器实验开始，数字交互技术经历过一段曲折的发展历程，受计算机计算能力和昂贵的虚拟设备的限制，虚拟现实曾使许多人由兴奋、期盼而转为失望、不信任。［2］在20世纪九十年代初好莱坞曾公映一部基于虚拟现实内容的影片《Lawnmower man》天才除草人，其中的虚拟性爱引起大众对虚拟现实技术的无限想象，但随后演示的基于虚拟现实的二人壁球游戏打碎了这种想象，被形容为对现实可怜的幻象。［3］演示的游戏画面模糊，交互设备庞大昂贵，交互过程操作复杂。导致以后很长一段时间虚拟现实几乎被大众遗忘。 现今随着计算机计算能力的提高和虚拟技术的软硬件发展，数字交互技术又一次进入到一个新的发展高峰。当前数字交互技术在软件与硬件上均已取得突破性的进展，本章就软件和硬件两个方面简述数字交互技术的应用现状。 软件方面主要是应用3D游戏引擎来创建三维虚拟交互展示。3D游戏引擎功能十分丰富，拥有更多视觉特效，更易操作。在网络多用户数据优化方面有非常出色的表现。VR专业引擎与3D游戏引擎相比不仅价格昂贵而且软件的更新速度也很缓慢。现阶段主要的3D游戏引擎有Unity3D、UDK、Quest3D、Virtools、Torque Game 等。其中跨平台类游戏引擎（如Unity3d）在博物馆虚拟展示中应用十分广泛，由于当前的虚拟展示终端平台的多样化，跨平台输出的引擎的优势在于一次创作可以同时输出到多个展示平台。［4］ 硬件方面长期以来一直是制约数字交互技术发展的主要因素。原先沉重、昂贵的设备难以引起大众的兴趣，如今便宜、轻便的虚拟硬件正改变着虚拟现实的应用现状。数字交互技术硬件的发展首先从游戏中展开，庞大的游戏受众群体，一直是推动数字交互技术发展及应用的原动力。目前在博物馆虚拟展示中应用较为广泛的交互硬件按照应用类别主要分为：①头戴式显示设备（HMD）。这类设备主要显示沉浸式数字交互环境，参观者通过它可以完全沉浸到虚拟环境中，由于其广阔的应用发展前景，目前许多国际知名大公司都在积极的研发。其中主要有Facebook公司的Oculus Rift、HTC公司的HTC Vive、Sony公司的Project Morpheus 等。②身体动作及手势传感设备。这类设备主要是捕捉体验者的身体动作和手势，同步驱动虚拟环境中的替身（Avatar）和环境进行交互。这类硬件主要有美国微软公司Kinect 体感摄像头，美国Leap公司发布的Leapmotion手势控制器等。 一、头戴式显示设备（HMD）Oculus Rift DK2三维立体虚拟仿真眼镜 由两片分辨率各为10801800的OLED屏及外置式头部追踪摄像头构成，是目前最热门的头戴式显示设备之一，其具有价格低廉、高沉浸、便携性好等特点，得到广大数字交互体验者的欢迎。之后如谷歌、HTC、三星、索尼、微软、苹果等都开始面向大众开发头戴式三维虚拟显示设备。现阶段国内基于Oculus Rift三维虚拟眼镜的展示应用主要集中在建筑、环境景观的网络虚拟展示中，在专业的虚拟网络平台可以在线体验，由于该虚拟设备刚刚面世，其在博物馆的虚拟展示中的应用尚未完全展开， 但可以预见未来在全沉浸式交互体验方面一定会有很大的拓展空间。 二、身体动作传感设备Kinect（幻象）动作传感设备 微软2010年推出的基于Xbox360视频游戏机的全身体感设备，其最大的特点是具有一个深度红外摄像头，能够识别身体动作、面部表情及语音识别，体验者可以便捷地与虚拟物体产生交互，从而摆脱了传统游戏使用键盘、手柄等不利于健康的行为方式，在交互体验的同时还可以起到锻炼身体的作用。目前该设备在国内博物馆的虚拟展示中应用较广，常常运用于半沉浸式虚拟现实的交互展示中。 三、手势传感设备Leapmotion（厉动）手势识别设备 Leapmotion是Leap公司于2013年发布，2014年8月进入中国市场的手势控制器。该设备大小为831.2厘米， 通过它体验者可以用两只手与虚拟世界中的物体进行交互，如弹奏虚拟乐器，在虚拟三维空间里用手指进行雕刻、弯曲和构建三维物体等，它构建了一种良好的人机交互平台。如今国外博物馆虚拟展示中已经有相关的应用案例，国内博物馆虚拟展示中的应用尚未全面展开。 第二节?线下数字交互展示设计的基本原理 线下数字交互展示是虚拟现实应用中一个主要的应用领域，其交互设计方法几乎包括了现今虚拟现实应用的所有手段。线下数字交互展示主要包括：①沉浸式数字交互展示（Virtual Reality）；②实体交互式虚拟展示（Tangible Interface）；③增强式数字交互展示（Augmented Reality）。 一、沉浸式数字交互展示 利用头戴式显示设备（HMD）或传统显示器、投影仪营造出一种沉浸式的虚拟体验，体验者如同置身于文物所处的虚拟环境中，通过头部转动或身体的姿势控制虚拟视角的变化，沉浸式虚拟展示比较适合三维虚拟环境下的博物馆展示，沉浸式数字交互展示分为； 1.全沉浸式数字交互展示：利用头戴式显示设备（如Oculus Rift DK2）进行全沉浸式数字交互体验。 体验者使用三维虚拟眼镜和Leapmotion手势交互设备与展示物品进行交互，如同置身于三维虚拟环境之中。与半沉浸式虚拟展示技术相比，半沉浸式虚拟展示技术就如同隔着一扇窗户观看展示内容，而全沉浸式虚拟展示中体验者则置身于虚拟展示环境之中。 全沉浸式数字交互展示忆乌镇 2.半沉浸式数字交互展示：利用显示器或投影仪结合其他手势或者身体传感设备（如leapmotion或kinect）营造出一种半沉浸式交互体验。体验者只能通过屏幕与展品交互，并不能完全沉浸在虚拟环境之中。 Kinect体感交互技术自微软2010年发布kinect体感设备以来，以其价格低、交互性强等特点，很快在博物馆展示等许多应用领域展开，在2012年意大利伊特鲁里亚项目中（The Etruscanning project ），为了让观众体验Regolini-Galassi古墓在发掘时的墓室环境及物品摆放位置，位于罗马的文化遗产技术应用研究所采用 kinect身体姿势识别技术，结合unity三维虚拟引擎，还原了当时古墓发掘时的原貌，那一件件在博物馆展架上看似枯燥的物品，通过kinect交互技术，在参观者眼里显得生动起来。观众仿佛置身地下古墓，按照系统提示的姿势在古墓中左右走动，与古墓中的物品交互（语音介绍）。［5］ 二、实体交互式虚拟展示 将展示中的交互设备设计成展品的形状或与展示内容相关的物体（实物或展品的三维复制品）结合半沉浸式虚拟展示，体验者通过操纵实体交互设备进行交互验。 该数字交互展示的重点在于体验者能够直观地感受到展品的实体信息（形状、大小、质感等）或通过交互实体加深对于展示内容的理解。 为了让参观者理解韩国传统城堡文化内涵，以及增强团队成员之间的协作精神，韩国信息与通讯学院的数字媒体实验室开发了一部游戏性增强现实作品，该作品展示以韩国高敞郡地区的一个叫moyangsang的传统城堡为例，该城堡主要包括外围城墙，四个城门和二十几栋传统建筑。展示采用实体交互技术，交互的实体是一副韩国的传统石磨（Matdol）、一块显示城堡地图的触摸屏和一块拼图游戏板。该城堡有个传说，传说任何人只要在城堡上绕着城墙走三圈，死后就可以升入天堂。该交互展示就引用了这个传说，具体玩法是一个人推动石磨，一旦在游戏板上显示缺口，另一个人需要快速地将相应形状的类似于俄罗斯方块的实体模块填入相应的位置，直到全部填满才可以继续玩下去。在这个游戏中，参与者需要在十分钟内找到四处被破坏的城墙并修补好，如果按时完成，参与者将会有机会体验到该城堡的内部虚拟展示，一旦失败，那么参与者将会看到整个城堡坍塌的动画。该增强现实作品以娱乐游戏的形式学习学习韩国传统文化，分享文化学习体验，鼓励成员之间相互协作，在互动学习中增强对彼此的了解。［10］ 在另一个使用实体交互技术的案例中，来自新加坡南洋理工学院媒体技术中心的制作团队，采用中国传统书法中使用的毛笔作为人机交互实体，展示早期新加坡土生华人（Peranakans）的生活习惯和传统民居。参与者通过手持毛笔在特定的板上写字（一、二、人、日、中）即可完成相应交互环节。［11］ 三、增强式数字交互展示 将虚拟环境或物体与真实环境或物体混合在一起进行展示，利用虚拟环境或物体来补充或增强真实环境或物体的不足，增强式虚拟展示与全沉浸式虚拟展示最大的区别在于，全沉浸式虚拟展示的体验者在虚拟环境中是看不到自身周围的真实环境，而增强式虚拟展示则允许体验者不借助任何设备同时观看到真实的环境物体，以及投射在这些物体上的二维或三维虚拟影像。［5］增强式数字交互展示技术上可分为： 1．空间增强现实（Spatial Augmented Reality）：其特点是利用投影设备将虚拟影像投射到实物上以增强实物的展示效果。体验者不需要借助任何观看设备就可以体验该虚拟展示。 2．魔镜技术（See-through Augmented Reality）：通过手持式AR设备（智能手机、平板电脑）、AR眼镜（如Google classes，Hololens）的摄像头，将拍摄的实景与三维虚拟展示对象合成在其显示屏幕中，并能随着体验者的移动而改变视角，通过显示屏幕观看就如同虚拟的展示对象地存在于真实的环境之中。 第三节?博物馆交互展示中案例分析 2014年9月23日，13个国家的文博专家和文博爱好者分别聚集在罗马、阿姆斯特丹、亚历山大和萨拉热窝等四个城市，同步举办了一个特别的展览《Key to Rome》，通过数字交互的展示方式，展示了从奥古斯都城至整个古罗马帝国时期的古罗马文化。［6］ 《Key to Rome》展览由意大利国家研究理事会全程策划，V-MUST.NET公司设计制作。该展览最大的特点是全方位应用数字交互技术，演示了如何应用这些新技术去拓展展览的展示维度及时空深度，以吸引更多的潜在受众群体。展览将实体文物、三维虚拟模型、虚拟环境、微缩模型混合在一起，仿佛将观众置身于历史时空，静听一件件文物背后的故事。 《Key to Roma》罗马文化展览在数字交互技术方面主要应用了以下四个方面的技术：①沉浸式虚拟展示中半沉浸式虚拟技术Kinect体感控制技术；③实体交互技术（Tangible Interface）；④增强式虚拟展示中的空间增强技术Leapmotion（厉动）手势识别技术；⑤增强式虚拟展示中的魔镜技术（See-through Augmented Reality）手机、平板电脑交互技术。 一、Kinect体感交互技术（Depth Camera交互技术） 《key to Roma》展览中多次用到Kinect体感交互技术。该展示应用了半沉浸式虚拟展示技术， 利用微软开发的体感摄像头捕捉体验者的动作来控制虚拟场景中的摄像机并用双手与虚拟物体进行交互。在展示古代罗马人的居住环境数字交互中体验者可以模仿屏幕右下角角色的动作，用双手夹住拿出柜子里面的代表不同展示场景的物品，从而进入不同的交互场景中。每个交互场景下端显示可交互的物体，当交互完成后打上钩。右下角的角色提示交互动作，体验者只需要模仿就可完成相应交互环节。 在奥古斯都广场展示场景中，双臂自然下垂站立可以控制摄像机在虚拟场景中自由移动，肩部的前后摆动则可以控制摄像机移动方向，手臂平伸则停止前进，双手平举并拢可以夹住广场建筑屋顶上的雕像将它放大并拉到眼前通过不同角度仔细查看，甚至可以将它拉到旁边的一个小显示屏上，完成展品的收集任务。 奥古斯都广场位于古罗马帝国时期的罗马城中心，由古罗马第一位皇帝屋大维于公元前2年建造，该广场采用的是围廊式建筑结构，如今的广场只剩下一些残垣断壁，但是从中仍可以看出当时广场建筑及雕刻的精美。 为了使体验者直观地感受到该广场当时的原貌，《key to Roma》展览中根据历史相关历史资料虚拟复原了奥古斯都广场，并通过kinect半沉浸式交互技术展示出来，体验者利用身体动作来控制摄像机并与虚拟展示场景进行交互，就如同真实地行走在虚拟环境之中，看到可交互的物体，用双手将其拉近并放大。体验者用双手夹住广场建筑顶部的塞拉匹斯石雕头像并将它拉至眼前进行观看。 二、实体交互技术（Tangible Interface） 《key to Roma》展览中展示了罗马奥古斯都和平祭坛上面的精美浮雕，为了让体验者能够直观地感受到这些浮雕在祭坛上所处的位置，制作团队采用了实体交互技术，将和平祭坛的三维模型打印出来，并将交互按钮安装在需要展示的浮雕相应位置，观众按动这些红色按钮，屏幕上的三维数字模型就会转到祭坛的相应位置展示该区域的浮雕。展览通过这种交互设计手段，将和平祭坛上的浮雕作品按照其在真实物体上的位置，通过一个实体模型组织起来。通过这种交互方式，体验者能够直观地感受到每一组浮雕在祭坛上的对应位置。 三、Leapmotion（厉动）手势识别技术（手电筒光照技术） 《Key to Roma》展览中利用Leapmotion手势设别技术还原彩绘浮雕的局部色彩，该展示应用了增强式虚拟展示中的空间增强展示技术。参观者只需用手指指向浮雕的某个部分，就会出现类似手电筒光照效果，在光照区域中的浮雕呈现出原本的色彩效果。这种基于空间增强现实的交互技术对于展示一些有着较多细节的文物来说是一种很好的人机交互手段。一些褪色或腐蚀严重的文物通过专家的数字化增强修复后，在展示时采用手电筒光照技术实时显示光照区域的还原或修复效果。 传统对于文物的研究方法一般是数字化研究和实物研究分开进行，但这样的研究阻碍了对研究对象的整体理解，因此采用基于空间增强现实（Spatial Augmented Reality）交互手段将实物与数字化研究结果联系起来就显得尤为重要。如一些腐蚀较为严重的石碑、石刻上的浮雕和文字，采用手电筒光照技术将计算机增强渲染出的图像与真实物体结合起来，这样无论是出于研究目的还是虚拟展示都显著地增强了文物的自身内涵。另外，在一些易碎且珍贵的文物展示中参观体验者只需通过手指指点该展品的局部，无须接触它，即可完成对于该文物局部的交互式展示（文字图片说明、语音解说、增强的细节结构、填补残缺的部分等）。［7］该技术的基本原理是利用Leapmotion传感器识别参观者的手指方向，电脑中的特定软件自动在增强图像上加上受手指控制的动态遮罩，只显示圆形遮罩内的图像，再通过投影仪将的增强图像投射到实物上，对齐增强图像与实物上的图像，随着手指的移动，圆形遮罩内的增强图像也会随着实体的变化而变化，实现了类似手电筒光照果。 目前该技术还不能很好地配合环境光照明，展示时需要较弱的环境光，影响展品的光照效果，未来可以改进环境光的交互性，当参观者在与展品交互时降低光照强度，离开时恢复正常照明。 四、魔镜技术（See-through Augmented Reality） 《Key to Roma》展览中观众只要预先在手机、平板电脑里安装一个APP，或者访问指定的网站，通过手机或平板电脑的摄像头你就可以发现一个神奇的世界，比如当你将平板电脑的摄像头对准一段残缺的石质展品时，屏幕上展现的是修复后完整的数字模型，还可以从不同角度地查看，就如同将展品原地复原一样，这种技术很好地填补了的三维虚拟世界与实体之间的感官断层，将眼前的真实景象与虚拟物体完美地结合在一起。 魔镜技术在考古及博物馆虚拟展示中应用较早，已经有许多成熟的应用案例，早在2002年希腊的ARCHEOGUIDE （Augmented Reality-based Cultural Heritage On- site GUIDE） 项目中就已经采用魔镜技术用于户外的增强现实模拟，该项目使用一台笔记本电脑和一个头戴式显示器，通过GPS和电子罗盘追踪参观者的位置和朝向，它能够使参观者在参观现实遗址的同时在显示器中无缝地合成还原的三维虚拟建筑，限于当时的条件，测试者需要背一个安放设备的背包，随着电脑技术的发展，如今的智能手机或平板电脑完全可以替代这些设备。［12］ 在2013年制作的位于苏格兰东海岸的圣.安德鲁斯大教堂遗址的三维虚拟展示中，参观者只需要手持平板电脑在遗址中走动，将平板电脑摄像头对准遗址的某一区域，屏幕上就显示该区域的虚拟复原、结构，这种技术很好地填补了的三维虚拟世界与实体之间的感官断层。［13］ 魔镜技术的基本原理是将虚拟摄像机与真实摄像机同步，由平板电脑中的GPS控制虚拟摄像机的位置，磁力计来同步控制虚拟摄像机的角度，加速计和陀螺仪控制摄像机的运动，并将虚拟三维物体同步合成到真实摄像机所拍摄的视频画面中。 五、四数字交互设计在博物馆虚拟展示中的发展趋势及相关思考 纵观当今全球博物馆虚拟展示发展现状，为了拓展博物馆展示内容的维度及时空深度，吸引更多的潜在的受众走进博物馆，在博物馆展示中采用数字交互技术已逐渐成为一种趋势，其展示技术也正朝着基于娱乐性、交互性的增强现实和沉浸式虚拟现实方向迈进。 增强式数字交互展示方面，基于魔镜技术和空间混合增强现实技术会越来越深入地与相关展示对象相结合，在挖掘其更深层面的文化意义和精神内涵的同时，让展示变得更具娱乐性。展示硬件方面除了近几年发展迅速的智能终端设备外（智能手机、平板电脑等），以Microsoft公司的Hololens全息眼镜，和Google公司的Google Glasses为代表的新一代穿戴式设备正在开发研制中，将交互方式由手持式进一步转向穿戴式，使得基于魔镜技术的交互方式更自然，内容更真实。 全沉浸式数字交互展示方面，受展示分辨率、帧比等因素的限制，全沉浸式虚拟展示技术还存在这诸多不足，比如头戴式现实设备戴时间久了会有轻微的晕眩感，显示画面的分辨率还需要进一步提高，数字交互过程中靠近物体时会有像素感。Oculus rift公司最新出的Crescent Bay（星月湾）的原型机在某种程度上已经很好地解决了这些问题，更轻，几乎无延迟、无拖尾，活动更自由，画面更清晰，相信随着虚拟现实科技的发展，会涌现出更多更好的消费级交互设备，使得数字交互展示越来越具有吸引力，将博物馆变为传统文化与现代科技紧密地结合在一起的神奇之地。 科学技术往往是一把双刃剑，在应用数字交互技术的同时，应该理性地看待它，认清事物的本质，不应盲目地在博物馆虚拟展示中生搬硬套，应从展品的自身特点出发，有目的的应用数字交互技术。未来博物馆虚拟展示应重视以下两个方面的问题：一方面，由于虚拟现实软硬件技术发展迅速，其相应的理论研究有待进一步提升，在应用数字交互技术的同时应重视理论研究，如在强化交互式叙事、引导观众的交互行为等方面，认真分析虚拟展示中的物理逻辑和行为逻辑，以及交互设计在虚拟展示中对观众认知能力的影响。在交互设计五要素的指导下，设计好虚拟展示中的物理逻辑和行为逻辑，平衡两者之间的关系。［8］另一方面，随着高科技数字交互技术的快速发展，博物馆虚拟展示交互设计中应时刻注意不要破坏博物馆与生俱来的奇观化特性，所有的交互设计手段的应用应严格围绕着展示主体，保持展示形式和内容的平衡，不应本末倒置，使得观众对展品本体的关注度下降，从而破坏文物的本真奇观化特性，最终走向异化的深渊。［9］ 本章主要以《Key to Rome》线下数字交互展示为例，较为全面地了解了交互设计在博物馆虚拟展示中应用的多样性，以及给展示对象带来的维度及时空深度上的拓展，并进一步探讨线下数字交互展示未来的发展趋势及应注意的相关问题。在当今社会全球化、数字化、网络化进程加快，及消费级数字交互硬件的高速发展的背景之下，线下数字交互展示必须顺应社会发展趋势，逐步渗透到社会各行各业应用中。博物馆数字交互展示改变了传统文物线性的展示方法，突出交互式、多线性叙事特征，充分利用现代虚拟现实技术拓展展示的时空结构，还原文物的原本面貌，加强人与人、人与物之间的沟通，在娱乐、体验中感知文物存在的方式与价值。其展示概念也由博物馆为中心逐渐转变为以受众群体为中心，并在新的数字技术的支持下进一步细分受众群体，让展示变得更具人性化。在设计3.0时代，线下数字交互展示在民族文化的传承、交流与发展方面有着极为重要的作用，对于实现实现中华民族伟大复兴的中国梦也有着积极的现实意义。 参考文献 ［1］齐鹏：《新感性 虚拟与现实》，人民出版社，北京，2008.8，第7页。 ［2］Morgan Colleen L，：Building ?atalh?yk： Changing Virtual Reality in Archaeology，Journal of the World 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Publishers， Oxford；1992，pp14-15. ［4］Bipindra， Bir Shrestha， Techniques for a Game Engine based Virtual Museum. the Faculty of the College of Graduate Studies Lamar University， pp.14-15（2009），ProQuest LLC. ［5］Kamarulzaman Ab，Tan Gek Siang，Virtual Reality and Augmented Reality Combination as a Holistic Application for Heritage Preservation in the UNESCO World Heritage Site of Melaka.in：International Journal of Social Science and Humanity， Vol. 4， No. 5， pp 333 September 2014 ［6］http：keys2rome.eueng 2015 6 14 Accessed. ［7］Brett Ridel， Patrick Reuter，The Revealing Flashlight： Interactive spatial augmented reality for detail exploration of cultural heritage artifacts.Journal on Computing and Cultural Heritage， Association for Computing Machinery， pp.118， ACM， 2014， 7. ［8］辛向阳：交互设计：从物理逻辑到行为逻辑《装饰》，2015.1，第058-062页。 ［9］刘迪，黄国飞：博物馆陈列奇观化反思 《装饰》 2015.1， 第066-067页。 ［10］Hyung-Sang Cho1, Binara Lee2, Sora Lee2, Youngjae Kim1, Yongjoo Cho2,Seung-Mook Kang3, Soyon Park3, Kyoung Shin Park1, and Minsoo Hahn1， The Development of a Collaborative Virtual Heritage Edutainment System with Tangible Interfaces. 1Digital Media Laboratory, Information and Communications University,517-10 Dogok-dong, Gangnam-gu, Seoul 135-854, Koreahaemosu@icu.ac.kr2 Division of Media Technology, Sangmyung University,7 Hongji-dong, Jongno-gu, Seoul, 110-743, Korea 3 Department of Media Art, Jeonju University, 1200 Hyoja-dong, Wansan-gu, Jeonju, 560-759, Korea， pp.362-365（2006），Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006. ［11］Meehae Song，Thomas Elias，Wolfgang Mueller-Wittig ，Using the Chinese Calligraphy brush as a tangible user interface tool in virtual heritage scenarios. Centre for Advanced Media Technology, Nanyang Technological University, 50 Nanyang Avenue, Singapore 639798, Singapore， pp.41-48（2005），Elsevier Ltd. ［12］Eva Pietroni, Alfonsina Pagano, Claudio Rufa, The Etruscanning project： Gesture-based interaction and user experience in the virtual econstruction of the Regolini-Galassi tomb. pp. 653-660,IEEE.2013 ［13］Lisa Dow, Anne Campbell, Alan Miller, John McCaffery, Iain Oliver, C. J. Davies, Sarah Kennedy and C Allison，An Immersive Platform for Collaborative Projects. School of Computer Science University of St Andrews，2014 IEEE.

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