李健文 苗雨雁 黄艳军（北京自然博物馆，北京，100050）
摘要：随着数字技术、计算机功能、多媒体技术的发展，自然科技类博物馆展陈中数字技术的应用不断发展完善，数字技术使实体博物馆展陈方式与理念发生着改变。本文从介绍数字技术入手，阐述了数字技术改变传统博物馆，使之成为数字化博物馆。系统介绍了自然科技类博物馆展陈中数字技术应用的种类、优势与存在的问题，展品浏览中采用的技术，并对网络环境下的与博物馆数字化密切相关的新技术进行了展望。
关键词：自然科技类博物馆展陈数字技术数字化博物馆虚拟现实多媒体
一、引言
博物馆可定义为“一个不追求营利，为社会和社会发展服务的公开的永久机构。它把收集、保存、研究有关人类及其环境见证物当做自己的基本职责，以便向公众展示，为他们提供受教育和欣赏的机会”。从中我们不难看出展陈是博物馆实现其功能的重要手段。当代世界博物馆的发展趋势表明，现代博物馆不再是简单的文物标本收藏、展示、研究机构，而是应该成为面向社会、服务于公众的文化教育机构和信息资料咨询机构。目前我国的博物馆往往在这一方面有些忽视，要改变这种现象，必然涉及博物馆展陈模式的改变。以往的博物馆展陈模式由于受到开放时间的规定和展览场地的限制，它运作的舞台已经越来越显得狭小、发展的空间也越来越显得局限而没有余地。比如，目前博物馆的陈列多是以展品配说明牌、图片的形式面向观众，但是随着社会的发展和人们知识水平的提高，观众已不再满足于只欣赏美妙的展品，而更多的是想探求藏品背后所蕴藏的文化积淀，甚至渴望将某一部分特别喜爱的文化层面移出博物馆，溶入到自己的生活中去。为了适应世界文化潮流，满足社会的文化需要，计算机技术的应用是最有效的手段之一，博物馆的数字化尤其是展陈中数字技术的应用代表着世界博物馆社会化发展的方向。
自然科技类博物馆因自身展陈内容的包罗万象（自然、科技、天文、地质等）、展品的科技含量高、时代性强等诸多特点使数字技术在展陈中的应用具有得天独厚的优势。数字展陈技术已经开始成为自然科技类博物馆的主流。无论数字技术运用于什么领域，比如影像、声像资料，甚至博物馆的管理，它最终的成效是使应用对象更清晰、更高品质、更易于把握和传播。从展示静态的展品实物，到全方位介绍三维立体动态的展馆环境；从进入现实的博物馆空间，到进入古生物、浩瀚宇宙与深邃地球内部的虚拟空间；这些都是一个从静态到动态的变化。这样，自然科技类博物馆的展品在观众的面前“活”起来了。我们的自然历史、天文地理、科学技术也不再是静止的，而是通过数字技术活灵活现地呈现在观众面前。本文将主要阐述自然科技类博物馆展陈中数字技术的应用。
二、展陈中数字技术面面观
自然科技类博物馆展陈中的数字技术多种多样，但总结起来主要包括以计算机技术为基础的触摸屏系统、影院系统、悬浮成像系统、虚拟现实系统、语音导览系统、大屏幕显示系统、网络展示系统以及为展览提供辅助帮助的电子票务系统等八个方面。此外，八个方面的应用又不是孤立存在的，互相之间有很多交叉和综合应用，构成了完整的数字技术的应用。下面将对这八个方面逐一介绍。
1.触摸屏系统
博物馆展陈中应用触摸屏系统提高展览的生动、形象与互动性已司空见惯。观众喜欢触摸屏的操作简单、演示自由度高，然而在参观人数众多的自然科技类博物馆中，触摸屏的应用却遇到很多实际问题。
（1）原理和分类
触摸屏系统一般包括两个部分：触摸检测装置和触摸屏控制器。触摸检测装置安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后送触摸屏控制器；触摸屏控制器的主要作用是从触摸检测装置上接收触点信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。
随着科技的进步，触摸屏技术也经历了从低档向高档逐步升级和发展的过程。根据其工作原理，触摸屏目前一般分为四大类：电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线式触摸屏和表面声波触摸屏。
（2）优势
触摸屏可以非常容易放置在展厅中需要的地方，对观众来说其操作简单、直观、互动性强，能够提供展品的来源、图片、影音资料、历史背景、相关知识等多方面的信息。在中国科技馆、上海科技馆、中国地质博物馆、北京天文馆、北京自然博物馆等具有代表性的博物馆中，触摸屏已大量应用在展陈中。触摸屏所展示的多以观众可点击参与互动的内容为主，其中也不乏只是播放纯粹的知识介绍类的光盘。2005年北京地区博物馆触摸屏内容比赛，北京自然博物馆的“恐龙拼图”获得第一名，这就不难看出在触摸屏内容设计上的重要性。
（3）问题
触摸屏具有的优势同样带来了一些问题。比如，参观人数多带来的触摸屏设备易损坏，播放资料易丢失，管理与维护分散；观众年龄差异大带来的触摸屏高度与人体高度之间的问题；场馆内触摸屏多、人员多带来的播放声音与观众声音互相干扰的问题。针对以上问题，我们欣喜地看到，在自然科技类博物馆中，解决的办法已经出现并且应用良好。主要从两个方面来解决这些问题：一是网络控制，集中管理；二是人体工程学设计在触摸屏系统中的应用。
①通过在放置触摸屏的地方布上网络，对触摸屏进行网络控制，使得分散的触摸屏成为由服务器控制的客户终端。这样，对触摸屏的开关机、播放内容的更换与保存等集中管理就变得非常容易。目前这种网络控制、集中管理的触摸屏系统在北京天文馆和北京自然博物馆都有应用。
②符合人体工程学设计的触摸屏能够克服观众身高不同，声音相互干扰等诸多问题。两套触摸屏系统具备双屏显示功能以避免观众多时的视线遮挡问题，上方的音罩能够有效地消除声音干扰，前面的座位和台阶使不同身高的观众都能方便操作触摸屏。
2.影院系统
影院系统是国际上新兴的一种电影院形式，是在传统的立体影院基础上发展而来，具有主体突出、科技含量高、效果逼真等特点和优势。其近年来在国内博物馆发展较快，尤其是自然科技类博物馆。中国科技馆新馆即将建成，包含了3D动感影院、4D影院和SGI数字激光影院。北京天文馆在建馆之初就设计了3D动感影院、4D科普影院和SGI数字宇宙剧场，包括今年完成的老馆改造增加的球幕影院，可谓是影院系统的大组合。上海科技馆、北京自然博物馆也都拥有自己的影院系统。影院系统的应用，一方面极大地改善了展陈中数字技术的应用，强烈吸引着观众的兴趣，创造出很好的社会效益；另一方面，在博物馆免费开放的新形势下，影院系统为博物馆带来一定的经济效益。
（1）影院系统分类
①3D与4D影院：一般由四个要素构成：立体放映系统、特效系统、座椅系统、计算机控制系统。这四者协同作用，构成一个完整的娱乐系统，共同刺激观众的视觉、听觉、触觉、感觉等各个器官，再现影片主题所涉及的环境以及观众在特定环境内的遭遇等，营造出身临其境的整体效果。目前，上海科技馆、北京自然博物馆、北京天文馆都有自己的这类影院。
②球幕系统：真正实现了360度超大画面展示，观众既可以在球幕的外部观看，也可以在球幕的内部观看。从球幕内部可以全方位地体验动感球幕影院的超强震撼感觉。观众完全可以脱离立体眼镜和头盔形成立体视觉，如同真实般体验到天地翻转、地动山摇和急速运动所带来的极度震撼感、眩晕感和强刺激。从球幕外部让观众能体验到一种新奇的感觉，播放动态画面时，会看到一个多彩的、转动的球体。中国科技馆旧馆、北京天文馆等馆都有球幕影院，观众颇多。
③水幕影院：它是由3~4个高压水泵通过专用的水幕喷头将水幕喷成一块半圆型的幕布状，普通的规格大约是40米长，30米高。它的主要作用是作为一个载体，将激光和电影投到水幕上面才可以成像，因为激光和电影不可以空中成像，必须要有载体。在室内水幕可以用白色的纱布或者是水帘代替，当室内灯光暗下来时纱布就展开，激光将动画打在纱布上进行成像，让人感觉到图像成形在空中。当激光演示完灯光再次暗时将纱布收起来，灯光亮时就见不到纱布。虽然此类影院在我国自然科技类博物馆内尚未建立，但在国内和国外的一些大型活动场所和水族馆内已经出现，将来会是自然科技类博物馆有益的补充。
④气体投影影院：这是一种新型的影院系统，造价低，很适合在空间不大的地方实施。目前我国尚未有博物馆采用。由于其自身的优点，也是未来国内博物馆影院系统的一种形式。
⑤地面互动投影影院：它是参与者和投射在地面上的影像的真实互动。该系统由感应器、应用服务器和地面显示三部分组成。将展示空间内的受众与内容结合在一起，做到多名观众融入到内容场景中，就像大家同时参与游戏一样。多名观众的形体动作通过非接触式的感应设备，如同电脑的鼠标，控制着地面投影或墙面投影的内容，产生互动。展示的内容随着参与者的路过或动作产生不同的变化。北京自然博物馆的植物展厅和首都规划馆都有此类影院。该类影院的特点是：a.形式新颖。这是用于展厅的全新的互动娱乐形式，以新颖性和娱乐性吸引观众；b.融入式参与。系统提供参与者和地面影像显示的实时动态组合，影像随观众参与同步变化；c.时效性与方便性。互动内容可以根据应用场合、内容需要的效果进行编程。更新内容方便，可以将投影影像域扩大到任意所需的尺寸。可以根据需要设置不同的互动内容，以增强展示的效果。