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1、作者：王珊来源：设计2020年第07期Ml uirfm： h福，皿由方咛in摘要：近年来，科普展示逐渐成为新时代科普教育的重要形式之一，以科学普及为目的的 展览也层出不求，在科学技术发展的推动下，数字化手段越来越多地运用在科普展示中。文章 将体感交互技术与科普展示设计合理结合，为用户营造互动科普体验环境。针对体感交互的概 念特点，通过文献分析和市场调研，探究了体感交互在科普展示空间中的设计理念，提出科普 展示空间中体感交互设计的应用原则并进行实际案例开发。在交互逻辑构建合理的前提下，开 发以中国传统文化为背景的万物有灵体感交互装置，为用户提供了更直观、简单的交互式 科普环境。为中国传统文化的科
2、普信息化之路提供了思考方向，也为后续交互语境下的科普展 示的研究提供了有益建议。关键词：体感交互科普展示用户体验传统文化交互设计中图分类号：TB47文献标识码：A文章编号：1003-0069 （2020） 04-0032-03引言进入21世纪以来，科普形式在不断谋求新的发展，科普展示成为新的科普教育媒介平 台，它不仅在传递公共文化信息和商业信息发挥着重要作用1，也借助人工智能、大数据、 云计算等技术将多种多样的交互形式融入到科普教育当中。随着信息化时代的到来，人机交互 方式也从键盘鼠标等触控式实体交互向手势、动作、表情、运动、语音等体感交互方式转变， 用户可以通过言语、肢体动作和脸部表情与计算
3、机发生自然而然的交互。体感交互技术在国内 教育应用研究开始于国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）和教育信息 化十年发展规划（2011-2020年），掀起了教育信息化理论、技术与应用三领域的研究浪 潮。文章认为，将体感交互技术合理地应用于科普展示领域将极大地提高观展者的积极性与科 普效果，营造更有趣的科普环境，但在目前的科普教育研究中，不少学者将注意力集中于对科 学技术、天文地理等内容的科普，缺乏对中国传统文化如何普及的研究，因此，如何合理利用 交互技术打造优质内容，营造有趣的科普体验环境，传播普及优秀的中国传统文化是目前需要 解决的问题。一、体感交互概述（一）体感交互概念：
4、体感交互是计算机通过捕捉用户的动作来获取命令，通过算法给予 用户可视化反馈的一项技术，用户可以更加自然地与展品进行互动，自主接收有效信息。体感交互主要分为硬件设备与软件系统两大部分，其中硬件设备主要包括以Kinect、 Arduino、Leap motion2等为主的传感器、RGB摄像头3以及各类声音、动作捕捉设备;软件 系统主要是接收处理从硬件设备传输的用户信息，向用户传递出连续稳定反馈的计算机程序。（二）应用于科普展示空间的体感交互形式：如今在科普展示空间中，体感交互设计按照 交互方式划分主要分为三个类型：触控型模式、体验型模式和沉浸型模式。首先，触控型交互展示模式是利用传感器等硬件设备对
5、用户动作、手势进行识别，实现用 户与展品之间的交流。例如在科技馆、博览会或其他教育科普展示平台中，这种交互展示模式 可以令用户自主获取有效科普内容。其次，体验型交互展示模式主要是利用全息影像与异面投 影等手段为用户营造现区别于实生活的体验环境，使用户在不借助头戴设备的情况下也能立体 地感受科普内容。最后，沉浸型交互展示模式是利用外接设备、灯光、音效以及场景搭建营造 一个完整的科普空间，展示场景可跟随用户的动作反馈发生相应变化，使用户参与到科普环境 中，例如日本teamLab4 设计团队打造的脱离时间空间限制的虚拟互动场景花舞森林。二、体感交互技术在科普展示空间中的设计理念体感交互式科普展示的核
6、心在于“交互”，在展示空间中进行交互设计需要满足以下几个前 提：其一是交互设计项目要为科普主体服务，不能重互动技术而忽略内容。当同一科普主体下 互动形式过多时，用户会因为体验操作频繁而产生倦怠情绪从而降低参与热情。其二是要符合用户体验心理需求。根据马斯洛需求层次需求分析中所提到的观点：当用户 某一层次的需要相对满足了，就会追求更高一层次的需要5。因此在展览中，交互设计也要 注重在满足形式上的感官刺激需求后向满足感性层面的情感需求转变，最大限度地利用体感交 互技术将用户融入到展览当中。其三是注重营造多维体验环境，结合用户的感受与周围环境的关系，营造多维体验环境。其四是建立合理的动作逻辑，由于人和
7、机器成功交互的根本限制在于缺乏共同立场6， 所以在构思体感交互的动作逻辑的过程中需要避免以下两个方面：1.与现实环境体验过于相 似。如果作品的动作逻辑过于常规化，甚至与现实生活中的体验并无差别，那么体感交互就不 能给予用户趣味感的提升，甚至成为体验行为本身的负担。2.强行建立人机动作逻辑。当为了 展现体感交互的新奇性，将用户与反馈之间强行建立动作联系将难以达到良好的科普效果，用 户的体验过程也会感到无聊。例如体感交互作品雨屋（如图1），构建了一个淋雨而不湿 身的体验环境，用来科普自然规律与环境保护等方面的知识。作品内容虽简单，但它不仅将用 户从现实生活的体验中带离出来，又建立了一个十分巧妙的动
8、作逻辑。下雨天不打伞会淋湿是 每个人都明白的常识，而雨屋便将这一传统想法翻转，带用户进入_个下雨时不打伞也不 会被淋湿的神奇世界。所有复杂的技术一例如追踪系统和水循环等全部自然而然地退后被隐 藏了，而裸露出来的只有最简单最迷人的一点一一日常认知的行为逻辑，被轻巧地颠覆了。三、科普展示中的交互设计原则（一）互动机制易懂：用户在参观过程中的停留时间是十分有限的，在有限时间内，互动 项目的易学性就显得十分重要。例如需要用户移动手臂获取信息，那么场景当中就需要有明显 却又不突兀的提示来引导其进行交互体验。（二）交互模式简洁：在交互体验的过程中，用户获取的信息可以是十分丰富的，但从操 作层面来说则越简单
9、越精炼越佳。用户在观展过程中，其目的是为了更好地获取展览信息，了 解作品蕴藏的内涵，所以在操作层面应该做到交互方式轻松简单、给予用户的反馈及时。（三）交互界面合理：在设计交互界面的过程中，设计尽可能重点突出、导向明确的简洁 界面，将交互重点内容放置在视敏度高的位置，根据用户的行为逻辑设计合理的交互动线，并 配合一定的视觉元素给予用户一定的交互引导。（四）交互过程有趣：从用户体验角度来看，科普展示应在交互过程中增加趣味性和可玩 性，通过设置奖励机制提升用户在交互过程中的自我满足感和荣誉感，提供即时反馈机制来激 励用户持续交互，采用沉浸式体验模式，调动用户对展项的感情。（五）交互融合内容：将体感交
10、互融入到展示空间中，一方面需要与整体环境相融合，带 给用户美的观展体验;另一方面还需要考虑在用户在展示壬袁境中体验的稳定性与安全性。在观 展过程中让用户拥有获得感并且在复杂的展示空间仍然可以稳定、安全地进行交互体验是在设 计之初就需要考虑妥当的方面。四、基于Kinect的传统文化科普体感装置万物有灵的设计与实现本文在落实文章上述的设计理念和交互原则的基础上，提出的科普展示体感交互项目的一 般性设计方法与流程，以中国传统文化中的太极文化为背景设计体感装置万物有灵，并根 据流程和方法具体实践，验证其合理性与可行性。体感装置万物有灵将道家文化中万物皆 有联系、互相影响、互相转化的哲学思想做了艺术化和
11、具象化的处理，以三维粒子的设计代表 宇宙万物，为用户呈现直观、奇幻的视觉效果，引发用户对宇宙、对人生、对自我的无限思 考。（一）明确科普目的：基于体感交互技术的科普展示项目应在设计之初明确科普目的，将 技术实现放置于服务科普主体的位置上。万物有灵为例来看，它将体感互动与中国优秀传 统文化相结合，利用体感检测设备，以变幻无限的粒子表达道家文化的种种内涵，与用户实时 互动体现科技与文化的有机统一。道家文化的内涵经由粒子交互而得到直观表达，能够引起观 者无限的延伸思考，使其在获得互动悦趣的同时，拉近与传统文化的距离，以体感交互这一新 型呈现形式进一步传播优秀的传统文化。道家提出的天地人及宇宙万物为有
12、机统一整体的观念及其所蕴含的生态保护思想，对于我 们坚定不移地落实全面、协调、可持续的科学发展观的今天来说，具有极大的重要性。我们今 天主张“和谐社会”不仅是对中国传统优秀文化的认可，而且是对古代和谐概念的扩展和创新， 对于新生一代而言，我们不仅要理解现阶段的“和谐”概念，更要关注其中所蕴含的源远流长的 传统文化。传统文化，是优秀创作的不竭动力之源。（二）创设科普情境：在明确科普目的的基础上，为用户创设合理有趣的故事背景，将用 户带入到科普情境中。以万物有灵为例来看，以中国优秀传统文化为背景，营造出一个相 互联系、飘扬通达的文化空间。中国文化中，最飘逸清扬智达慧睿的就是道家。道家思想这种思想流
13、派以道”为最高哲学 范畴，认为“道”是世界的最高真理，“道”是宇宙万物的本源，“道”是宇宙万物赖以生存的依 据。广阔的宇宙中发生的一切都关乎内外与阴阳，它们之间的关系既是对抗，又是共生的相互 依存的，即物质世界的一般规律是许多事物的由来与根源。天地之道，以阴阳二气造化万物， 人与自然之间存在着互动的关系，世上没有独立存在的事物。世界上所有的物质都是相互联 系、相互影响、相互存在的一个有机统一的整体。宇宙自然是大地，人则是一个小天地。最基本的道粒子分成单纯的阴和阳，在此基础上产 生新的阴和阳，衍生出新的相互关系，不同的意识形态信息产生新的关系，新的关系产生新的 组合，新的组合产生新的物质，新的物
14、质产生新的外相，在复杂的层叠关系下，组成万物众 生。将宇宙万物与人的精魄联系到一起，就产生了万物有灵的设计概一一万物皆有灵 性，彼此联系，彼此影响，甚至还会彼此转化。（三）设计交互方式：完成科普情境创设后，将进行交互方式的具体设计，以万物有 灵为例来看，用户站立在装置前的体验区时，可以体验到的互动内容有二：1. 人与宇宙之间相互联系、相互影响：当手臂隔空触碰到屏幕中的发光气泡时，将会有爆 炸效果与烟花反馈;当手臂未触碰到发光球体或体验区无人时，屏幕画面中的花朵粒子将向上 飘浮，不断生长、衰败、轮回，如图2。2. 真我与虚我之间的联系和影响：用户通过挥动手臂控制场景内方块运动，感受自身力量 对周
15、围环境所产生的影响，如图3。万物有灵将传统文化与体感交互相结合，通过艺术化处理方式将传统文化的内涵可视 化，创新价值体现在:1.内涵价值。为传统文化赋予科技生命，延长用户的停留体验时间，发 扬传统文化的魅力。2.色彩鲜明。通过丰富的色彩还原度、强烈的色彩对比，提供绚丽的视觉 体验。3.趣味互动。人与万物、真我与虚我之间的互动，能够引发用户的深思。互动方式便 捷、互动效果明确，加之绚丽的视觉效果，使得互动过程具有趣味性。（四）实现具体方案：在方案设计完成后，需要通过原型测试和用户体验等方式对方案的 实际效果进行评估和改进，以万物有灵为例来看，它利用三维粒子艺术直观展现、表达出 人与宇宙之间的动态
16、联系和空间探索的概念，使用三维粒子来表现具有灵性的万物，利用粒子 局部变幻、整体统一的特性，表达万物之间互相影响、互相联系的道家太极的文化内涵。万物有灵互动展项包含两项内容。其一是：用户与粒子组成的宇宙万物互动;其二 是：用户作为“真我”，与代表用户的虚拟映射“虚我”进行互动。互动一：感知人与万物之灵的关联和影响。屏幕中，整个粒子空间中飘浮的气泡与花朵粒子，营造空灵与神秘的气氛。当用户站在 Kinect检测范围内时，可隔空触碰屏幕中的气泡，将会触发整个粒子世界的律动和改变随着 用户在屏幕前不断走动，屏幕中的粒子也会跟随观者移动，不断变化颜色。当用户触碰到气泡 粒子时，该粒子会破壁消失，并在消失
17、位置诞生出一朵新的花朵粒子，使互动者感受人与宇宙 之间的联系，周围的花朵粒子会根据被触碰气泡相应的颜色产生相同色系的粒子烟花效果。当 用户挥动双手时，手部会跟随一串小气泡，既便于用户确认自身位置，又增加了画面层次感， 如图4、5。（三）交互界面合理：在设计交互界面的过程中，设计尽可能重点突出、导向明确的简洁 界面，将交互重点内容放置在视敏度高的位置，根据用户的行为逻辑设计合理的交互动线，并 配合一定的视觉元素给予用户一定的交互引导。（四）交互过程有趣：从用户体验角度来看，科普展示应在交互过程中增加趣味性和可玩 性，通过设置奖励机制提升用户在交互过程中的自我满足感和荣誉感，提供即时反馈机制来激
18、励用户持续交互，采用沉浸式体验模式，调动用户对展项的感情。（五）交互融合内容：将体感交互融入到展示空间中，一方面需要与整体环境相融合，带 给用户美的观展体验;另一方面还需要考虑在用户在展示环境中体验的稳定性与安全性。在观 展过程中让用户拥有获得感并且在复杂的展示空间仍然可以稳定、安全地进行交互体验是在设 计之初就需要考虑妥当的方面。四、基于Kinect的传统文化科普体感装置万物有灵的设计与实现本文在落实文章上述的设计理念和交互原则的基础上，提出的科普展示体感交互项目的一 般性设计方法与流程，以中国传统文化中的太极文化为背景设计体感装置万物有灵，并根 据流程和方法具体实践，验证其合理性与可行性。
19、体感装置万物有灵将道家文化中万物皆 有联系、互相影响、互相转化的哲学思想做了艺术化和具象化的处理，以三维粒子的设计代表 宇宙万物，为用户呈现直观、奇幻的视觉效果，引发用户对宇宙、对人生、对自我的无限思 考。（一）明确科普目的：基于体感交互技术的科普展示项目应在设计之初明确科普目的，将 技术实现放置于服务科普主体的位置上。万物有灵为例来看，它将体感互动与中国优秀传 统文化相结合，利用体感检测设备，以变幻无限的粒子表达道家文化的种种内涵，与用户实时 互动体现科技与文化的有机统一。道家文化的内涵经由粒子交互而得到直观表达，能够引起观 者无限的延伸思考，使其在获得互动悦趣的同时，拉近与传统文化的距离，
20、以体感交互这一新 型呈现形式进一步传播优秀的传统文化。道家提出的天地人及宇宙万物为有机统一整体的观念及其所蕴含的生态保护思想，对于我 们坚定不移地落实全面、协调、可持续的科学发展观的今天来说，具有极大的重要性。我们今 天主张“和谐社会”不仅是对中国传统优秀文化的认可，而且是对古代和谐概念的扩展和创新， 对于新生一代而言，我们不仅要理解现阶段的“和谐”概念，更要关注其中所蕴含的源远流长的 传统文化。传统文化，是优秀创作的不竭动力之源。（二）创设科普情境：在明确科普目的的基础上，为用户创设合理有趣的故事背景，将用 户带入到科普情境中。以万物有灵为例来看，以中国优秀传统文化为背景，营造出一个相 互联
21、系、飘扬通达的文化空间。中国文化中，最飘逸清扬智达慧睿的就是道家。道家思想这种思想流派以道”为最高哲学 范畴，认为“道”是世界的最高真理，“道”是宇宙万物的本源，“道”是宇宙万物赖以生存的依 据。广阔的宇宙中发生的一切都关乎内外与阴阳，它们之间的关系既是对抗，又是共生的相互 依存的，即物质世界的一般规律是许多事物的由来与根源。天地之道，以阴阳二气造化万物， 人与自然之间存在着互动的关系，世上没有独立存在的事物。世界上所有的物质都是相互联 系、相互影响、相互存在的一个有机统一的整体。宇宙自然是大地，人则是一个小天地。最基本的道粒子分成单纯的阴和阳，在此基础上产 生新的阴和阳，衍生出新的相互关系，
22、不同的意识形态信息产生新的关系，新的关系产生新的 组合，新的组合产生新的物质，新的物质产生新的外相，在复杂的层叠关系下，组成万物众 生。将宇宙万物与人的精魄联系到一起，就产生了万物有灵的设计概一一万物皆有灵 性，彼此联系，彼此影响，甚至还会彼此转化。（三）设计交互方式：完成科普情境创设后，将进行交互方式的具体设计，以万物有 灵为例来看，用户站立在装置前的体验区时，可以体验到的互动内容有二：1. 人与宇宙之间相互联系、相互影响：当手臂隔空触碰到屏幕中的发光气泡时，将会有爆 炸效果与烟花反馈;当手臂未触碰到发光球体或体验区无人时，屏幕画面中的花朵粒子将向上 飘浮，不断生长、衰败、轮回，如图2。2.
23、 真我与虚我之间的联系和影响：用户通过挥动手臂控制场景内方块运动，感受自身力量 对周围环境所产生的影响，如图3。万物有灵将传统文化与体感交互相结合，通遏艺术化处理方式将传统文化的内涵可视 化，创新价值体现在:1.内涵价值。为传统文化赋予科技生命，延长用户的停留体验时间，发 扬传统文化的魅力。2.色彩鲜明。通过丰富的色彩还原度、强烈的色彩对比，提供绚丽的视觉 体验。3.趣味互动。人与万物、真我与虚我之间的互动，能够引发用户的深思。互动方式便 捷、互动效果明确，加之绚丽的视觉效果，使得互动过程具有趣味性。（四）实现具体方案：在方案设计完成后，需要通过原型测试和用户体验等方式对方案的 实际效果进行评
24、估和改进，以万物有灵为例来看，它利用三维粒子艺术直观展现、表达出 人与宇宙之间的动态联系和空间探索的概念，使用三维粒子来表现具有灵性的万物，利用粒子 局部变幻、整体统一的特性，表达万物之间互相影响、互相联系的道家太极的文化内涵。万物有灵互动展项包含两项内容。其一是：用户与粒子组成的宇宙万物互动;其二 是：用户作为“真我”，与代表用户的虚拟映射“虚我”进行互动。互动一：感知人与万物之灵的关联和影响。屏幕中，整个粒子空间中飘浮的气泡与花朵粒子，营造空灵与神秘的气氛。当用户站在 Kinect检测范围内时，可隔空触碰屏幕中的气泡，将会触发整个粒子世界的律动和改变随着 用户在屏幕前不断走动，屏幕中的粒子也会跟随观者移动，不断变化颜色。当用户触碰到气泡 粒子时，该粒子会破壁消失，并在消失位置诞生出一朵新的花朵粒子，使互动者感受人与宇宙 之间的联系，周围的花朵粒子会根据被触碰气泡相应的颜色产生相同色系的粒子烟花效果。当 用户挥动双手时，手部会跟随一串小气泡，既便于用户确认自身位置，又增加了画面层次感， 如图4、5。
