智慧博物馆方案(完整).doc

智慧博物馆智慧博物馆是在实体博物馆、数字博物馆概念基础之上，由于科学技术的进步而演变发展起来的新生事物，传统实体博物馆因观念、技术、场地、展陈能力限制，以及有时出于对文物保护的考虑，所能展示、提供的文物信息量严重不足，实体博物馆在时间、空间与展示形式上的内在局限性，制约了博物馆的社会教育和文化传播能力。数字博物馆的出现，突破了藏品展陈的时空限制，丰富了藏品展陈方式，扩展了展陈内容，但仍旧存在局限性。内在机制层面上，数字博物馆为单向信息传递模式，导致了数字博物馆所提供的信息的时效性、真实性、交互性和现场体验感与实体博物馆存在巨大的差异。同时，也加剧了博物馆内部各自为政和信息孤岛的形成，对管理、保护和研究工作的系统支持有限。智慧博物馆以多模态感知“数据”替代数字博物馆的集中式静态采集 “数字”，并以此为基础，建立更加全面、深入和泛在的互联互通，消除信息孤岛，使人与人、人与物、物与物之间形成系统化的协同工作方式，从而形成更为深入的智能化博物馆运作体系。智慧博物馆淡化了实体博物馆相互之间以及实体博物馆与数字博物馆之间的界限，形成了以博物馆业务需求为核心，以不断创新的技术手段为支撑，线上线下相结合的新型博物馆发展模式。智慧博物馆提供“物、人、数据”三者之间的双向多元信息交互通道。博物馆中的人（包括现场观众和线上观众、博物馆工作者，以及相关机构和管理部门）、物（包括藏品，各类设备设施，库房、展厅等）的信息可动态感知，并通过网络汇集，借助物联网和云计算技术，建立“物人”“物数据”“人数据”之间的信息交互和远程控制，同时结合云计算和大数据技术，从而实现对博物馆服务、保护和管理的智能化自适应控制和优化。以“人为中心”的信息传递模式，使藏品与藏品、藏品与展品、藏品/展品与保护、研究者、管理者与策展者、受众与展品等元素之间的联系真正达到智慧化融合。1.三维藏品模型数据库1.1系统概述1.1.1数据库数据库技术是一种用计算机管理数据的方法,它研究如何对数据进行编码、组织、分类、存储、检索、更新及维护。20世纪60年代,第一次引入数据库技术以来,数据库技术得到了长足的发展,在各个领域都可以看到数据库技术的应用,都使用数据库来存储、操纵和检索各类数据。在博物馆事业中引入数据库技术,利用数据库技术对博物馆藏品信息进行有效管理,将替代传统藏品卡片式的管理方式,大大提高藏品信息管理力度。博物馆藏品管理是博物馆一项基本工作,是博物馆一切业务工作的重点。当然藏品数据库建设的最终目的是为了让大众在任何时间、任何地方通过网络共享文物藏品资源信息。1.1.2三维藏品模型智慧博物馆系统必须是在一个三维的环境中运行，三维模型的建立是整个智慧博物馆实现的基础，其次才是实施绘制和立体显示的工作，而在整体环境建设中，以藏品的三维模型数据库最为核心，即在技术上采用三维虚拟技术对藏品进行数字化处理，整理其相关信息，进行智能化管理。例如，博物馆可以将传统的展示方式（实物+文字+图片）形式转变为更为主动交互（实物+虚拟化立体模型+语音+互动）形式。在智慧博物馆中，我们不仅要求模型外观逼真可信，同时对部分物体还需要有良好的互动及交互功能。此外，对于整个系统运行的实时性的要求也比较高，而场景中模型的数量及类型多而复杂，这位整个系统运行的流畅性增加了一定的难度，故对于模型数据的优化及简化的技术也十分重要。1.2系统特点1.2.1博物馆三维藏品数据库突破时间和地域的限制，能够有效地扩大博物馆知识传播的范围，突破时间和空间的藩篱，可以让世界各地观众尽情浏览所喜欢的藏品，变被动接收为主动参与。1.2.2博物馆可以将因条件不具备而无法展出的藏品，从“深闺”中发掘出来，使得湿度、温度、光线等问题不再成为制约其展示的障碍。1.2.3可将藏品的相关信息通过云存储，实现对博物馆藏品的征集与收录、对藏品进行编目、对藏品进行保存于修复等规范化管理。根据用户的不同层次进行专业的检索和统计分析。1.2.4藏品的三维技术的运用，使得其展示效果更加逼真、生动和全面，不仅可以全方面360度地鉴赏和研究，还能进一步对博物馆资源（包括文字、图像、声音等）进行整合、加工、提升和更换，在某种程度上作为实现与观众交互的基础。1.3技术应用1.3.1三维建模技术在三维藏品数据库的建立中，三维场景及物体是可由专业的建模软件来完成，利用这种建模的方法能够方便而真实的表现显示生活中的场景和物体，同时也能够生成动画和片段，方便进一步的交互及漫游的实现。在追求三维藏品逼真性和还原性的同时，需要考虑到是它实时运行时的速度与快捷性，所以在模型的简历的时候我们不仅要从硬件上对其运行做好充分的准备与支持工作，更多的是在简历模型的时候就要考虑到这个因素，做好模型优化工作。1.3.2超高精度扫描系统在模型建立的过程中，同时可以采用三维超高精度扫描系统。3D扫描技术是结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术，所以又称之为“三维结构光扫描仪”。 3D扫描技术仪可以创建物体几何表面，用以插补成物体表面形状，越密集的点云可以创建更精确的模型。若扫描仪能够取得表面颜色，则可进一步在重建的表面上粘贴，亦即所谓的材质粘贴。1.3.3数据库建立与管理既有对进入藏品数据库的信息进行统计、查询和知识整合，又有将人作用于藏品的保护、研究和管理信息不断积累，形成藏品的“生命档案”。利用三维动画技术可以进行精确的古迹复原，立体、逼真地展现文物、古迹，甚至模拟历史场景，并在此基础上，制作出影视宣传片，介绍历史的变迁以及博物馆的情况。以藏品信息管理为核心的博物馆综合业务管理软件、数据库管理软件、知识库管理和信息服务平台等。2. 360度全息幻影成像系统2.1系统概述360度全息幻影成像系统是用一种将三维画面悬浮在柜体实景中的半空中成像系统，也被称之为三维全息影像、全息三维成像，它是由透明材料制成的四面锥体，观众的视线能从任何一面穿透它，通过表面镜射和反射，观众能从锥形空间里看到自由飘浮的影像和图形。四个视频发射器将光信号发射到这个锥体中的特殊棱镜上，汇集到一起后形成具有真实维度空间的立体影像。360度全息幻影成像系统在博物馆虚拟展厅中常有应用,它可以使立体影像不借助任何媒介而直接投影于特定的空间,忠实地再现现实中的物体或复原出存在于远古的物体。由于影像清晰可见、色彩还原度高,因此非常逼真,可以给受众以强烈的视觉冲击,仿佛置身其中,满足了受众对博物馆展览探索、猎奇的要求,提升了参观的体验性和娱乐性。2.2 系统特点幻影成像系统是基于“实物模型”和“立体幻影”的光学成像结合，利用多机多方位摄像技术及人眼视觉心理特性，获得“立体幻影”与实物模型结合及相互作用的逼真的视觉效果。配上三维声音、灯光、气味、烟雾等，使其更加惟妙惟肖。尺寸灵活三维全息系统硬件设备分为成像区与工作区两部分，成像尺寸由1.2M至12M，可根据不同的应用需求进行尺寸选择。 安装便捷三维全息系统能根据现有的建筑或安装位置空间来修改硬件的体系和结构，有利于在各种建筑和城市空间里永久安装。内容多样三维全息系统可根据需求随时更换数字内容。2.3 技术应用360全息幻影成像系统由柜体、分光镜、射灯、视频播放设备组成，基于分光镜成像原理，通过对产品实拍构建三维模型的特殊处理，然后将拍摄的的产品影像或产品三维模型影像叠加进场景中，构成了动静结合的产品展示系统。不需要人们佩戴任何偏光眼镜，在完全没有束缚下就可以尽情观看3D幻影立体显示特效，给人以视觉上的冲击，具有强烈的纵深感。展示方式：需要在特点环境内进行设备搭建与安装硬件设备：CI,360全息呈像系统数字内容：三维数字内容技术手段 ：以数字内容形式展示人物、物体或标识，适合大型场馆的影像再现及形象展示 展项环境：用电量：220V 6000W 以上参与人数：若干人 灯光照明要求：暗灯光 安全、防护要求：无 主要组成设备1、三维图像显示及控制系统1）、360全息专用投影设备2）、360全息影像用高背投幕3）、图像反射系统及显示系统4）、高性能图形计算机工作站 2.4 适用范围幻影成像可以揭示一个现象、演示一个规律、解释一个科学原理、讲解一段故事、树立企业形象、介绍一种产品、分析数据曲线，以及一些危险环境下的不适宜人进入的场景等。目前国内外有影响的博物馆大量采用现代展示技术，挖掘历史文化、民俗风情、历史典故、民族旅游热点、亮点，吸引了大量游客，促进相互发展，达到了双赢和多赢的效果。3. AR体验系统3.1系统概述AR（增强现实）是一种通过摄像头对现实三维空间进行定位，从而在现实影像上叠加虚拟影像的技术。博物馆展品AR交互体验系统首先让观众通过手机或者平板电脑的摄像头影像识别出他正在观看的展品，对展品的三维空间位置进行实时定位，然后在手机或者平板电脑上启动一段关于这个展品的交互体验，如显示展品历史、显示相关展品等。某博物馆通过AR技术向用户显示展品信息。图中观众通过手中的平板电脑识别出了现实中的展品。3.2系统特色展品AR交互体验系统可以极大地增强参观博物馆的趣味性。当观众在博物馆中游览时，他不再只是被动的接收信息，而是能主动同展品进行交互，铺开一个新的展览维度，提升展览效果。以采金展台为例，我们可以在现实河道中设置“虚拟金子”，观众通过拿着手机或者平板电脑瞄准某个区域扫描展台就能成功“淘金”。3.3技术应用该系统包括以下三个模块：模块功能简介展品AR内容设计设计在AR应用中启动的对应于某展品的交互体验内容。展品识别对需要在博物馆中进行自动识别的展品进行特殊的数据采集和数据处理，从而可以在AR应用中通过摄像头影像自动识别。AR 应用安装在手机上或者平板电脑上的AR应用。该APP能完成展品识别和启动展品交互体验的功能。3.3.1空间定位技术（SLAM）。我们所掌握的AR空间定位技术能够准确的实时识别出站台在三维空间中的位置，从而让我们能够透过平板电脑屏幕在现实展台上稳定的显示出虚拟展品。3.3.2物品识别技术。通过计算机视觉的方式对3D物品进行实时识别。4.vr虚拟场景交互系统4.1系统概述VR（虚拟现实）是2014年开始在全球兴起的一种可以让用户体验虚拟世界的数字仿真技术。据美国Digi Capital预测，VR市场的规模在2020年将达到1500亿美金。习近平总书记在2016年G20峰会的主旨演讲中也把虚拟现实技术作为下一阶段产业革命的重点之一。VR技术具有打破时空限制还原场景、临场感强、交互性高的特点，所以已经在博物馆、旅游等行业中已经得到了广泛的应用。用户在“珠穆朗玛峰VR”中体验攀登珠峰的感觉4.2系统特点VR将能够给博物馆带来三个巨大的变革。4.2.1通过场景还原的方式让用户亲身体验不存在的场景。博物馆所展览的场景的都是存在于历史中的场景。怎么样可以让一个现代人真的穿梭回历史中，体会一下古人的所见所闻所感？答案就是通过VR。4.2.2通过高交互的方式向用户更有效的传达展览信息。传统的博物馆展示以静态展览，导游解说和视频介绍为主。这些展览方式缺乏新意，容易流于枯燥。而VR体验可以让用户参与一个场景，和场景互动，和场景中的人互动，甚至作为一个主角完成一个故事。从教育学的角度来说，这种让用户全身心参与的体验可以大大的提高用户的兴趣，从而提高信息传达的有效性，更好的实现博物馆的功能。以下图中的淘金展台为例：安康博物馆淘金展台安康历史上盛产沙金。淘金人的生活环境是什么样的？他们的工作内容是什么样的？我们可以按照展台在VR中复原出淘金的场景，让用户感受古安康的氛围；通过虚拟解说向用户介绍淘金的步骤；用户可以拿着手柄在VR中学习在河床里淘金的姿势，从而让用户更深刻的理解淘金的内涵。4.2.3打破时空限制向全球推介安康博物馆。制作完成的VR交互体验将能够登陆全球VR发行平台，向全球的VR用户推介安康博物馆，宣传安康和陕西省深厚的历史文化底蕴。4.3技术应用博物馆VR交互体验系统将包括四个部分，分别是场景漫游模块、场景交互模块、虚拟导游模块以及寓教于乐的故事模式。整套系统将能够让用户身临其境的在一个逼真的虚拟场景中扮演一个角色，通过与环境交互和体验一个故事的方式了解一段历史。模块功能简介场景漫游模块用户能在系统中体验一个历史场景，比如淘金、采矿等。用户能在场景中通过瞬移的方式自由移动。场景交互模块用户可以通过手柄和场景中的物品发生互动，比如拨动开关，拿起铲子，做出淘金动作等。虚拟导游模块一个动画形象的导游可以向用户解说展览，同时和用户交互。故事模式用户可以像在游戏中一样完成故事任务、得到奖励， 提高展览效果，比如挖到一定数量的金子。4.4技术优势4.4.1自由移动的VR体验。我们将采用基于HTC Vive的VR体验解决方案。跟一般的使用手机的VR方案不同，用户将能够在VR环境中自由移动，真正逼真的体验虚拟环境。4.4.2基于UE4的交互体验开发。UE4（虚幻引擎）是目前最高品质也是最复杂的用来开发互动VR体验的引擎，只有少数企业可以熟练掌握。我们将用UE4开发自然有趣的VR交互体验。4.4.3“次世代”级别的场景还原。我们将进行“次世代”级别（最高品质）的场景建模，最高限度的还原历史场景。同时我们经验丰富的美术团队将确保场景的氛围符合古安康的特点。4.4.4智能虚拟导游。我们所开发的智能虚拟导游系统可以和用户在VR场景中进行互动，向用户介绍展示场景。5.3D影像资料馆5.1系统概述5.2系统特点激光显示技术，开发并生产高色彩、高亮度激光投影机，以环境、用户友好的设计理念和整体解决方案的方式，为客户及观众提供无与伦比的视觉体验。5.3技术应用实现5.1环绕声影院还音系统（左右声道扬声器、中置扬声器、环绕扬声器、音效处理系统）实现3D影院音响大屏幕显示系统，可观看3D电影、鉴赏高清视频图像（3D高清投影机、4K纳米宽屏投影幕）实现高清播放系统，可网络在线播放电影、电视，（WIFI 播放器、高清硬盘播放器、3D播放器）3D互动系统，享受3D震撼画面和娱乐点播。LED 特效螺纹旋转球泡灯，实现五彩斑斓的梦幻效果。 场景控制:4种语音模式，2种3D灯光场景模式，影院淡入淡出模式。5.4适用范围3D影院系统环境要求5.4.1面积最好在20-50m2，听音室可与影音室共1间。5.4.2形状结构非常重要，高度不应低于2.5m，形状是非对称矩形，有利于音箱的纵向摆位。 5.4.3装修设计不要使用大面积的表面光滑、反射性强的材料（如玻璃、铝塑板或类似的材料）。墙面需做一些扩散和吸音处理，以避免大面积的光滑对称面，造成声音的反射过重，形成驻波，影响听音效果。影音室内遮光也需考虑。5.4.4影音室内设备配置应合理，设备搭配兼容性要高。6.智能导览机器人系统6.1系统概述智能导览机器人不同于一般的传统机器人，它有非常发达的“大脑”，即中央计算机，这种计算机能够进行按目的的动作，并且能够与操作它的人直接联系，按照人的意愿对它发出指令。智能机器人集成了多钟高新技术，融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等很多学科的知识。智慧博物馆的智能导览机器人，在自主自动的基础上，要实现人机交互，通过感知系统采集环境信息，进行传感器信息融合，建立环境模型，从而实现识别和躲避障碍物的功能。通过地面色标、激光定位等方法，可以实现沿规划好的路径进行行走。机器人可在巡迹行走过程中，对事先定位好的展品进行讲解。机器人体内具有温度、湿度、红外等环境传感器，可对室内环境进行监测。实现一定范围内的人与机器人自由对话，语音控制机器人的移动、肢体动作以及其他表演功能。6.2系统特点6.3技术应用智能导览机器人的基本功能模块可以分为主控模块、智能导览功能模块、语音控制功能模块、手势控制功能模块、身份识别功能模块、视频认知、智能会话、移动控制、导航避障等，针对博物馆场景，智能导览机器人软件系统按功能模块可分为：口令运动控制、手势运动控制、智能导引、身份识别、智能会话交互、休闲娱乐等功能模块，这些模块是机器人底层基本功能的组合。可以通过对底层基本功能的组合和利用接口进行二次开发，而形成其他的功能模块，应用于其他特定场景。6.3.1主控模块主控模块是机器人启动后进入的默认模式，在该模式下，机器人进入待命状态，在启动视频等待用户语音口令输入或者通过触摸屏输入指令，进入各个功能模块，在各个功能模块中如发现异常均会返回到主控模块的线程中。为了使机器人更具个性化，采用的交互方式是主动引导，主进程开启视频，认知身份，如果无法认知则转入身份认知子模块，进行身份登记，然后转入语音提示选择其他功能，如果可以认知身份，则直接语音提示选择其他功能。6.3.2智能导览功能模块智能导引模块的作用是机器人根据预设的路线到达特定的地点，也可根据口令自主设置路线。因为智能导引需要配合底层的自主导航和移动系统的配合，同时需要与语音模块，智能会话模块与视频模块的结合，调用相应的功能。例如利用语音和会话与用户交互，获得用户的命令、在智能导引中，用户用过语音和自然语言与机器人进行交互，机器人提示用户，只要包含相应的目的地关键词便可以，也可定义其他句式。6.3.3语音控制功能模块该模块主要是实现通过自然语言控制机器人的动作，通过人发出的自然语言口令，机器人根据口令，做出更精确的反馈。机器人接收到指令以后自主调动存储的语音系统，对相应的关键词进行应答或讲解。同时可设计调取相应的文本、图片以及视频资料，对相应场景有更全面的反馈。6.3.2手势控制功能模块该模块是根据视频信息，识别人类的各种手势（需要预先训练），从而执行相应的控制，如控制机器人的运动方向。在手势控制时，因为无法产生语音命令的起始点，因为初步方案是在手势控制模块，是不向语音模块发送消息的，即不调用语音模块的语音识别功能，在需要对任务执行结果进行提示时，可以利用语音合成功能，对当前执行的结果进行提示。6.3.4身份识别功能模块身份认知模块主要完成识别初始身份注册和身份认证任务，方便后续有选择的会话交流，身份识别可以单独执行，用于专门得身份收集和注册，便于机器人到新环境的预先适应，身份识别也可以被其他模块调用，例如在主线程启动时，需要启动身份认知模块，对用户友好的打招呼，或者提示用户登记用户的身份信息。6.3.6智能会话功能模块在智能会话系统的详细设计中，首先需要获得会话对象的身份，因此需要启动身份识别模块，获得身份则开始以用户以前的说话背景为依据进行聊天，如果无法获得用户身份，则利用身份识别模块，进行身份登记。机器人采用主动发问形式，主要是为了给语音识别设定一个开