科 技 馆 研 究 文 选 （ ２ ０ ０ ６ ?

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科 幻 剧 场 的 展 示 设 计??

雷 国 静

＃??

【 摘 要 】 杭 理 了 中 国 科技馆 新 馆 四 层 “ 挑 战 与 未 来 ” 主 题展厅 Ｂ 厅 “ 走 向 未 来 ” 展 区 内 中 科 幻 剧 场 展??

项 的 建设 中 的 每 一 个 环 节 ， 包 括 方 案 设计 、 初 步 设 计 、 深化 设计 、 制 作 等 过程 中 完 成 的 工 作 和 解 决 的??

问 题 ，

以 及存 在 的 问 题做 了 归 纳 和 总 结 。??

【 关键 词 】 中 国 科技馆 新 馆 科 幻 剧 场 展 项 设 计??

科幻 剧 场展项 位 于 中 国 科技馆新馆 四 层 “ 挑 战 与 未来 ” 主题展厅 Ｂ 厅 “ 走 向 未来 ” 展 区 内 。

“ 走 向??

未来 ” 展 区 的设计是在 “ 面 临 挑 战一解决 问 题——美好 未来 ” 的 展示 思 路指 导 下 产 生 的 。??

我 们 究 竟 要 给 观众展示 一个 怎 样美好 的 未来 ，

一 直是 我 们 思 索 和 讨论 的 主 题 。 未来是什 么 样 子 呢 ，??

我 们 无 法 给 观众一个确 切 的 答 案 。 除 了 展 示 基 于 信 息 化 的 未 来 之外 ， 我 们 仍 然 想 给 观众 思 考 和 幻 想 的??

空 间 ， 因 为 “ 想 象力 比 知 识更 重要 ”

。 很 多 科技 发 明 或发 现都是 由 人类 的 幻 想 引 发 才得 以 实 现 的 。 科幻??

剧 场项 目 立 项 意在激发 人类对未来 的 科学幻 想 。??

该项 目 是与 企业共 同 联合研发 的创 新 展项 。??

一

、 方 案 设 计 环 节??

在 最 初 的 方 案 设计环 节 ， 项 目 组 对 科幻 剧 场 展 项 展 示 内 容 和 互 动 方式 等 方 面 的 整 体定 位 做 了 细 致??

的 分析 和 讨论 ， 最后 一致认为 ：??

科幻 剧 场 中 的 科幻 内 容 反 映 的 是 硬 科幻 的 内 容 ， 要 具有 扎 实 的 科 学 原 理 和 科 学 基础 。 科幻 通 常 分??

为 软科 幻 和 硬科幻 ， 软科幻 是指 情 节 和 题材 集 中 于 哲 学 、 心 理学 、 政 治 学 或 社会学 等 内 容 ， 而 硬科 幻??

指 以 对科技 进 步 的 幻 想 本 身 作 为 故 事 的 主 线 内 容 ， 是 以 物 理 学 、 化 学 、 生 物 学 、 天 文 学 等 自 然科 学 为??

基 础 的 、 以 描 写 新 技术 新 发 明 给 人类 社会带 来 影 响 的 科幻 作 品 。 简 言 之 ， 软 科幻 就是 以 关 注 人文 为 重??

点 的 科 幻 作 品 ， 硬 科 幻 是 以 科 学 技 术 为 重 点 的 科 幻 作 品 。 而 我 们 希 望 展 示 的 是 硬 科 幻 的 作 品 和 内 容 ，??

不 能脱离科学 原 理和 科学基础 。 而且剧 场 的 内 容根据情况 可 以 进行不 断地更新 和 调 整 。??

科幻 剧 场 要 具有 互 动 性 ， 与 其他 注 重 视 频 播 放 的 剧 场有 一 定 区 别 。 即 观众 在 感 受 和 体 验整 个故 事??

情节 的 同 时 ， 能 够参 与 到 情节 中 ， 并且根 据 剧 情 发 展 产 生 互动 。??

当 项 目 组 成员 在 方案 设计环 节 有 机会 接 触 和 了 解 超声 波 定 位 技 术 和 三 维 扫 描技 术 之后 ， 决定 将 定??

位 技 术 作 为 观众参 与 互 动 的 一 种 基 础 和 方式 。 即 通 过远 程 沉 浸 式 科 幻 剧 场 ， 观众 在 进 行 三 维人脸 扫 描??

之后 ， 头 戴 具 有 定 位 装 置 的 头 盔 ， 参 与 相 应 科 幻 剧 的 演 出 ， 而 自 己 就 是其 中 的 角 色 之一

。 观众在 舞 台??

雷 国 静 ， 中 国 科 学 技 术 馆 展 品 技 术 部 ，

工 程 师 。 主 要研 究 方 向 ： 展 品 维 修 及 改 造 的 相 关 技 术 研 究 。 通 信 地 址 ：??

北 京 市 朝 阳 区 北 辰 东 路 ５ 号 中 国 科技 馆 。 邮 政 编 码 ：

１ ０ ０ ０ １ ２ 。 电 子 邮 件 ：

ｓ ｏ ｍ ｅ ｈ ｏ ｗ ＠ ｓ ｏ ｈｕ ． ｃ ｏ ｍ 。??

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科 技馆 展 览 与 展 示 研 究??

上 的 位移触 发屏幕上相应 的 角 色一起参 与 互 动 。??

通 过 这 样 的 参 与 方式 观众不 仅可 以 领 略 高 新 信 息 技 术 的 应 用 ， 也 可 以 随着 剧 情 发展 展 开 自 己 的 想??

象 。 同 时 通 过 这 个 项 目 建立科 技 馆 间 的 联 动 机 制 ， 在 中 国 科 技 馆参 观 的 观众 可 以 和 异 地 科技 馆参 观 的??

观众一起参 与 剧 场 的 互 动 剧 情 中 ， 体验科学 的 乐 趣 。??

二 、 初 步 设 计 环 节??

在 这个 阶段 项 目 组 成 员 与 中 标 单位 共 同 确 定 了 观众具体 的 参 与 方式 ， 并 完 成 了 展项 基础 资 料 的 准??

备工作 。??

一

（

） 本地 和 异 地观众 的 参 与 方 式??

本地观众首先进人一个数字采集 区 ， 立刻看到 自 己 的三维立体数字影像 ， 接着利 用特征提取技术将观??

众 的形象变成卡通顺 。 观众到 达卡通形象调整 区 ， 对 自 己 的 卡通形紐行调整 。 如 果观細 意进人主场??

地表演 ， 先要在现场工作人员 的协助下选取相应 的表演道具 ， 然后到 主场地参与表演 。 齡 可 Ｗ 看到雄??

幕上他扮演 的 角 色 的头像是 自 己 的卡通形象 ， 通过角 色扮演参与 整个剧情 的表演 ， 并推动剧情 的发展 。??

科 幻 剧 场 除 支 持本 地 观众参 与 外 ， 同 时 也 支 持 异 地 观众 的 即 时交互 和 参 与 。 在 异 地 终端装 置前参??

与 的 观众 可 远程 实 时参与 科幻 剧 的 互 动 内 容 。??

异 地 观众也需 要 采 集 自 己 的 三 维 图 像 ， 并 进 行 卡 通 形 象调 整 ， 之后 即 可 参 与 到 互 动 环 节 。 当 异 地??

观众对双方联 动 发 出 申 请 时 ， 此 时异 地 观众 可 在 现场工 作 人员 的 指 导 和 帮 助 下 手 持二维 码 卡 片 ， 用 手??

在 桌 面 上 推 动 二 维码 卡 片 ， 以 此 代 表 角 色参 与 和 互 动 。 异 地 桌 面 系 统前方 的 小 屏 幕 显 示 的 内 容 与 本地??

大屏幕上 的 内 容一致和 同 步 。??

参 与 人数 和 工作 人 员 的 确 定 ： 首 先本 地 和 异 地 观众在 未 发 生 联 动 申 请 时 ， 均 可 独 立 完 成 整 个 游 戏??

项 目 ， 此 时 本 地 观众 为 ４ 名 ， 如 果 少 于 ４ 名 ， 系 统 将 自 动 进行 接 管 ， 而 异 地 观众 为 １ 名 ， 其余 ３ 名 系??

统 自 动 接 管 ； 当 本 地 和 异 地 发 生 联 动 申 请 时 ， 本 地 观众 为 ３ 名 ， 异 地 观众 为 １ 名 进 行参 与 ， 不 足 指 定??

人数 系 统会 自 动 进行接管 。 同 时此项 目 需要 本地 和 异 地工作 人员 各 １ 名 。??

（ 二 ） 展 项 的 基础 资 料??

在这个 阶段完成 了 科幻剧 场展项相关 的一些基础 资料 的 准备 ， 包括展项 的平 面 图 、 立面 图 、 剖 面 图 以??

及彩色三维效果 图 ， 展项所需 的各种设备和材料 的 清单进行 了 详细梳理 ， 该展项 用 电 的需求 、 Ｘｆ投影机??

的 吊 挂需求 ， 以 及基本 的 舞 台 灯光设备 、 网 络要求具备六类 网 络接线 和无线 宽带接人环境 ， 能够达到 ２Ｍ??

的互联赚入带宽 ， 这些需求都需要工程建筑方 ， 展厅布展册方 以 及信息化方面等野支持和配合 。??

（ 三 ） 展 项 主 要 采 用 的 技 术??

本 项 目 中 涉及 多 种 交叉 学科 的 关键技术 ， 其 中 包 含数 字 图 像处 理 技 术 、 模 式 识别 技 术 、 生 物 特征??

识别 技 术 、 人脸 三 维重建技 术 、 虚 拟 现 实 技术 、 基 于 二 维 条码定 位 的 互 动 技术 以 及 双 向 射频 通 信技术 ，??

应 用 了 动 画 制 作 、 舞 台 游戏 引 擎等 多 媒体手段 ， 跨越计算 机科学 和 舞 台 艺 术两 大领域 。??

（ 四 ） 多 媒体脚 本 大 纲??

经 过讨论 确 立 了 以 太空 探 索 为 故 事 背 景 ， 故 事 情 节 分为 六 幕 的 设 计 ， 每 一 幕 向 下 一 幕 发 展 时 ， 可??

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以 选 择 多 个 剧 情 的 其 中 之 一

。 观众来 到 这 里 看 到 的 故 事 情 节 并 不 是 固 定 不 变 的 ， 会 随着 情 节 的 发展故??

事 发 生 变 化 ， 而 且 在 这 六 幕 中 ， 有 动 画 和 互 动 环 节 ， 动 画 部 分 主 要 是 作 为 故 事 的 介 绍 和 情 节 的 发 展 ，??

互 动 环节 中 观众 能 够通过 在舞 台 上 的 位 移 ， 共 同 完 成指 定 的 任 务 ， 参 与 到 故 事情 节 的 发展 中 。??

三 、 深 化 设 计 环 节??

这个 阶 段 中 标 单位对 展项 的 实 现 进行 了 技 术 保证 和 相 关技 术 资 料 的 准备 ， 项 目 组 成 员 和 监理方 对??

每— 个环节进行 了 技 术 把关 。??

一

（

） 基础 资 料 的 落 实 工 作??

这个 阶 段 ， 根 据 展项 自 身 特 点 和 特殊需 求 ， 完 成 了 有 关展项 的 所 有 图 纸 总 成 图 、 平 面 图 、 舞 台 天??

花 平 面 图 、 舞 台 定 位 识别 控 制 器 安 装 大样 图 、 电 气 插 座 平 面 布 置 图 、 网 络 通 讯 平 面 布 置 图 、 二 维 条码??

桌 面 舞 台 装 置部件 图 、 固 定式 三 维 扫 描 仪装 置部 件 图 、 卡 通形 象调 整 器装 置部 件 图 、 电 气 原 理 图 、 ＡＶ??

系 统 图 、 灯光 系 统 图 、 网 络 接线 图 、 通 信 接 线 图 。 在 这个 阶段 项 目 组 成 员 配合监 理 方对所 有 技 术 图 纸??

进行 了 详细 的 审 核 。??

在 这 个 阶段 很 重 要 的 一 项 工 作 就 是项 目 组 成 员 、 该项 目 的 中 标单位 方 以 及 四 层 整 体 布 展 方一 起再??

次 确 认整 个展项 的 外 观和 造 型 ， 以 及整 体环 境 设计 。 中 标 单位方 与 布 展 之 间 针 对整 个展项 的 布 线 问 题 、??

特殊 的 悬挂 问 题 、 定 位装 置 的 现场基础 架构 等 内 容进行工作界 面划 分和 落实 。??

（ 二 ） 主 要 功 能 模块??

整个项 目 的 技术保 障 和 具体实施 ， 涉及 的 几 个 主要功 能模块 同 时进行 开 发 ：??

１ ． 三 维 人脸扫 描 技 术??

实 现 三 维 扫 描 首 先需 要建立 一个数 据 库 ， 强 大 的 数 据库是 人脸识别 的 基础 和 保证 。 这个 数 据 大概??

集合 了 不 同 国 家 和 地 区 约 １ ０ 万 张人脸 的 信 息 。 当 观众 站 在 三维人脸 扫 描机 柜前 ， 启 动 扫 描按 钮 ， 系 统??

将 瞬 间 提取 观众人脸 的 特征 点 ， 并 在 观众人脸 上 自 动 标 记 出 需 要 的 特 征 点 ， 例 如 外 眼 点 、 内 眼 点 、 眉??

间 点 、 鼻 下 点 、 颌下 点 、 嘴 角 点 等 。??

观众 在 参 与 时 ， 操作 界 面会通 过 各 种 图 例 提示 观众 哪 些 表情 和 动 作 对 扫 描效果 是 无 效 的 。 之后 系??

统将 自 动 采 用 一 定 的 算 法 与 数据 库 中 的 人脸 进行 匹 配 ， 从 而 选 择 最 适 合 观众人脸 的 图 像 。 当 三 维人脸??

扫 描 获 取之后 ， 观众可 以 立 即 获取一个 自 己 三 维 卡 通 形 象 的 编 号 。??

当 观众 在 三 维 扫 描 仪前 输人 自 己 的 编 号 后 ， 可 以 对 自 己 的 卡 通 形 象进 行 调 整 。 系 统 自 动 将 调 整 后??

的 人脸 信 息 和 匹 配 的 号 码 发 送 到 服务 器 中 ， 实 现 三 维 人脸 扫 描 图 像 映 射 到 动 画 故 事 情 节 中 ， 以 便 后 续??

工作人员 根 据 编 号对观众扮 演 的 角 色 和对应 的 头盔进行分配 。??

其研发 之所 以 能 够 成 功 主要 原 因 在 于该 中 标单位 过 去 多 年 在 三 维 人脸 扫 描 技 术 方 面 的 积 累 。 这 个??

环 节研 发 的 难度 在 于 这些 技 术 都 是 实 验 室 的 效果 ， 没 有 对 大量 观众 的 参 与 和 体 验进 行 过 测 试 。 所 以 需??

要 进行不 断 测 试保持 系 统 的 稳 定 性 。??

２ ． 定 位 技 术??

展项 涉及 的 所有 技 术 问 题 中 标单位 技术人 员 均在 实 验 室 内 进行 了 技术测 试 和 试验 。??

本地 采 用 的 超声 波 和 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 定 位 技 术 ： 在 实 验室 内 搭建一 个 和 新 馆差 不 多 的 环 境 ， 包 括对定 位 装??

置 进行技 术 测 试 。 沉 浸 式 互 动 智 能 舞 台 是 剧 场 的 表 演 区 ， 天 花 板上 和 观众佩戴 的 头 盗芯 片 中 均 安 装 有??

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科 技 馆 展 览 与 展 示 研 究??

Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 超 声 波定 位 装 置 ， 这 些 感应 器 呈 蜂 窝 状 分 布 ， 能 够侦测 到 表 演 观众所 佩戴 的 互 动 装 置 的 位 移 变??

化 和 操作 指令 ， 将舞 台 上 的 表演 映射 到 虚 拟 现 实 场 景 中 。??

虚 拟 场 景 中 包 括 背 景 和 漫 画 卡 通 人 物 形 象 ， 由 投 影 显 示 到 旁 边 墙 壁 上 的 荧 幕 里 。 演 员 可 以 看 到 银??

幕 中 自 己 的 虚 拟 形象 随着 自 己 走 动 ， 虚 拟 形 象根 据演员 动 作所代 表 的 指 令 ， 可 执行相应 的 任 务 。??

异 地 采 用 的 二 维 码 定 位 技 术 ： 二 维 码 是 一 组信 息 压 缩 到 图 像 里 ， 再通 过设备 扫 描读 取信 息 的 一 种??

方式 ，

二 维码 是 一 种 全新 的 自 动 识别 和信 息 载 体技 术 。 异 地 的 观众手 持装 有 二 维 码 的 卡 片 ， 通 过 卡 片??

的 移 动 实 现 定 位从 而 完 成 故 事情 节 的 发 展 。 系 统 自 动 通 过 摄像 头 扫 描 卡 片 中 二 维 条码 的 变 化 ， 实 现 与??

智 能 舞 台 相 仿 的 交互 机 制 ， 使得 异 地 观众 只 需 很小 的 空 间 也 能 够方 便 地 与 中 国 科技 馆 的 观众 进 行 剧 场??

的 同 步互 动 参 与 。??

（ 三 ） 故 事脚 本 的 确 立 和 互 动 环 节 的 设计??

在深化设计环节 ， 要求在 以 科学 知 识为 基础 、 不脱离科学 知 识 的 前提下 展 开 想 象 的 翅膀 。??

故 事 以 “ 星 空 探秘 ” 为 背 景 ， 有 很 多 科 学 知 识 在 其 中 ， 比 如 中 子 星 、 白 矮 星 、 黑 洞 、 白 洞 以 及 共??

振 时 空 等 ’ 充满神 秘 色 彩 ， 都 是科学 家正在探索 的 外 太空 科学 知 识 。??

故 事 以 太 空 城 收 到 一个 特殊 的 信息 作 为 开 端 。 于 是 ， 太空 城教授 派 ４ 名 队 员 前 去 探 索信号 的 来 源 。??

在 探 索过程 中 ， 他 们 遇 到 了 种 种 困 难 和 艰辛 ， 四 名 队员 共 同 协作 完 成 各 种 任 务 。 途 中 他 们 到 达 了 曾 有??


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