一种展示高新技术成果的虚实结合展示技术

王玥 高天芳 朱云龙 汪梅

摘 要：随着高新技术成果的产业化加快，科技创新对国家发展具有非常重要的促进作用，科技发展与日常生活的关系更加密切，因此，人们对于了解科技发展特别是高新技术发展的愿望日益增强。与此同时，相关的科普资源和展示设计较为陈旧和单一，如何设计出既能准确把握高新技术科普内容，又能同时满足互动性与趣味性的展品成为亟需解决的关键性问题。本文以嫦娥奔月互动展示关键技术研究为例，旨在提升我国高新技术类展品的质量和水平，为推动发展高新技术类展品展示关键技术研究贡献出自己的力量。

关键词：高新技术成果 嫦娥探测器 虚实结合 展示技术

中图分类号：J59 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）03（a）-0000-00

当代中国开始进入加快转变经济发展方式的关键时期，科技发展与创新对于经济社会发展的促进作用日益突出，高新技术成果被广泛应用于日常生活，与人们的衣食住行密不可分。公众对于高新技术成果的兴趣不断增长，然而对于高新技术发展的了解渠道，主要为文字报道与科普视频，相关的科普资源发展相对滞后，尤其是展示高新技术的展品数量和质量严重不足，迫切需要成熟的展示技术研究。

现有展示高新技术的展品，大多以模型静态展示和多媒体介绍为主，对于技术的创新性的表达以及互动性等各方面要求较低，因此，科技馆行业急需推动发展高新技术成果展示关键技术研究，以提高我国高新技术类展品研发水平[1]。以本文研究的嫦娥奔月互动展示关键技术为例，现有的展项主要是通过多媒体和模型等方式展示探测器结构以及登月技术原理，展示方式相对单一。本文通过创新展示设计形式，提出一种具有虚实结合的新型展示设计，为如何在科普同时保证展品的趣味性和互动性做出示范，以期提升我国高新技术类展品的质量和水平，为推动我国科技创新成果向科普资源转化，促进我国公民科学素质建设做出贡献。

1 研究背景及展示难点分析

月球具有可供人类开发和利用的各种独特资源，已成为未来航天大国争夺战略资源的焦点。我国从1994年开始探月计划的可行性研究，2004年正式立项，称作“嫦娥工程”，实现月球探测将是我国航天深空探测零的突破。

人类航天活动的三大领域是发射人造地球卫星、载人航天和深空探测，其中嫦娥奔月及落月过程存在超重和失重两种非常特殊的状态，而这也是地面难以体验到的特殊重力环境，此类展项通常采用多媒体视频等便于展示的形式。此外，月面影像数据查询如何在常见图片展示形式的基础上，开发出新颖趣味的展示方式也是本文的重点和难点。

2 现有展示方式

嫦娥作为中国航天事业发展的里程碑，公众和媒体的关注度较高，嫦娥卫星的每次发射和动向都会经新闻媒体都会进行实时报道，报道中也会包含多媒体视频资料进行嫦娥卫星奔月过程的相关科学原理介绍，因此，相关的研究和资料已经较为完善，国内也已经出现不少相关的主题展示，其主要展示方式大体可以分为三种。

2.1 模型与图文展示

国内进行过最多的展示形式是嫦娥探测器相关的模型展示，例如2014年11月8日，珠海航展中心中国航天馆内展出的嫦娥三号探测器模型，其结构由月球软着陆探测器（简称着陆器）和月面巡视探测器（简称巡视器，又称玉兔号月球车）组成。展项通过还原月球表面的场景，能够给予观众一种较为真实的感受，观众通过观察等比例或者缩小比例的探测器模型了解嫦娥号的结构，配合图文展板介绍嫦娥号的发射原理和科学知识，对观众了解嫦娥卫星高新技术成果具有一定的促进作用。

2.2 多媒体及虚拟技术展示

此类展示主要应用多媒体及虚拟互动技术，观众进入模型舱座椅，利用按钮和操作手柄进行互动，期间通过模型舱前部显示屏观看嫦娥卫星奔月过程，并操作虚拟月球车在月球上进行探测任务，具有一定的趣味性。结合现在较为成熟的VR技术，使观众仿佛身临其境，同時可以利用操作手柄进行互动体验，具有较高的观赏性和互动性。

2.3 投影互动多媒体展示

此类展示通过投影及多媒体进行互动，观众操纵摇杆和按钮选择嫦娥奔月和月面实景进行观看，内容较为全面。观众从操作屏中选择一个嫦娥探测器，拖向前方投影幕，则屏中会出现相关嫦娥探测器的介绍及其奔月过程。屏幕中间采用了可转动的半剖地球模型，多媒体配合模型进行演示，互动较为有趣。

由于以上几种展示方式的效果具备各自的优势，本文经过调查和研究后，提出了一种虚实结合的演示思路，通过模型和多媒体结合的方式表现嫦娥奔月的全过程，并确立了展品设计所需的核心内容。

3 展示关键技术

本文通过充分调研相关展示案例，确立了以真实月面影像、嫦娥探测器设计和探测器奔月过程为核心的展示内容，对三个关键技术内容进行了深入研究，并以此为基础针对性地设计研发了展品。

3.1 基于真实月面影像数据的三维可视化演示系统[2-4]

指尖月球主要采用了三维可视化展示技术，基于我国嫦娥卫星获取的月球影像及地形数据，以三维可视化的方式动态交互展示月球。

3.1.1 三维月球触控式自由漫游

观众通过在主界面上以手指单点、两点触摸操作以操控主显示区的三维数字月球的放大、缩小和旋转，以对月球感兴趣区进行查看和漫游。本系统采用嫦娥二号50米分辨率真实月面影像数据，数据量达到几十G，系统针对海量影像和地形数据的采用LOD动态加载技术，实现流畅的操作体验，也使观众可以看到更多的月面细节。

3.1.2 月球典型地貌路径漫游

在主界面的下方为月表典型月貌路径漫游选择区。观众可通过手指点击左右两个按钮对月表典型月貌缩略图进行浏览，然后通过手指点选感兴趣的月表月貌缩略图，主显示区根据观众所选择的缩略图，以对应的漫游路径引导观众对典型月表形貌飞行漫游，并配有解说。

3.1.3 经纬度查询

观众在主界面上点击经纬度查询按钮，进入经纬度查询界面，触控输入感兴趣的经纬度（北纬为正，南纬为负，东经为正，西经为负，纬度有效范围-90度到90度，经度有效范围-180度到180度），点击查询，主界面的三维月球转动到观众输入的经纬度区。此时观众可对此区域进行自由漫游浏览。

3.1.4 月球地名查询

观众在主界面上点击月表地名查询按钮，进入月表地名分类界面，观众选择感兴趣的地名分类，再进入地名选择界面，选择感兴趣的地名。主界面的三维月球转动到观众输入的月球地名区。此时观众可对此区域进行自由漫游浏览。

采用三维可视化技术，将月面真实影像数据转化为三维可视化系统，观众通过触控式三维月球进行月球典型地貌路径漫游、经纬度查询、月球地名查询等互动。通过趣味新颖地互动展示技术，向公众展示月球表面真实图像资料，让公众近距离感受我国嫦娥探月工程的成果。该展示方式新颖有趣，为今后类似的展示需求提供一种较好的展示技术参考。

3.2 嫦娥奔月过程演示的虚实结合展示系统[5-6]

展品主要由投影墙、投影仪、地球半球模型、月球半球模型、一个探测器设计操作台（包括四个触摸屏）等组成。其中，月球半球模型通过投影墙背后的磁吸式升降控制机构带动，可以在与投影墙平行的平面上绕地球模型模拟运动。

嫦娥探测器设计：可供1-4名观众同时参与互动，系统随机分配该次的探月的嫦娥卫星型号。此时，投影墙上会显示总任务要求和嫦娥卫星三维骨架模型，各个触摸屏会显示所有设计任务要求，观众选择一项任务进行设计（同一项任务在同一时间内只能由一个人设计），选择合理的载荷。操作台出现设计任务选择画面，任务开始10s后弹出提示“可请求其他设计者帮助”，设计错误时给出提示，直到设计成功。观众完成一项任务设计后，可接着选择其他任务。完成所有设计任务后，倒计时三秒开始演示。

模拟演示阶段会演示嫦娥被发射升空和奔月的全过程，以及相继进行科学活动的情况。投影墙中出现发射场场景，虚拟火箭从中间地球模型上发射升空。随后，投影转为宇宙背景，月球通过磁吸式运动机构绕着地球转动，多媒体画面配合两个半球实物模型演示卫星奔月轨迹与探月任务的执行情况。观众选择的不同载荷，其探月任务的执行情况也会不同。

4 总结

“嫦娥奔月”展项运用三维数字化展示技术，通过嫦娥卫星获取的月球影像及地形数据对月球进行精确的还原，让观众可以直观的观察月球的形态，感受我国嫦娥探月工程的成果。为了更好的展现探测器奔月和着陆过程的科学性，针对性地设计了垂直式磁吸运动系统，使月球模型能够围绕地球模型平稳受控运动。通过嫦娥探测器设计和探测任务的完成两项内容，使观众可以在参与互动的同时获取知识，使观众在趣味性的游戏中产生疑问和兴趣，实现了科技馆展项中的互动性、娱乐性、科普性于一体的展示目的。

本文旨在通过嫦娥奔月互动展示关键技术研究为例，丰富科技馆现有高新技術成果科普展示方式，为如何设计出既能准确把握高新技术科普内容，又能同时满足互动性与趣味性的展项提供一个参考，希望能够对提升我国高新技术类展品的质量和水平和推动发展高新技术类展品展示技术贡献出自己的力量。

参考文献

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[2] 曾兴国，左维，牟伶俐，张舟斌，李春来.面向移动端月球形貌展示的快速三维地图平台搭建[J].测绘通报，2017（03）：42-45.

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[4] 李春来，刘建军，任鑫，牟伶俐，邹永廖，张洪波，吕昌，刘建忠，左维，苏彦，温卫斌，边伟，赵葆常，杨建峰，邹小端，汪敏，许春，孔德庆，王晓倩，王芳，耿良，张舟斌，郑磊，朱新颖，李俊铎，欧阳自远.嫦娥一号图像数据处理与全月球影像制图[J].中国科学：地球科学，2010，40（03）：294-306

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