北京天文馆“宇宙穿梭”展览中的展项创新

北京天文馆“宇宙穿梭”展览中的展项创新
作者：赵开羿景海荣苗军马劲王菁
来源：《科学教育与博物馆》2018年第04期
摘要创新不仅体现在国家政策层面上，也反映在社会生活中。

北京天文馆推出了全新的“宇宙穿梭”展览，在展项创新上倾力投入，使得观众的交互体验大大加强。

让观众不再是冷漠的旁观者和被动的信息接收者，而是身临其境的参与者和主动的信息制造者。

关键词展项创新展示体验媒体演示
0 引言
在科技类博物馆中，展项=展示内容+展示形式。

其中，展示内容指科学知识，也是展项设计的目的；展示形式指呈现方式，也是展项创新的关键。

在展示内容确定的基础上，如何通过展示形式的创新激发观众的兴趣，是我们需要考虑和解决的问题。

下面就以“宇宙穿梭”展览为例，具体阐述北京天文馆的展项创新。

1 “宇宙穿梭”展览概述
天文学博大精深。

采用合适的展示形式传递深奥的天文知识，并唤起观众探索宇宙奥秘的热情，是北京天文馆“宇宙穿梭”展览的核心设计思想。

为此，新展览在内容、形式和手段上做到了吐故纳新、与时俱进。

在内容上，考虑到不同观众的参观需求，以趣味化的方式，全方位阐释了天文基础知识及前沿动态。

其中每一个展项都是原创设计，根据具体的知识点有针对性地进行展示。

在形式上，因地制宜，结合建筑本身的独特性和现代感，将设计风格与建筑语言有机融合，在有限的空间内营造出奇幻的氛围。

既中规中矩，又活泼生动，最大限度地追求展览的整体效果。

在手段上，充分利用国内外先进的展示设备和技术，例如激光投影、体感交互、动态捕捉等，展示类型涵盖平面静态、直观动态和交互体验，目的是让观众在参观展览的过程中，学习丰富的天文知识。

2 展览中的展项创新
如表1所示，“宇宙穿梭”展览分为七大展项，紧扣主题，造型美观，创意新颖。

首先以“宇宙演化”为开篇，回顾宇宙发展历程中的大事件。

接着动手体验“宇宙尺度”，从地球出发，认识由近及远不同距离处的各类天体。

然后走出太阳系，开启寻找“系外行星”的旅程。

通过“引力透镜”，欣赏宇宙中奇妙的天体变形像。

在最具神秘色彩的黑洞附近，体验“逃离黑洞”的
乐趣。

转动转盘，观察层级式的“天体系统”。

最后，进行“时空穿梭”，在问答游戏中实现穿梭宇宙的梦想。

2.1宇宙演化
如图1所示，“宇宙演化”展项是一座由树脂制成的雕塑，表面采用投影涂料处理，极具视觉冲击力。

从地面到天花板，依次象征宇宙的大爆炸、黑暗时期、星系形成和太阳系形成四个重要演化阶段。

觀众可以通过触摸屏，分别进行了解。

众所周知，宇宙自诞生以来，历经了137亿年的历史。

不过，对于我们人类来说，一辈子的时间也不过寥寥几十年，所以很难想象，宇宙在漫长的岁月里走过了怎样的风风雨雨。

如表2所示，展项下方的“宇宙日历”将宇宙演化史压缩为一年，标出在各个月份发生的标志性事件。

设计团队在前期准备阶段搜集了大量资料，决定选取“倒钟”结构作为展项的外形参考，并据此绘制出施工图。

继而，在展项的展示媒体上进行了一些探索。

最初的设计是制作内投屏幕，将投影机置于雕塑内部，并配以硬质的投影幕布。

在研发过程中，发现投影的成像距离过短，试用了鱼眼镜头以及短焦镜头之后，仍不能达到正常的可视距离。

对此，设计团队作出相应调整，将直径不一的环幕水平围绕一圈，排列成倒钟形状。

但是经过询价得知，对于单个展项而言，这一做法所需的费用过高。

于是，综合考虑各项因素和限制条件，最终使用了4台高分辨率的激光投影机，在异形的造型上运用激光光束透射出设定的画面。

同时选用了比较常规的触摸屏，来控制激光投影机的放映，实现静态展示与动态演示的紧密结合。

这种交互方式的成熟度很高，在各馆中屡见不鲜，而且操作程序相对简单，减少了后期的维护成本。

2.2 宇宙尺度
在宇宙空间中，存在着各式各样的天体。

“宇宙尺度”展项将地球作为起点，逐渐深入至广袤的宇宙空间。

设计团队挑选了21个天体，从天宫一号到月球，从太阳到冥王星，从天狼星到昴星团，从银心的黑洞到银河系的近邻小麦哲伦星云，从草帽星系到遥远的天猫超星系团，最后来到一百多亿光年外的类星体。

这些天体涵盖了多种类型，包括人造卫星、天然卫星、行星、矮行星、恒星、星团、黑洞、星系、星系团、超星系团、类星体等。

如图2所示，7个55英寸的大屏幕一字排开，组成连贯的画面，气势恢宏。

每个屏幕前各有一个交互区域，观众可以通过不同的手势来控制屏幕的演示内容。

此外，还设置了两套长度单位的坐标系统：国际单位制的“米”和天文学中常用的“天文单位”“光年”“秒差距”。

在展项的细化设计中，考虑到每个天体都是一个独立的交互点，如果采用传统的触摸屏，难以给观众带来耳目一新的感觉。

为此，设计团队引入了全新的智能运动感应设备——“厉动”体感控制器。

通过简单的平移和握拳动作，就能控制屏幕里的光标，完成所有的交互内容。

控制器可追踪全部10根手指，精度高达1/100 mm，这就是屏幕上的每次移动都与双手完美同步
的原因。

同时，设计团队对展项的操作步骤进行了简化，让观众不费吹灰之力，轻松掌握这一精密技术。

从最大程度上降低了学习成本，有助于观众更便捷地参与进来，并且避免观众与展项的物理接触，延缓设备的磨损。

2.3 系外行星
在浩瀚的宇宙中，我们是孤独的吗？“系外行星”展项介绍了人类寻找系外行星的情况。

太阳并不是唯一具有行星系统的恒星。

围绕其他恒星运动的行星称为“系外行星”，意思是“太阳系”之外的行星。

目前，在各种类型、各个年龄阶段的恒星周围都探测到了行星。

这表明行星形成是非常常见的过程，具有行星系统的恒星相当普遍。

如图3所示，在飞往星际空间的飞船中，你可以学习探测系外行星的方法，了解最新的搜索结果。

通过一个强大的望远镜，近距离观察已知的宜居行星，看看它们的质量、大小、轨道与地球的异同。

在不改变原有交互方式的基础上，设计团队对交互体验进行创新，提高了人机交互的反馈效果。

观众可以利用手动控制杆，在电动马达的带动下，同步操作眼前的多媒体平台和头顶的望远镜模型。

2.4 引力透镜
引力透镜效应是广义相对论所预言的一种现象，现已得到证实。

由于时空在大质量天体附近会发生畸变，所以当光在星系、星系团或黑洞等具有巨大引力的天体附近经过时，光线将沿弯曲空间的短程线传播。

“引力透镜”展项模拟了在天文观测中的引力透镜效应，利用摄像头实时捕捉观众的半身像，通过引力透镜变形的公式算法，将最终的变形图像呈现给观众。

当单人体验时，会看到对面展墙上的星系变形；当多人体验时，将会看到彼此的多重像变形。

如图4所示，南北两侧的体验区，通过天花板的星系旋臂进行串联，地面还绘有光路示意图表示对应关系。

同侧的3个体验区，则分别代表距离地球不同远近的天体位置。

在这个展项，能够体验强、弱、微三种不同的效果，这是因为观测者、黑洞和对面观众的所在位置不一定在一条直线上。

当三者恰好共线时，我们就可以看到神奇的光学幻影——爱因斯坦环！
2.5 逃离黑洞
黑洞是宇宙中最不可捉摸的地方之一。

在那里，时间和空间都强烈扭曲，它产生的引力场是如此之强，以至于在它的视界之内，任何物质和辐射都无法逃逸，就连传播速度最快的光也不例外。

如果你驾驶着宇宙飞船经过一个黑洞，怎样才能安然无恙地逃离黑洞的引力陷阱呢？
如图5所示，“逃离黑洞”展项漏斗形的表面模拟了黑洞附近扭曲的空间，中间深陷之处便是黑洞中心的奇点。

凡是进入视界范围的物体，都再无逃出的可能。

观众可以选择适当的角度和力量发射代表天体的小球，演示黑洞对于周围天体的吸引作用。

另外，设计团队还在曲面上设置了数台传感器，实时捕捉小球的运行轨迹，并在展项正面的80英寸大屏幕上显示。

大多
数情况下观众发射的小球都会落入黑洞的中心，而一旦小球成功逃离黑洞，屏幕便出现“逃离成功”的字样，使得展项与观众的互动不再平淡。

2.6 天体系统
自地月系统至大尺度纤维状结构，整个宇宙呈现出等级式层级关系，宇宙中的一切都是更大結构的一部分。

比如，地球是太阳系的一部分，太阳系又位于银河系中，银河系是本星系群的局部，而本星系群只是本超星系团的一角，本超星系团则是分散在可观测宇宙的纤维状结构中的数百万超星系团之一。

如图6所示，“天体系统”展项以树的造型作为设计理念，将可观测宇宙形象地比喻为一棵大树。

从树根向上，树干、树枝、树杈、树梢、树叶分别代表已知宇宙结构中各层级的天体系统：超星系团、星系团（群）、星系、恒星系统、行星系统。

这象征着宇宙结构之复杂、数量之庞大，也寓意着不同天体系统之间存在的并列关系、包含与被包含关系。

模型本身称得上是一幅绚丽的“宇宙画作”。

由于平面设计非常抢眼，设计团队便弱化了交互体验的方式。

观众转动转盘，通过持续用力，大树自下而上依次发光，最终将点亮我们身处的地球。

2.7 时空穿梭
在领略了宇宙的广阔之后，观众将在“时空穿梭”展项进行一场竞赛。

经过预设的“答题”环节，获得登机牌，便可进入体验区。

如图7所示，体验区共有4台穿梭机——天鹅号、英仙号、猎户号、人马号，可根据需要自行选择单人或双人模式，最多能同时容纳8名观众。

在领航员“小T”的带领下，观众将观看三段短片：《宇宙大爆炸》《银河系形成》《太阳系形成》，并交替经历三个游戏“逃离宇宙大爆炸”“捕获氢原子”“认识太阳系”，比一比谁跑得快、谁反应快、谁知道得多。

在时空穿梭之旅中，后台程序将以照片形式进行记录，并制成片尾供观众打印留念。

3 结语
创新不一定都是从无到有，也可以基于以往的经验。

科技类博物馆的展项设计具有很强的综合性，既要考虑展示内容、展示形式，又要兼顾观众的行为习惯，并在后期的布展施工中不断思考完善。

在北京天文馆的“宇宙穿梭”展览中，设计团队在展项的设计和实施上做出了创新尝试，让新展览的展示体验更为多元。

参考文献
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