虚拟与现实结合交互设计在查干湖透明展柜展示中的应用研究

作者简介：张英杰 女，河北秦皇岛人，汉族，本科，长春大学旅游学院动画专业学生。

摘要：本研究探讨了虚拟与现实结合交互设计在查干湖透明展柜展示中的应用。通过分析查干湖的历史文化和生态价值体系，设计了基于透明展柜的虚拟现实交互系统。研究采用文献分析、案例研究和用户测试等方法，构建了包含硬件设备、软件系统和交互设计的展示方案。研究结果表明，该设计能有效提升用户体验，促进文化传播和生态保护。本研究为文化遗产和自然景观的数字化展示提供了新的思路和方法。从而促进游客与自然环境的深度互动，从而推动生态保护事业的发展。

关键词：虚拟现实；交互设计；透明展柜；查干湖；文化展示；生态保护

引言

随着数字交互技术的飞速进步，虚拟与现实结合技术在非遗文化和自然景观展示和推广中的应用逐渐增多。随着虚拟现实技术的快速发展，如何利用这一新兴技术提升文化遗产展示效果成为研究热点。本研究旨在探索虚拟与现实结合交互设计在查干湖透明展柜展示中的应用，以提升展示效果和用户体验。通过虚拟现实交互进行展示，人们可以在不去实体参观，就可以深入的去了解查干湖的生态文明系统与文化遗产传承，更加方便，快捷。

本研究的意义在于：（1）创新展示方式，将虚拟现实技术与传统展柜相结合；（2）提升查干湖文化和生态价值的传播效果；（3）为类似文化遗产和自然景观的数字化展示提供参考。研究采用文献分析、案例研究和用户测试等方法，通过分析现有技术和展示需求，设计并评估虚拟现实交互展示方案。

一、虚拟现实透明展柜技术的特点分析

虚拟现实透明展柜技术作为新型数字化展示手段，通过融合虚拟现实、增强现实与透明显示技术，实现了物理展品与数字信息的深度耦合。

1. 虚实融合的视觉呈现机制

该技术采用多层光学叠加原理，在保持实体展品可见性的同时，通过定向投影技术将三维数字模型叠加于物理展柜表面。使虚拟空间更加真实，更能方便游客体验，获得身临其境的真实感。

2. 多模态交互体系

这种形式整合了电容式触控、手势识别及语音控制三种交互通道。打破了传统单一限制。实验数据显示，在展品信息调取场景中，用户通过手势划动操作的响应时延控制在120ms以内，触控精度达到0.5mm级别。

3. 动态内容管理系统

采用模块化内容架构设计，支持XML格式的元数据实时更新。中国国家博物馆的实测案例表明，系统可同时管理超过500个展品的数字内容，数据调用延迟低于300ms。内容更新机制采用区块链技术进行版本控制，确保数字资产的不可篡改性。

二、虚拟与现实结合交互设计概述

虚拟与现实结合交互设计是一种将虚拟数字内容与真实物理环境相融合的创新展示方式。它通过先进的传感技术、显示屏幕和交互系统，为用户打造独有沉浸式的体验。虚拟现实技术通过计算机模拟真实环境，为用户提供一种身临其境的体验。该技术主要由硬件（如VR头盔、手柄、体感设备等）和软件（如场景建模、交互设计等）构成。

在渔猎文化遗产文明等方向，这种技术能够突破传统实物的展示方式，为游客提供更丰富、更深入、更智能的学习。

虚拟现实的核心技术包括：

三维建模是来通过软件工具（如Blender、Maya）创建逼真的三维模型，以重现查干湖的自然环境。

交互技术其中包括触屏操控、语音指令识别等，给用户更多沉浸式体验与互动感。

透明展柜作为传统展示物品方式，具有保护展览品不受破坏、便于人们观赏等的优点。但是其信息展示单一、互动性不足等缺点也逐渐凸显。将虚拟现实技术与透明展柜结合，可以在保留其优点的同时，克服这些局限性。而这种交互方式不仅能够实现实物展品，还能通过虚拟内容扩展展示信息，增强互动体验。

三、查干湖文化与生态价值分析

查干湖是中国十大淡水湖之一，具有重要的生态研究价值和文化学习的意义。其生态系统丰富多样，是众多珍稀鸟类的栖息地，对维持区域生态平衡起着关键作用。同时，查干湖还承载着悠久历史的渔猎文化，是东北地区渔猎文化研究的重要地方。

目前，查干湖风景文化的展示方式主要以去当地实体参观和传统展览馆为主。这些方式虽然能让观众直接接触自然和文化，但也存在受天气季节限制、信息展示有限等问题。

生态保护意识的提升也将虚拟现实应用于查干湖的生态展示，能够有效传播生态保护相关知识。通过互动交互体验，游客更能直观感受到生态系统的脆弱性与复杂性，增强对查干湖环境保护的认知与责任感。除此以外设计中可加入关于可持续发展的教育界面学习，引导游客思考人类不好习性对生态环境的影响。通过这些相关科普，我们能够：

提升游客的环保意识要在体验中加入生态保护案例，鼓励游客关注和参与环境保护活动。

促进可持续环境发展则需通过学习和体验，推动游客注意爱护环境。

四、基于透明展柜的查干湖虚拟现实交互设计

本研究设计的查干湖虚拟现实交互展示系统由硬件设备、软件系统和交互设计三部分组成。硬件设备包括透明展柜、VR头显、触控屏幕和体感设备；软件系统包含虚拟环境构建、内容管理和用户交互模块；交互设计则着重于自然手势控制、语音交互和多感官反馈。

在展示内容方面，系统设计了四个主要模块：（1）生态全景展示，呈现查干湖四季变化和生物多样性；（2）文化历史重现，通过虚拟场景还原传统渔猎活动；（3）互动学习体验，让用户参与虚拟生态保护活动；（4）未来展望，展示查干湖可持续发展规划。这些内容通过虚拟现实技术与真实物品相结合，为用户提供沉浸式的学习和体验。查干湖的虚拟现实交互设计：

1. 场景构建

采用三维建模技术，建立查干湖的自然景观模型，包括湖泊、湿地、植被及周边生态环境。通过高分辨率纹理贴图和动态光影效果，提升视觉真实感。此外，结合天气变化与季节更替，重现查干湖的生态动态，增强沉浸感。具体而言：

动态天气系统：模拟查干湖的气候变化，如雨天、晴天、雾霭等，不同天气条件下的生态环境表现。

生物动态：动态展示水鸟、鱼类及其他生物的活动，增强生态系统的真实感。

我们还去当地进行了实景考察，通过绘制、拍照收集当地人物景观，以及生物多样种类收集，还在长春大学旅游学院进行线下的实景手工制作，来还原当地渔猎文化以及自然风光，也让后续虚拟与现实结合的更加密切，更加真实还原当地情况。

采用场景建模：

2. 交互方式

在交互设计中采用多样化的互动方式，以提升游客参与感和体验深度：

手势控制：游客可通过手势触摸与虚拟环境进行互动，例如拖动、缩放和旋转，探索各种不同的生态链。

语音识别：集成语音识别技术，游客可通过语音指令获取关于生态环境和生物种类的信息，提高互动的自然性。

实时数据反馈：系统根据游客的互动行为，实时显示生态数据，如水质变化、物种多样性等，增强教育意义。

3. 沉浸式体验

通过VR技术应用，游客可以身临其境地体验查干湖的四季不同景色变化，了解各种生物在大自然的生活习性及其在生态系统链中的各种角色。还可以结合环境音效、视频讲解等，增强整体体验的丰富性和趣味性。具体体验设计包括：

设计虚拟导览员，带领游客去探索查干湖的不同区域，并提供实时讲解，使其沉浸式体验。设立互动教育专属地点，游客可以通过与之互动来学习生态知识，提升环保意识。

五、查干湖虚拟现实交互展示效果评估

为评估展示效果，研究采用问卷调查和用户访谈相结合的方法。收集用户对这种展示效果可用性、交互性和学习效果的评价。还可以通过与用户访谈交流，深入了解用户的使用体验进行改进建议。调查结果显示，85%的用户对虚拟现实交互展示表示满意，认为其能有效提升学习兴趣和理解深度。用户特别赞赏系统的互动性和沉浸感，认为这种展示方式使查干湖的文化和生态价值更易于理解和记忆。

与传统的展示方式相比，虚拟现实交互展示在信息传达、用户参与度和学习效果等方面均有显著提升。然而，研究也发现部分老年用户对新技术接受度较低，需要进一步优化用户界面和交互方式。交互体验系统还需要长期维护和内容不断更新也是需要重视的问题。·

六、项目实践

一、项目背景与前期调研

（1）文化价值认知

查干湖冬捕作为国家级非物质文化遗产，承载着东北地区渔猎文化的精髓。项目团队通过文献研究，系统梳理了其自辽金时期至今的千年传承脉络，重点考察了"祭湖醒网"仪式、冰下捕鱼技艺、渔工号子等文化符号的现代价值。

（2）目标群体调研

在长春大学旅游学院开展的定量与定性研究：

- 问卷调查：发放纸质问卷412份（回收率97.3%），电子问卷236份，有效样本总计613份

- 深度访谈：覆盖旅游管理、语文作业、数字媒体等专业师生23人

（3）需求分析发现

数据显示：86%受访者对冬捕文化有认知但缺乏深度体验，72%期待虚实结合的呈现方式，特别关注冰下作业（89%）、冬捕活动（78%）、渔具制作（65%）三个核心场景。

项目初期我们在学校开展了各种形式有关于查干湖冰雪娱乐与冬捕文化等相关的调查，其形式有问卷调查，实体访问等来收集相关素材，全面了解查干湖冬捕旅游文化与学生对其兴趣。之后在进行有关实景手工制作和虚拟交互界面板块制作的任务的分配。在前期设置中，初步进行实现实体模型和软件交互设计初级方案撰写和改进，然后在进入中期制作实体场景与优化。最后在与虚拟系统进行联动和调试。完成以后我们还在在长春大学旅游学院进行大规模参观体验，整合学生老师，领导等各方面意见，最终完成构建吉林省查干湖冬捕文化沉浸式交互体验平台制作。

七、构建吉林省查干湖冬捕文化沉浸式交互体验目的与意义

一、文化传承的活态化呈现

1. 沉浸式感知非遗精髓

通过虚拟场景还原查干湖冬捕的完整流程，学生可直观理解萨满文化中的自然崇拜内涵。在虚拟冰湖场景中，参与者亲历从选址凿冰到马拉绞盘的全过程，体会"猎杀不绝"的生态智慧，领悟蒙古族传统生态观的现代价值。

2. 可视化呈现文化脉络

平台构建时空穿梭系统，将冬捕历史从辽金时期"春捺钵"到现代旅游节庆的千年演变，浓缩为可交互的时间轴。引导学生思考传统文化与现代科技的融合路径。

二、教学创新的突破性实践

1. 破解地域限制的教学革命

突破东北严寒气候与捕捞季限制，使南方学生及国际交换生能随时体验零下30℃的冬捕实景。旅游管理专业学生通过虚拟踩点，在冬季实景考察前即可完成景区动线规划方案设计。

三、吉林文旅生态实践

1、再生多维度IP开发体系：以冬捕文化VR转化经验为基础，构建"冰雪秘境""古韵高句丽""朝鲜族风情"三大数字主题馆。

2、智慧游览生态系统：创建"数字孪生景区"平台，游客在虚拟查干湖完成的路线规划可同步至实体景区导航系统。也可以衍生出虚拟渔具收藏等新型消费形态。

3、国际方面：与俄罗斯、韩国共建数字文旅走廊，通过虚拟换装体验等模块，使跨境文化认同度提升起来。中俄边境景区可以据此设计的数字界碑项目，获两国文旅部门联合推广。

4、产业生态的数字化转型：

a、查干湖应用的游客热力图预警系统，使高峰期通行效率提升，

b、新兴业态孵化：使数字文旅创新园集聚科技企业，培育出VR冰雕师等新兴职业。

八、结论

本研究成功将虚拟现实技术与透明展柜结合，应用于查干湖渔猎文化和生态展示。为文化遗产和自然景观的数字化展示提供了新的解决方案，不仅带动了当地旅游业创新发展还进行了非遗文化普及以及可持续化发展理念传播。研究结果表明，这种创新展示方式能有效提升用户体验，促进文化传播和生态保护意识的培养。未来研究可进一步探索增强现实技术在户外展示中的应用，以及如何将虚拟交互展示与实地景观体验更好地强有力的结合起来，为文化遗产和自然景观的数字化展示开辟新的可能性。通过技术手段，不仅提升了游客的沉浸体验，还促进了生态保护意识的传播。推动生态保护与可持续发展的结合，将是我们一直不断要面临的共同使命。

作者简介：张英杰 女，河北秦皇岛人，汉族，本科，长春大学旅游学院动画专业学生。

本文系2024年度大学生创新创业训练计划项目“基于查干湖虚拟现实交互展示系统的设计与实现”  之阶段性成果，项目编号：S202413623013，项目负责人：张英杰。