材料、策略与模式，强调学习者与环境之间的相互作用以及协作学习的重要性，自主学习的过程以自主探究、启发式学习、协作式学习为主[8]。在虚拟现实技术创设的虚拟学习情境中，观众可以进行自主学习与合作探究，并通过交互性操作了解学习进程与反馈，因此，观众可以充分发挥自主性，通过探究活动和相互协作来建构知识。
2.4 沉浸理论
沉浸理论又称为“流体验理论”，是指当个体全身心投入一件事并获得愉悦感达到忘我境地时，就产生了心流，这种状态是学习者融入虚拟情境中进行学习体验的最佳状态。虚拟现实技术提供的沉浸式体验，有助于观众提高学习效能与效果。在虚拟环境中，观众是学习与探究的主体，其学习兴趣、效率、动机等方面都有所提高[8]。
2.5 行为主义学习理论
行为主义学习理论认为学习起因于外部刺激，通过对环境的“操作”和对行为的“强化”，任何行为都能被创造、设计、塑造和改变[1]。虚拟现实技术将科学内容融入创设的“真实”情境中，充分发挥了环境的“刺激”作用，从而引导观众产生正确的机体反应。
3 博物馆虚拟现实科普教育资源的特征与需求
博物馆教育作为一种非正规教育，以陈列展览等实物为基础，反映科学事实与内容，从听觉、视觉等多感官角度去促使观众观察、思考及探究，进而获得知识经验。这种接触、理解和记忆知识的方式有别于学校、社会教育机构等其他知识媒介[9]。如果学校教育的特征可概括为立足课堂、基于教材、传播间接经验的授受式学习，那么与此相对，博物馆教育的特征则可概括为来自展品、基于实物、传播直接经验的体验式学习、探究式学习[10]。
因此，博物館教育应当考虑观众的特点，以特有方式来呈现其所要传播的知识。笔者认为在博物馆虚拟现实教育资源的开发与设计过程中，要合理注入知识内容与思想内涵，即将科学知识的传播与教育目标的实现相结合，并利用情境导入、悬念吸引等方式来增强趣味性与故事性。
4 博物馆虚拟现实科普教育资源的开发与设计
下面以上海自然博物馆的昆虫VR系列视频为例，从选题依据、内容策划与视频制作三个方面分析博物馆虚拟现实科普教育资源的开发与设计。
4.1 选题依据
昆虫是世界上数量最多的一类动物，它与我们的生活息息相关，但却有着和人类完全不同的生物学特点。然而，昆虫因其体型微小，活泼善动，往往不宜对其进行近距离的观察。
由表1可知，目前上海自然博物馆共有16个昆虫主题的教育活动，目标人群覆盖学龄前、小学、初中、高中及亲子家庭。昆虫VR系列视频旨在将馆内已有的原创活动与虚拟现实技术结合，以期丰富展览教育形式，深化展览教育内容，强化展示教育效果，让观众走进奇妙有趣的昆虫世界，激发大家进一步观察自然、探究自然的热情。
4.2 内容策划
在分集内容的选择上，通过前期调研发现，昆虫的发声、伪装、生活史、取食以及发光这五个方面是观众感兴趣却仅凭标本等无法深入了解的内容。如表2所示，昆虫VR系列视频共有5集，单集视频时长3 min，以“虫出江湖”为主题，将观众作为第一视角，让他们“缩小”后进入昆虫世界。
如基于上海自然博物馆“缤纷生命”展区的“森林音乐家”展项，研发团队将鸣虫作为故事的主角，策划了分集故事《仲夏三“虫”奏》。鸣虫，带给人们自然界的“天籁之音”，传递四季的变化消息。生活在钢筋混凝土城市中的我们，往往会忽视这群活泼可爱的邻居。在夏秋之际，偶然听到虫鸣，人们内心或许会产生一种与自然联结的欣慰，但却往往又觉得这些小东西难以找寻与亲近。视频从鸣虫的生活环境切入，重点展示迷卡斗蟋、优雅蝈螽和日本纺织娘这三种虫子独特的发声方式。通过虚拟现实技术，观众可以穿梭在夏日夜晚的灌木丛中，近距离观察鸣虫的摩擦发声，从而了解它们的生活环境与活动习性，体验到别样的城市野趣。
如图1所示，在视频画面中出现的放大提示框进一步展示了鸣虫动作的细节，比较蟋蟀类与螽斯类鸣虫利用左右前翅的相互摩擦发声的细微差异。在昆虫VR系列视频中，均使用了提示框的形式来引导观众在情境中仔细观察。如在讲述昆虫生活史的《虫大十八变》中，由于短时间内无法完整描述蜻蜓、蝴蝶等昆虫的所有蜕皮发育阶段，因此也采用了提示框的形式来向观众传达这类昆虫在成长过程中会经历的变化，既吸引了观众的注意力，同时也精简了镜头语言。
在故事情节的设置上，研发团队充分考虑了增加悬念。比如，在《觅食“虫特工”》中，观众戴上VR设备后将置身于非洲大沙漠，雄性蜣螂能否将超出自身体重若干倍的大粪球顺利带回洞穴，成功获得雌性蜣螂的欢心？带着这样的谜团，观众通过完整观察一只雄性蜣螂的觅食过程，可以生动了解到非洲蜣螂的运动方式与求偶方式，感受小昆虫的大力量。昆虫的一举一动无不牵动着观众的心，这些悬念带动了故事情节的发展。
最后，视频故事中有许多细节等待观众去探索。观众可以基于已有的知识经验，通过VR视频发现更多新鲜有趣的内容，从而建构新的知识。比如，在《暗夜虫精灵》中，观众戴上VR设备后将置身于山洞中，发出亮光的蕈蚊幼虫正在设下一张极度危险的丝网陷阱，此时正巧飞过的一只小虫将命运如何？
4.3 视频制作
（1）昆虫扫描与模型搭建
如图2所示，为了还原最真实的昆虫形态特征，研发团队采取昆虫活体扫描的方式，前期采购了一批活体昆虫，经专家进行科学鉴定后利用三维逆向扫描技术进行建模。三维扫描系统主要利用空间物体外形、结构及色彩的扫描，将物体立体信息变换为可利用计算机进行直接处理的信号，以获得物体空间的表面坐标，从而实现物体的三维扫描[11]。由于传统的三维激光扫描系统校准精度不高，扫描速度较慢，效果不是很理想[12]。因此，研发团队引入了逆向工程技术，以昆虫的形状、表层数据点为研究对象，先实现数据的高精度捕捉，获得昆虫表面的点云，再通过三维点云数据拼接软件与三维曲面拟合软件对昆虫进行三维数字化建模。最后，再根据昆虫的高精度尺寸，并利用相关的三维设计软件对模型进行修正。
（2）自然场景制作
在VR视频制作过程中，场景搭建是重要的环节，只有真实的场景才能给予观众沉浸感与体验感。“虚幻引擎”是美国Epic Games公司的一个高性能软件开发套件，在虚拟场景制作中，它可以帮助开发者生成非常复杂的虚拟元素，虚拟环境中的阴影如同在真实场景中透射一般，从而生成照片级别的布景[13]。因此，在本项目中，研发团队利用虚幻引擎来搭建场景，提高虚拟场景的真实性和还原度。如图3所示，在水下环境中模拟了真实的阳光通过水面后反射和折射产生的阴影。如图4所示，在较为广阔的沙漠环境中，则使用定向光源与天空光源来保证场景同时具有阳光和天光，同时也模拟了自然光照在地面上生成的逼真阴影，还原了现实世界中远景在接近地平线高度上的模糊现象。
（3）畫面剪辑与镜头语言
VR视频给观众带来了丰富的空间维度，但其中场景的切换也对生理舒适度、沉浸感等有一定的影响。当VR视频中的镜头切换或画面跳转时，观众需要重新适应整个环境空间，若影片主体运动速度过快，观众便难以捕捉到剪辑点，镜头的快速切换可能会造成眩晕之感[5]，甚至出现跟不上情节发展的情况。因此，VR视频的剪辑与叙事手段对于观众的体验感而言尤为重要。研发团队在故事叙述中采取了光点引导的方式，观众戴上VR设备后，会在一个由光点代表的小精灵的带领下去观察、体验昆虫世界正在发生的故事，这种引导模式能够带给观众一定的指引作用，同时也并未干扰他们自我探索与发现的视线。
5 不足与展望
研发团队邀请了相关领域的学科专家审核，并希望观众在参与后提供修改意见，但遗憾的是，项目整体未能设计完整的评价体系，缺乏系统的数据支持，因此在评价反馈上还有待完善。
此外，昆虫VR系列视频的设计初衷是让观众化身为昆虫大小，置身于昆虫世界。若能引入更多的互动环节，如通过操作手柄与场景中的昆虫产生一些互动，将给予观众更佳的体验感。因此，日后可以在视频中增加交互性的操作任务，让观众从“只能看”变为“能看、能动”。
上海自然博物馆的昆虫VR系列视频基于馆内已有的展示教育资源，利用虚拟现实技术将科学性与趣味性相结合，实现了体验式、沉浸式的科学传播。VR视频丰富了博物馆展示教育资源的形式和内容，带领观众穿越时空，体验到自然的多彩与乐趣，期待未来虚拟现实技术能在博物馆得到广泛的应用。
参考文献
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作者简介：周佳卉（1991—），女，从事科普教育工作，E-mail： zhoujh@sstm.org.cn。
