讓文物說(shuō)話——金蟬玉葉文物模型

60 多年過(guò)去了，盡管輝光管已經(jīng)停產(chǎn)，有很多工程師仍然對(duì)它情有獨(dú)鐘。我用 8 塊液晶顯示屏制作了一個(gè)擬輝光管時(shí)鐘，感受復(fù)古元素的美感，表達(dá)對(duì)過(guò)去經(jīng)典的敬意。

2024年南京市創(chuàng)客大賽的主題是：數(shù)字金陵，文創(chuàng)南京——讓文物來(lái)“說(shuō)話”，其宗旨是引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)博物館，從全新的角度理解文物，挖掘文物所蘊(yùn)含的歷史、人文、科學(xué)價(jià)值，鼓勵(lì)學(xué)生在研究的基礎(chǔ)上展開(kāi)想象，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和創(chuàng)意思維，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字與智能的手段，賦予文物新的生命力，使其成為傳播南京文化故事的鮮活載體。

本次活動(dòng)中，學(xué)生研究的文物既包括古代建筑遺跡、橋梁工程，也涉及精致的玉石器、陶瓷、木雕與金屬工藝品；從典籍文獻(xiàn)、石碑雕刻，到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的古老工具、古代戰(zhàn)爭(zhēng)中的兵器，乃至音樂(lè)領(lǐng)域的傳統(tǒng)樂(lè)器，都在研究范疇之內(nèi)。我們選擇了南京博物院 18 件鎮(zhèn)館之寶之一的金蟬玉葉作為主題，金蟬玉葉文物如圖 1 所示。

圖 1 金蟬玉葉文物

我們利用 3D 打印、編程、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等現(xiàn)代科技手段復(fù)現(xiàn)文物，既保留文物傳統(tǒng)的韻味，又增加時(shí)代的科技感，賦予文物新的生命力，讓靜態(tài)的文物變得生動(dòng)，講述文物背后的歷史文化故事。我們使用智普 AI、訊飛語(yǔ)音兩個(gè)大模型技術(shù)，結(jié)合開(kāi)源硬件制作了一個(gè)可以與人交互問(wèn)答的金蟬玉葉文物模型，如圖 2 所示。

圖 2 金蟬玉葉文物模型

設(shè)計(jì)方案

本次作品我們?cè)O(shè)計(jì)了兩部分，第一部分是模型部分，第二部分是在線展廳。設(shè)計(jì)思路如圖 3 所示，文物模型實(shí)體展臺(tái)不僅能提供給觀眾觀賞文物的功能，而且可以讓觀眾與文物交流，讓觀眾了解文物的歷史等相關(guān)知識(shí)，還可以操控按鍵打開(kāi)燈光，轉(zhuǎn)動(dòng)底座，讓觀眾全方位欣賞文物。節(jié)假日觀眾較多，無(wú)法入院的觀眾可以通過(guò)在線展廳觀看文物。

圖 3 設(shè)計(jì)思路

為了獲得良好的用戶體驗(yàn)，我們使用了 2 塊行空板，在線展廳部分使用 Flask 生成網(wǎng)頁(yè)與 2 自由度機(jī)械臂的結(jié)合，制作了可移動(dòng)的鏡頭。

材料清單

材料清單見(jiàn)附表。

程序設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)地址配置

本項(xiàng)目中使用的智普 AI 需要聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，所以在使用前，需要將行空板連接 Wi-Fi，并獲取 IP 地址。將行空板通過(guò) USB 數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)連接，行空板會(huì)虛擬為一個(gè) RNDIS 網(wǎng)卡設(shè)備，此時(shí)行空板 IP 地址固定為 10.1.2.3，在瀏覽器中輸入該地址，登錄行空板。用鼠標(biāo)單擊左側(cè)的“網(wǎng)絡(luò)設(shè)置”，進(jìn)入圖 4 所示界面，輸入 Wi-Fi 熱點(diǎn)的名稱和密碼。連接成功后，系統(tǒng)分配給行空板一個(gè) IP 地址，行空板就順利接入了網(wǎng)絡(luò)。

圖 4 連接 Wi-Fi

編程參數(shù)設(shè)置

本次編程使用的是 Mind+ 圖形化編程軟件，編程前需要添加相關(guān)的庫(kù)。打開(kāi) Mind+ 后，將其切換至 Python 模式，用鼠標(biāo)單擊左下角的“擴(kuò)展”，在官方庫(kù)頁(yè)面中添加行空板、訊飛語(yǔ)音庫(kù)。然后在添加庫(kù)面板中切換到“用戶庫(kù)”選項(xiàng)卡，添加智普 AI庫(kù)。最后在 pinpong 庫(kù)中添加“舵機(jī)”和“WS2812 RGB 燈帶”。

接下來(lái)登錄智譜 AI 官網(wǎng)，注冊(cè)后進(jìn)入開(kāi)發(fā)控制臺(tái)，在開(kāi)發(fā)控制臺(tái)右上角找到 API 密鑰，單擊查看API，記錄并保存好，后續(xù)程序編寫(xiě)中會(huì)使用到。同理也需要在訊飛星火 API 中注冊(cè)一個(gè)賬號(hào)，獲取對(duì)應(yīng)的 API，需要獲取訊飛星火大模型的 APP ID、APISecret 和 APIKey 這 3 項(xiàng)參數(shù)。

本項(xiàng)目使用 Mind+ 進(jìn)行模塊化編程，首先配置智普 AI 接口模塊，填寫(xiě)智普 AI 的 API 參數(shù)，然后配置訊飛語(yǔ)音接口模塊，填寫(xiě)訊飛語(yǔ)音 API 的 3 項(xiàng)參數(shù)。循環(huán)通過(guò)按鍵觸發(fā)訊飛語(yǔ)音識(shí)別功能，然后調(diào)用智普大模型進(jìn)行對(duì)話、播放音頻，并且伴隨著舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和燈光效果，達(dá)到交互目的，文物模型程序如圖 5 所示。

圖 5 文物模型程序

在線展廳部分，我們定義了 6 個(gè)舵機(jī)控制函數(shù)，分別用于控制舵機(jī) 1 和舵機(jī) 2 左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、置中，在線展廳主程序如圖 6 所示。

圖 6 在線展廳主程序

電路連接

文物模型電路連接示意如圖 7 所示，在線展廳電路連接示意如圖 8 所示。

圖 7 文物模型電路連接示意

圖 8 在線展廳電路連接示意

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本作品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括實(shí)體文物展臺(tái)和在線展廳2 部分，實(shí)體文物展臺(tái)采用一鍵造物功能生成一個(gè)盒子，分別在前面板、左側(cè)面板（見(jiàn)圖 9）設(shè)計(jì)出①揚(yáng)聲器、②按鍵、③行空板、④行空板固定板。

展臺(tái)頂板如圖 10 所示，需要留出① RGB 燈帶安裝孔、②云臺(tái)舵機(jī)線孔、③底部監(jiān)測(cè)口和云臺(tái)固定孔。

在線展廳部分結(jié)構(gòu)云臺(tái)固定結(jié)構(gòu)如圖 11 所示。

云臺(tái)底部結(jié)構(gòu)如圖 12 所示，分別留出①行空板固定板、②云臺(tái)舵機(jī)線孔、③底部檢測(cè)口和云臺(tái)固定孔。

組裝過(guò)程

1.取出實(shí)體文物部分底板，安裝 4 腳銅柱，在文物模型前面板，安裝 2 個(gè)白色按鍵。

2.取出行空板固定板，通過(guò) 4 腳銅柱安裝行空板，安裝后的行空板與前面板采用螺母固定。

3.取出舵機(jī)、云臺(tái)，用螺釘將其固定在頂板上，按對(duì)應(yīng)的安裝孔將 RGB 燈帶固定在頂板上。

4.取出左側(cè)板，將 USB 揚(yáng)聲器安裝在對(duì)應(yīng)的孔位上，將以上各組件與剩余的結(jié)構(gòu)件組裝在一起，與打印好的“金蟬”和“玉葉”組裝后，再與云臺(tái)組裝在一起。、

5.將舵機(jī)與切割好的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行組裝，并與行空板電路連接在一起。

6.安裝完成后分別下載程序，調(diào)整兩者相對(duì)位置，進(jìn)行整體聯(lián)動(dòng)。

運(yùn)行效果

分別對(duì)文物展臺(tái)和在線展廳上電，按下語(yǔ)音按鍵進(jìn)入語(yǔ)音指令輸入狀態(tài)，說(shuō)出想要問(wèn)的問(wèn)題，顯示屏?xí)斤@示問(wèn)題，等待一段時(shí)間后，會(huì)給出對(duì)應(yīng)的回復(fù)，金蟬玉葉交互界面如圖 13 所示。

圖 13 金蟬玉葉交互界面

按下燈光按鍵，金蟬玉葉模型緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)，4 條RGB 燈帶逐條點(diǎn)亮，并在 10s 后熄滅，金蟬玉葉旋轉(zhuǎn)時(shí)的燈光效果如圖 14 所示。

圖 14 金蟬玉葉旋轉(zhuǎn)時(shí)的燈光效果

在線展廳端打開(kāi)瀏覽器輸入在線展廳端顯示屏上顯示的 IP 地址，打開(kāi)對(duì)應(yīng)網(wǎng)頁(yè)，攝像頭顯示效果如圖 15 所示，可以通過(guò) 6 個(gè)按鍵控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而更好地觀看文物。

結(jié)語(yǔ)

金蟬玉葉文物模型通過(guò)激光切割技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)，將南京博物院的金蟬玉葉文物轉(zhuǎn)化為一個(gè)互動(dòng)式模型，讓觀眾能夠通過(guò)語(yǔ)音問(wèn)答了解文物的歷史與文化背景。我們利用智普 AI 和訊飛語(yǔ)音大模型，實(shí)現(xiàn)了自然語(yǔ)言處理和人機(jī)對(duì)話，增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)。同時(shí)，項(xiàng)目還包括一個(gè)在線展廳，讓更多人可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)并學(xué)習(xí)這些珍貴的文化遺產(chǎn)，成功地將傳統(tǒng)文化與科技創(chuàng)新融合，賦予了文物新的生命力。

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