掌上科技馆App的设计与实现_李星.pdf

2023.4电脑编程技巧与维护1概述科技馆是面向社会公众开展科学技术普及工作、为全体社会成员提供公共科普服务的公益性展览教育机构，是实施科教兴国战略、人才强国战略和可持续发展战略的基础性设施1。科技馆把展品、展项作为传播科学技术、方法和思想的重要载体，以多媒体演示、人机互动、动静态模型、VR等技术为观众呈现不同的观感体验。近年来，随着智慧城市建设的向前推进，智慧科技馆的设计理念也随之发展，借助物联网、大数据、云计算、移动互联、区块链、5G等新技术的应用，科技馆在节约成本、增强互动体验、提高管理等方面有了新的突破。掌上科技馆App可为观众提供自助式讲解、实时定位、社区留言、活动预约、展品互动、VR全景展示等服务。后台管理系统可以根据观众的注册信息、访问量、展品活动点赞量，结合展厅热力图信息进行分析、预测，从而优化活动方案、节约人工成本、提高管理效率。掌上科技馆App是智慧科技馆的重要组成部分，体现了智慧科技馆“以人为本”的理念，根据观众感兴趣的内容提供差异化的服务，推荐个性化的参观路线和主题活动，从而有效调动观众参观科技馆的热情，强化公众的科学思维和提升公民的科学素质。2需求分析对于观众而言，科技馆的参观以休闲、娱乐、教育为主，因而对于观众的需求分析主要有以下3点。（1）当日出行信息需求。包括公共交通信息、当日天气状况信息、周边食宿信息、馆内停车信息等。掌上科技馆App能够为观众提供实时出行数据，主要通过开放服务器端与当地旅游大数据平台的接口，获得以上信息并推送给观众。（2）馆内参观信息需求。包括当日参观活动预约信息、门票及限流信息、馆内空气温、湿度信息、入馆需知信息等。具体有当日活动的时间、参加人数、活动要求、当日总限流人数及实时在馆人数、开闭馆时间、各展厅内实时温度、湿度、空气洁净度、观众分布热力图，入馆时间及各展厅、教室、实验室、多媒体体验室、报告厅等一些必要的告知信息等。（3）观众游览信息。包括馆内定位信息、观众展品体验度信息、线上调查问卷、线上评论留言信息、观众游览路线信息等，通过观众注册、扫码、游戏参与度、留言版块、游览路线分析等行为获得信息。对于馆内工作人员，需要获得的信息主要包括用户注册信息、活动报名信息、展品热度信息、观众留言板块信息、展品损坏率信息、文创产品浏览量及购买频次信息、科普数字游戏参与频次信息等。用户注册信息主要包括年龄、性别、文化程度。活动报名信息体现活动的受欢迎程度，以自助式服务讲解来反映展品的热度及预测展品的损坏率。文创产品浏览量及购买频次信息反映文创产品的受欢迎程度。观众留言板块信息更是观众满意度信息的直观反馈。3系统设计原则（1）经济性和实用性。科技馆一般属于公益性事业单位，掌上科技馆App免费提供给观众使用，不能收取任何下载和使用的费用。系统的开发也要在满足上述所有功能的前提下节约开发成本、经济实用。（2）操作易会性。掌上科技馆App面向社会各个年龄段和各个文化阶层，其操作应尽量简单、易学易会。在软件设计过程中应多方参考其他科普文化类场馆App，以满足观众使用方便为根本前提进行设计。（3）稳定可靠性。软件应去除各种非必要功能，严格遵循代码编写规则，增加系统的健壮性，避免逻辑上的错误，尽量减少系统死机、bug和意外退出。（4）用户界面的美观性。应考虑色彩的搭配和版面的排布、软件界面流畅美观，使人赏心悦目。掌上科技馆 App 的设计与实现李星（内蒙古科技馆，呼和浩特010000）摘要：掌上科技馆 App 是智慧科技馆建设的重要组成部分，也是观众能够第一时间掌握科技馆信息的有效途径。该软件能够提供信息推送、活动预约、观众注册、自助讲解、实时定位、虚拟现实（VR）全景展示、科普数字游戏运行、文创产品购买等服务。观众使用该软件可以轻松、迅速地了解科技馆动态，进行科技馆 VR 线上游览，获得最新科普信息推送和展品讲解服务。关键词：掌上科技馆；软件设计；系统架构70DOI:10.16184/prg.2023.04.0392023.4电脑编程技巧与维护4软件系统架构该系统采用客户端/服务器（C/S）架构，可以有效降低手机客户端的资源占用，提高运行效率，操作系统环境为Windows Server 2012，服务器端采用轻量级服务器Tomcat，数据库采用MySQL，数据库管理工具为Navicat for MySQL。系统在MVC模式下进行开发，采用JSP+Servlet+JavaBean技术进行构建。在MVC采用面向对象的设计架构中，其主要构成部分为模型（Model）、视图（View）和控制器（Controller），其中，事务逻辑模块Model作为整个模型的核心利用JavaBean来实现，主要功能是访问数据信息，用来进行业务规则的制定、处理业务流程和事务状态，从而实现所有的操作。在MVC模式下，采用面向对象的方法，将抽象对象转化成程序对象。在JSP+Servlet+JavaBean技术中，通常以JSP作为视图，以Servlet为控制模块。JSP用来接受用户的请求并触发逻辑运行，将逻辑运行的结果返回用户。采用Servlet控制对视图更新或抽取视图中的对象，Servlet根据用户的动作来决定下一步跳转到哪个JSP页面。控制器Servlet用来选择模型和视图的种类、解释来自视图的输入，翻译成系统能够理解的对象、解释用户的行为动作、负责处理模型产生的事件和模型执行的结果并用视图展示给用户2。掌上科技馆App的使用流程：用户在手机商城中下载软件并完成用户注册，服务器端将用户信息写入数据库，开启客户端的各项功能。用户通过扫描二维码实现展厅定位和讲解服务，观众可以选择适合自己的讲解语言，使用预约功能可以对馆内活动、票务、课程等进行线上预约，可以足不出户地进行VR全景游览科技馆，也可以进入文创产品页面进行文创产品的购买，还可以借助数字游戏提升观众对科普的热情，使观众在体验数字游戏的过程中应用学到的科学知识解决问题，寓教于乐。服务器端负责管理观众的个人信息、展品多媒体信息、电子地图、文创产品信息、志愿者服务信息、展厅客流量统计和科普数字游戏的运行等，最高权限管理者还可以管理其他二级管理员、分配相应权限、统计展品的访问量、修改相关参数、根据电子报表调整运行管理策略。系统客户端与服务器端的交互框架如图1所示。5无线网络部署在馆内各层区域均布置有无线接入点（无线AP），通过技术手段测得无线AP信息强度，为观众提供无线网络并完成相应的定位功能。当大量用户同时登录客户端与服务器通信时，对网络的传输速度和稳定性有很高的要求，在馆内没有构筑物遮挡的空间内部署一定数量的无线AP，使无线信号尽可能覆盖到所有空间角落。由于电梯、墙壁的阻隔和展品的摆放而导致的信号反射、衍射及电磁技术展品和多媒体设备吸收了一部分无线信号，进而会造成无线AP的有效覆盖半径减少。针对无线覆盖较弱的空间，必须经过专业人员对信号强度做有效测量后，增加无线AP数量或调高信号强度。6软件主要功能模块掌上科技馆App的主要功能模块，分别为用户注册及登录模块、二维码扫描模块、讲解语言选择模块、观众定位与电子地图模块、观众留言区模块、文创产品页面模块、VR全景展示模块、科普数字游戏模块、后台管理模块。（1）用户注册及登录模块。用户打开登录界面，进行个人信息注册。用户注册信息包括用户真实姓名、密码、密码确认、用户手机号、性别、年龄和文化程度等。已经注册过的用户可直接填写用户名和密码登录。服务器接收到客户端传递过来的用户身份信息，会与数据库进行信息比对，判断用户名是否存在、密码是否正确。信息填写错误时会停留在登录页面，并弹出相关提示页面。用户注册信息模块是采集观众信息的第一步，同时也是后期分析用户行为模式、提供差异化服务的基础。收集用户信息之后，会通过数据共享和其他应用系统内已存在的观众信息进行比对、整合，主要目的是建立真实、有效的用户数据库，为智慧科技馆构建用户画像提供数据依据。（2）二维码扫描模块。通常通过两种方式来实现，一种是利用手持终端的相机直接对二维码进行扫描，另一种是用照相机读取相册内的二维码图片进行识别。这两种方式扫描二维码后都是通过QZXing进行解码。ZXing是一个开源的一维/二维条码图像处理库，包含解析二维码的工具。QZXing是对ZXing的封装，用在Qt程序中加入条形码和二维码识别的功能，同时提供二维码的生成与解析方法。打开智能手持终端的照相机功能，扫描需要提供讲解服务展品上的二维码，通过QZXing解析出该展品的真实地址返回给服务器，再由服务器将特定网页推送到手持终端上，该展品的介绍和讲解信息都在此网页端显示。图1系统客户端与服务器端的交互框架客户端发送请求返回所需展示的展品信息服务器根据请求信息检索数据库提取展品信息数据库712023.4电脑编程技巧与维护（3）讲解语言选择模块。科技馆是面向大众开放的场所，有来自不同国家、地区和民族的观众，所以多种语言选择功能可以弥补人工讲解在语言上的短板。观众通过二维码扫描进入展品信息页面后，有多种语言可供选择。在少数民族地区会设置如蒙语、藏语等。选中讲解语言后会弹出相应的展品图片信息，并配有相应的文字、语音、视频讲解。（4）观众定位与电子地图模块。电子地图将科技馆的地理信息放在一个平面图内，主要采用两种方式定位。在无线信号较强的空间内，通过观众连接无线信号的强弱来判断观众所在的位置。将一个空间划分为若干区域，在各个区域内测得所有无线AP的信号强度值，通过无线AP的信号强度值和ID号建立指纹数据库。观众手机端连接无线AP发出的无线信号后会将连接信息返回服务器端，通过定位算法将信息与指纹数据库进行比对，其中，偏差最小值可以认为是当前用户所在的位置。在无线信号受电磁干扰较强的展厅内，主要依靠展品的位置信息进行定位。通常情况下，观众在二维码有效距离范围内获得展品讲解信息，可以认为观众和展品处于展厅内的同一位置。两种定位方式之间应当以页面提示信息的方式转换过渡，即当观众进入展厅后实施定位操作时会弹出相应的扫描就近展品二维码的页面通知，实现通过扫描就近展品二维码信息来完成定位。在展厅内利用二维码进行当前位置定位流程，如图2所示。（5）观众留言区模块。该模块主要用于观众留言和信息交流。在观众留言区内可以编辑文字、插入图片和短视频，后台管理者可以对留言进行回复、删除并设置可见性等操作。（6）文创产品页面模块。科普文创产品主要有线上和线下两种营销渠道。线上文创产品主要利用计算机技术、增强现实（AR）和VR等技术，生成具有交互式虚拟体验的产品。例如，浙江省自然博物院运用互联网和AR技术，借助馆藏优势，制作了系列AR科普文创产品，通过互联网让更多的观众感受到历史文物的魅力。线下文创产品具有更广泛的受众群体，可以采用线下体验、线上下单购得的模式进行销售。例如，上海科技馆的天体水晶球文创产品，利用激光雕刻技术将太阳系和星云雕刻在晶莹剔透的水晶球内，宛如宇宙中的绚丽的星系图案，令人叹为观止。科普文创产品对于增强科技馆软实力具有巨大潜力，应当由后台进行专门运营。在观众浏览网页时，应能看到文创产品的详细介绍，支持在线下单及多种支付方式，以满足不同消费者对科普文创产品的购买需求。（7）VR全景展示模块。VR全景领域是VR产业的重要组成部分，被广泛应用于多个领域，已经成为一种普遍的影像传播形式。首先，通过数码照相机将科技馆内完整的空间环境和展项展品形成图像信息；其次，使用拼接软件进行图像的拼合，或者使用建模软件直接渲染出完整的空间的图片；再次，将360视角范围内的内容全部展现在一个二维平面上，即形成VR全景图片3，内容包括科技馆室内外全景、馆内基础设施、展项展品图像信息；最后，观众使用此功能，在足不出户的情况下畅游科技馆，还可以点击相关的展品文字说明、语音讲解和科学原理演示视频。（8）科普数字游戏模块。掌上科技馆App内嵌了多种科普数字游戏。通过研究表明，数字游戏化学习非常适合数字时代公众的思维模式和学习需求，能提高学习者的学习兴趣，激发学习者的学习动机，发展学习者的创造性思维，培养学习者的自主探究、解决问题、团结协作等综合能力4。例如，北京故宫博物院推出的皇帝的一天故宫大冒险 等数字游戏就吸引了大量的公众参与，并对宣传故宫文化产生深远的影响。科技馆不仅是一个教育的场所，同时也是人们放松自我、休闲娱乐的场地，科技馆强调寓教于乐，使观众在轻松、愉快的环境中提高自身的学习兴趣。因而，数字化游戏能够使观众通过沉浸式游戏产生愉悦的体验，从而实现高效的学习，在满足观众学习需求的同时也达到了娱乐的目的，增强了科技馆的吸引力5。（9）后台管理模块。后台管理模块用于管理权限的分配、上传和编辑展品资源、实时查看展厅进出人员数据、统计并发布展厅客流量信息、编辑发布各数字影院片花信息、回复观众留言、评论、查看并分析观众游览路线、管理志愿者个人信息、推送相关活动和放假通知、发布调查问卷和收集观众意见反馈、统计活动和展品受欢迎度和日志管理。后台管理系统界面，如图3所示。图2利用二维码进行当前位置定位流程1.扫描二维码二维码识别解析2.返回二维码内容（展品ID）智能移动终端3.发送展品ID服务器6.返回定位结果4.检索展品ID5.获取展品位置坐标展品数据库表722023.4电脑编程技巧与维护系统蓝屏，因此不推荐使用这种方式。选中虚拟机工具主界面左侧的已安装虚拟机列表中需要启动的系统，单击右侧“开启此虚拟机”按钮或菜单栏上的“开始”按钮即可启动系统。4.3Linux 的基本命令4.3.1cdcd命令用于切换当前工作目录至目标目录。语法格式如下：cd目标目录#切换到目标目录cd#回到主目录cd#功能同上，回到主目录cd.#切换到当前目录的上一层目录cd./.#切换到当前目录的上两层目录4.3.2cpcp命令主要用于复制文件或目录。语法格式如下：cp 参数源目录(文件)目标目录4.3.3rmrm命令用于删除一个文件或者目录。语法格式如下：rm 参数目录或文件名称rm-r*#删除当前目录下的所有文件及目录，命令#行为4.3.4lsls命令用于查看目录中的文件。语法格式如下：ls 参数文件名称4.3.5mvmv命令用于重命名文件或目录，或者将文件或目录移入其他位置。语法格式如下：mv参数源文件名 目标文件名#将源文件名改为目标文件名mv 参数源文件名 目标目录名#将文件移动到目标#目录mv 参数源目录名 目标目录名#目标目录已存在，将源目录移动到目标目录；目标目录不存在则改名mv 参数目录名 文件名#出错4.3.6mkdirmkdir命令用于建立目录。语法格式如下：mkdir 参数目录名5结语在Windows上使用虚拟机安装Linux操作系统是一种实用的方法，它能够帮助Windows用户体验和学习Linux操作系统。通过介绍，读者可以了解到如何选择合适的虚拟机工具、下载和安装Linux操作系统，以及在虚拟机中配置和使用Linux操作系统的方法。虚拟机技术的应用已经成为近年来广受用户欢迎的一种解决方案，对于不同的用户来说有着其独特的优势。而且，这种技术可以帮助用户更好地理解和运用不同操作系统的特点和优势，从而提高技术水平和工作效率。参考文献1菜鸟教程.Linux简介EB/OL.2廖震宇.高校计算机实验室中Windows和Linux双系统的实现J.山东工业技术,2015(8):128-129.3费思远,赵鼎.Windows与Linux双系统让旧电脑重获生机J.电脑知识与技术,2021,17(5):229-231.7结语在信息化飞速发展的今天，掌上科技馆App以服务观众为核心理念，强调在轻松、愉快的环境中进行科普教育，弥补了过去许多传统科技馆游览方式上的不足。随着系统功能的不断完善，掌上科技馆App将在提升用户体验度、提高科技馆社会影响力和增强大众科普宣传力度方面持续助力，从而为进一步建设智慧型科技馆奠定基础。参考文献1隋家忠.科技馆专业人员培训教程M.青岛:中国海洋大学出版社,2013.2李星.科技馆移动终端智能导览系统的设计D.呼和浩特：内蒙古大学,2016.3包一鸣,陈起,朱忠进,等.VR全景技术研究及应用实践J.广播电视网络,2022（5）：101-103.4尚俊杰,裴蕾丝.重塑学习方式：游戏的核心教育价值及应用前景J.中国电化教育,2015（10）：41-49.5吴镝.博物馆数字游戏化学习的特征与设计思路分析J.自然科学博物馆研究,2022（2）：5-12.图3后台管理系统界面(上接第63页)73