讓文物說話——金蟬玉葉文物模型
60 多年過去了,盡管輝光管已經停產,有很多工程師仍然對它情有獨鐘。我用 8 塊液晶顯示屏制作了一個擬輝光管時鐘,感受復古元素的美感,表達對過去經典的敬意。
2024年南京市創客大賽的主題是:數字金陵,文創南京——讓文物來“說話”,其宗旨是引導學生走進博物館,從全新的角度理解文物,挖掘文物所蘊含的歷史、人文、科學價值,鼓勵學生在研究的基礎上展開想象,運用所學知識和創意思維,結合現代數字與智能的手段,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。
本次活動中,學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、石碑雕刻,到農業生產中的古老工具、古代戰爭中的兵器,乃至音樂領域的傳統樂器,都在研究范疇之內。我們選擇了南京博物院 18 件鎮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。
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圖 1 金蟬玉葉文物
我們利用 3D 打印、編程、物聯網、人工智能等現代科技手段復現文物,既保留文物傳統的韻味,又增加時代的科技感,賦予文物新的生命力,讓靜態的文物變得生動,講述文物背后的歷史文化故事。我們使用智普 AI、訊飛語音兩個大模型技術,結合開源硬件制作了一個可以與人交互問答的金蟬玉葉文物模型,如圖 2 所示。
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圖 2 金蟬玉葉文物模型
設計方案
本次作品我們設計了兩部分,第一部分是模型部分,第二部分是在線展廳。設計思路如圖 3 所示,文物模型實體展臺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知識,還可以操控按鍵打開燈光,轉動底座,讓觀眾全方位欣賞文物。節假日觀眾較多,無法入院的觀眾可以通過在線展廳觀看文物。
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圖 3 設計思路
為了獲得良好的用戶體驗,我們使用了 2 塊行空板,在線展廳部分使用 Flask 生成網頁與 2 自由度機械臂的結合,制作了可移動的鏡頭。
材料清單
材料清單見附表。
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程序設計
網絡地址配置
本項目中使用的智普 AI 需要聯網運行,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 USB 數據線與計算機連接,行空板會虛擬為一個 RNDIS 網卡設備,此時行空板 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。用鼠標單擊左側的“網絡設置”,進入圖 4 所示界面,輸入 Wi-Fi 熱點的名稱和密碼。連接成功后,系統分配給行空板一個 IP 地址,行空板就順利接入了網絡。
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圖 4 連接 Wi-Fi
編程參數設置
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的庫。打開 Mind+ 后,將其切換至 Python 模式,用鼠標單擊左下角的“擴展”,在官方庫頁面中添加行空板、訊飛語音庫。然后在添加庫面板中切換到“用戶庫”選項卡,添加智普 AI庫。最后在 pinpong 庫中添加“舵機”和“WS2812 RGB 燈帶”。
接下來登錄智譜 AI 官網,注冊后進入開發控制臺,在開發控制臺右上角找到 API 密鑰,單擊查看API,記錄并保存好,后續程序編寫中會使用到。同理也需要在訊飛星火 API 中注冊一個賬號,獲取對應的 API,需要獲取訊飛星火大模型的 APP ID、APISecret 和 APIKey 這 3 項參數。
本項目使用 Mind+ 進行模塊化編程,首先配置智普 AI 接口模塊,填寫智普 AI 的 API 參數,然后配置訊飛語音接口模塊,填寫訊飛語音 API 的 3 項參數。循環通過按鍵觸發訊飛語音識別功能,然后調用智普大模型進行對話、播放音頻,并且伴隨著舵機轉動和燈光效果,達到交互目的,文物模型程序如圖 5 所示。
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圖 5 文物模型程序
在線展廳部分,我們定義了 6 個舵機控制函數,分別用于控制舵機 1 和舵機 2 左轉、右轉、置中,在線展廳主程序如圖 6 所示。
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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。
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圖 7 文物模型電路連接示意
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圖 8 在線展廳電路連接示意
結構設計
本作品結構設計包括實體文物展臺和在線展廳2 部分,實體文物展臺采用一鍵造物功能生成一個盒子,分別在前面板、左側面板(見圖 9)設計出①揚聲器、②按鍵、③行空板、④行空板固定板。
展臺頂板如圖 10 所示,需要留出① RGB 燈帶安裝孔、②云臺舵機線孔、③底部監測口和云臺固定孔。
在線展廳部分結構云臺固定結構如圖 11 所示。
云臺底部結構如圖 12 所示,分別留出①行空板固定板、②云臺舵機線孔、③底部檢測口和云臺固定孔。
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組裝過程
1.取出實體文物部分底板,安裝 4 腳銅柱,在文物模型前面板,安裝 2 個白色按鍵。
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2.取出行空板固定板,通過 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。
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3.取出舵機、云臺,用螺釘將其固定在頂板上,按對應的安裝孔將 RGB 燈帶固定在頂板上。
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4.取出左側板,將 USB 揚聲器安裝在對應的孔位上,將以上各組件與剩余的結構件組裝在一起,與打印好的“金蟬”和“玉葉”組裝后,再與云臺組裝在一起。、
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5.將舵機與切割好的結構件進行組裝,并與行空板電路連接在一起。
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6.安裝完成后分別下載程序,調整兩者相對位置,進行整體聯動。
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運行效果
分別對文物展臺和在線展廳上電,按下語音按鍵進入語音指令輸入狀態,說出想要問的問題,顯示屏會同步顯示問題,等待一段時間后,會給出對應的回復,金蟬玉葉交互界面如圖 13 所示。
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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動,4 條RGB 燈帶逐條點亮,并在 10s 后熄滅,金蟬玉葉旋轉時的燈光效果如圖 14 所示。
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圖 14 金蟬玉葉旋轉時的燈光效果
在線展廳端打開瀏覽器輸入在線展廳端顯示屏上顯示的 IP 地址,打開對應網頁,攝像頭顯示效果如圖 15 所示,可以通過 6 個按鍵控制舵機的轉動,從而更好地觀看文物。
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圖 15 攝像頭顯示效果
結語
金蟬玉葉文物模型通過激光切割技術、物聯網和人工智能等技術,將南京博物院的金蟬玉葉文物轉化為一個互動式模型,讓觀眾能夠通過語音問答了解文物的歷史與文化背景。我們利用智普 AI 和訊飛語音大模型,實現了自然語言處理和人機對話,增強了用戶體驗。同時,項目還包括一個在線展廳,讓更多人可以通過網絡訪問并學習這些珍貴的文化遺產,成功地將傳統文化與科技創新融合,賦予了文物新的生命力。
2月13日贈書活動獲獎名單
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