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(jīng)停產(chǎn)，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(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“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(chǔ)上展開想象，運用所學知識和創(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(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的古老工具、古代戰(zhàn)爭中的兵器，乃至音樂領(lǐng)域的傳統(tǒng)樂器，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)代科技手段復現(xiàn)文物，既保留文物傳統(tǒng)的韻味，又增加時代的科技感，賦予文物新的生命力，讓靜態(tài)的文物變得生動，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(shù)，結(jié)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。

圖 2 金蟬玉葉文物模型

設(shè)計方案

本次作品我們設(shè)計了兩部分，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(guān)知識，還可以操控按鍵打開燈光，轉(zhuǎn)動底座，讓觀眾全方位欣賞文物。節(jié)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。

圖 3 設(shè)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(wǎng)頁與 2 自由度機械臂的結(jié)合，制作了可移動的鏡頭。

材料清單

材料清單見附表。

程序設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)地址配置

本項目中使用的智普 AI 需要聯(lián)網(wǎng)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(shù)據(jù)線與計算機連接，行空板會虛擬為一個 RNDIS 網(wǎng)卡設(shè)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(cè)的“網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(tǒng)分配給行空板一個 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。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(wǎng)，注冊后進入開發(fā)控制臺，在開發(fā)控制臺右上角找到 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(yīng)的 API，需要獲取訊飛星火大模型的 APP ID、APISecret 和 APIKey 這 3 項參數(shù)。

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(shù)，然后配置訊飛語音接口模塊，填寫訊飛語音 API 的 3 項參數(shù)。循環(huán)通過按鍵觸發(fā)訊飛語音識別功能，然后調(diào)用智普大模型進行對話、播放音頻，并且伴隨著舵機轉(zhuǎn)動和燈光效果，達到交互目的，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 個舵機控制函數(shù)，分別用于控制舵機 1 和舵機 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

本作品結(jié)構(gòu)設(shè)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(cè)面板（見圖 9）設(shè)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(jiān)測口和云臺固定孔。

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

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

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。

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。

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

4.取出左側(cè)板，將 USB 揚聲器安裝在對應(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，再與云臺組裝在一起。、

5.將舵機與切割好的結(jié)構(gòu)件進行組裝，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)整兩者相對位置，進行整體聯(lián)動。

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(tài)，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(yīng)的回復，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，4 條RGB 燈帶逐條點亮，并在 10s 后熄滅，金蟬玉葉旋轉(zhuǎn)時的燈光效果如圖 14 所示。

圖 14 金蟬玉葉旋轉(zhuǎn)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(yīng)網(wǎng)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(zhuǎn)動，從而更好地觀看文物。

圖 15 攝像頭顯示效果

結(jié)語

金蟬玉葉文物模型通過激光切割技術(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(xiàn)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(wǎng)絡(luò)訪問并學習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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