摘要：本文提出了一种数字动物园应用于交互系统的以消费者为导向的设计。为了引进参观动物园的一个新的体验，一系列的交互界面和应用程序是基于网上冲浪而设计的。该应用程序可以位于任何有互联网连接的地方，使动物园内外的游客都可以访问。在此期间，动物园的工作人员可以利用该系统实现以计算机和智能手机更有效地管理动物园。数字动物园，作为交互的展示系统使用了射频识别（RFID）、无线相机传感器网络和计算机视觉系统，用于在现实动物园收集和处理信息。可交互的数字动物园系统增强了人类与动物、人与人以及动物与管理员之间有效的互动行为。这一设计是基于Djurpark数字项目，同时可以部署一个多媒体传感器网络用于人类、动物和机器之间的交互。我们已评估过改互动模型在现场实验的效果。
关键词：物联网，交互设计，数字动物园
一、引言
我们作为人类生活的世界是由物联网组成的，越来越多的信息和越来越多的体验都受益于数字世界。在本文中，我们提出数字动物园的交互系统设计，是设想为游客在动物园新体验的一个关键方面，它是为动物园内外的游客以及工作人员而设计的。
整个系统的概念是基于Djurpark数字项目，它使用的无线视觉传感器网络来捕获有关动物和它们在瑞典动物园莱克塞勒Djurpark周围的信息。这种现实动物园只是成为整个交互系统的一个很好的试验台。在技术的帮助下，交互系统得以顺利设计和建造，它突破了传统的方式来参观动物园。整个用户定向系统可以让游客在动物园内外使用，动物园工作人员和动物园管理工作也会用到它。在动物园里，游客可以通过服务器使用移动电话在动物园获得动物的信息，动物的表演日历，事件通知和动物的位置。在此期间，通过网络，游客可以在现实动物园参观不同的体验。他们可以在任何一天去观看动物的生活，可以在论坛聊天聊天，游客也可以在动物园玩团队互动游戏。对于管理者，系统给了他们一个更有效的介绍管理的动物的方式。动物园的工作人员可以使用移动网络来更新动物的情况和事件，让日常维护工作更高效、轻松、准确。
数字动物园是在数字形式的基础上，基于设计和工程的组合创建的一个动物园。它呈现出一个更数字化的，更可用的，更具吸引力的体验给用户。
本文的其余部分安排如下。在第二章中，我们描述有关Djurpark数字系统的概念背景。第三章介绍了交互系统的结构和组成部分：信息，互联网和交互器。第四章描述了当天展示了如何结合系统部件引领数字动物园的新体验的应用场景。最后，第五章是论文总结。
二、概念背景
该研究项目基于无线传感器网络和计算机视觉系统，收集和当地动物园的动物有关的过程信息。在瑞典动物园莱克塞勒Djurpark中包含超过300只动物，它们的活动提供了进行检测的丰富信息源。
硬件支持方面使用的是低成本的图像传感器和微控制器，采用射频识别（RFID）嵌入式系统进行无线通信，进而实现无线视觉传感器网络覆盖，目前部署在动物园中有25个视频传输节点，这个网络中使用的节点是基于高性能无线局域网平台的。它们分布在各个区域以产生覆盖整个动物园的大网络。该网络已经成功地运行了两年多，我们已经从网络摄像头录得超过5000小时的视频，用于验证动物园中动物对RFID系统的适应性。
计算机视觉系统用于后台提取视频和图像信息，照相机在这一人工系统中作为人工智能的机器——不仅可以“看”，而且还可以“理解”。在Djurpark数字项目中，计算机视觉系统负责分析照相机系统所捕获的即时视频，同时也负责检测运动和跟踪动物。
自组织传感器网络捕获动物的信息和它们在动物园的位置，通过RFID识别单个动物的身份，通过计算机视觉系统处理的信息提供了全数字化的动物园，然后将事件以不同的方式呈现给动物园内外的访问者。通过数字动物园，用户无论是在动物园还是在家里都可以在互联网上观看莱克塞勒动物园的动物生活。这一研究项目的目的是提供一个亲密和直接的方式，让动物和游客有更多的机会接触，让游客更好的了解动物。除了从与视频流在互联网上观看动物园之外，用户还可以参加各动物的日常生活的Facebook页面。见图1的系统结构概况。
图1 Djurpark数字系统的结构。
三、数字动物园的互动机制
无线传感器网络和电脑版系统的总部设在动物园，互动系统的设计将能够给动物园的游客带来全新的体验。随着应用程序的普及，“动物园的游客”将成为一个更广泛的意义——游客不仅是在动物园的人，也包括在任何地方通过互联网使用我们的应用程序的用户。硬件设备和软件系统的整体组合，使得动物园游客和动物园管理者在网络空间交汇并彼此相互作用。所有参与将是人们之间信息的活动，而我们给参与互动的人们一个新的名字：“交互件”。
考虑到交互件化的设计规则，在交互系统的设计中，访客不只是被动地获得的动物园信息，而是自己主动参与到系统之中去。
整个系统可分为三部分：信息组件，网络组件和交互器组件。这些组件负责各自的功能，通过不同的应用程序给予不同的输出。在此期间，它们之间相互关系，互为输入和输出端进而形成一个相互通信的圆环。该系统的概述示于图2。
图2交互式网络系统概述
- 信息组件包含了各种来自现实当地动物园捕捉到的信息。基本信息显示动物在动物园的活动：地图以及动物行为等都通过特设的传感器网络捕获，并形成有关动物及其周边功能的视频。 RFID使单个动物的身份能够被识别，计算机视觉系统提供了全数字动物园的事件输出。此组件的设计着重于理解的输出，并提供更丰富、更翔实的信息。这些信息包括图片、视频和声音，它们可以用来呈现给动物园内外的游客。系统能够自动更新动物园工作人员的位置，并始终在后台做以记录。
- 根据互联网目前的信息网络组件情况，我们设计了一个网页用于在PC和智能手机上访问，也设计了一个IPhone应用程序并发布，智能手机可以下载安装。动物园管理系统是专门为动物园的工作人员自动更新状态和针对动物个体发表微博而设置的，这些应用程序可以在任何有网络的地方工作。
基本上来说，地图、开放时间和动物园方向等信息将在网页和手机应用程序上同时显示。网站访问者可以观看动物园的高品质实时流，并观看顶有趣的视频剪辑。在网页论坛上，无论是在动物园内还是外的游客都可以相互通信。IPhone应用程序允许访问者在动物园更新有趣的视频剪辑，分享所有的体验。在线游戏的设计也可以让动物园内外的游客获得更多的有关动物的知识，并给予了诱人的动物园之旅体验以方便。该系统的功能表示于图3。
图3 系统功能表
- 交互器组件表示“交互件”作为活性组分可彼此通信，并与人类和动物相互作用。他们可以上传并视频并通过互联网组件分享，使得“动物园游客”成为更广泛的意义。游客不仅指一个人在动物园中游览，也指代我们的应用程序的用户在动物园中进行体验和交互行为。他们可以使用游戏申请加入他人的体验，并在论坛应用程序中共享。动物园经理作为负责人可以更有效的管理动物，并可以和其他地区的动物园。合作交流动物园的工作人员可以使用移动网络来自动更新动物的状态，让日常工作更高效、轻松和准确。
四、应用场景
在本节中，几个交互系统的应用场景将展示应用组件将如何如何工作，网络组件和交互器组件如何结合在一起发挥作用，场景会体现出应用程序如何帮助用户和动物相互交流的，如何最大限度地发挥他们的动物园的经验。交互者会发现应用程序如何规划导航他们在动物园的行程，以及如何使他们能够在数字动物园之旅学习相关的和适当的知识。动物园工作人员的管理界面也将显示在场景中。
A.上午8:30工作人员在动物园
Bob是莱克塞勒Djurpark的工作人员。他在上午8:30来到了动物园，并开始了一整天的工作。他负责5种共计19个动物，他会每天每天喂它们两次。下午2点他会在馆内进行表演，下午3点他要向动物园经理进行每周报告。他用他的手机来登录系统，并检查日历和昨天历史记录。然后，他开始了他的例行工作程序，他用RFID检测自己的ID并检查任务，而后可以在任务完成之后在日历中进行标注。
图4 动物园的工作人员的iPhone应用程序界面
B.上午10:30四年级的学生在课堂上
四年级的学生有一个关于自然科学的课堂讲座。他们利用电脑中的Djurpark数码网站进入，并与另一些在当地动物园使用移动设备的学生开展团队游戏。在课堂上，孩子们回答有关动物的知识问题，以获得奖品的提示，他们可以告诉动物园中那组孩子们奖品的方向。在动物园里，孩子们将试图找到在当地动物园的奖品，拍摄照片并上传到“记忆的口袋”里以完成比赛。图5示出游戏界面。
图5 游戏应用界面
C.下午12：30游客在动物园
一个妈妈和两个孩子将要进行一次动物园之旅。她用Djurpark iPhone应用程序来检查动物园地图和事件日历。因为有些动物很喜欢在草丛或洞穴隐藏，孩子可以用“在动物园”功能找到熊。利用GPS和数字动物园的动物跟踪位置数据相结合的发现熊的功能可以找到熊，它告诉孩子在哪里看的围栏。查找动物的界面如图6。
图6动物发现应用程序界面
D.下午3：00动物园经理每周报告
伊琳娜是当地动物园的经理。每个星期三，她与动物园的工作人员进行每周报告会。互动系统自动获取动物个体的日常状态，检查使用信息组件和网络组件的员工的日常工作。该系统是管理动物更有效的方式，并且她可以通过使用状态报告和视频流合作的方法和其他城市动物园通信。
E.下午5：00工作人员在动物园
鲍勃晚班结束开始更新整个一天的工作，并写入各个动物的状况。使用信息组件上传动物的环境温度，他们站在附近饲养的地方吃多久。运动视频录制会记录任何不寻常的动物行为如互相打架。他只是需要确认从当天记录的数据，并将其上传到数据库中。
F.下午9：00游客的数字动物园家
妈妈和孩子们的当地动物园之旅结束了，但新的数字动物园旅程才刚刚开始。他们可以在网站上观看实时流，留在论坛上评论，并管理他们上传在白天动物园的视频剪辑。互动系统让动物园的游客获得更数字化、更具吸引力的体验。图7是当前网页为数字动物园。
图7 数字动物园网页
五，结论
在本文中，我们提出了一个赋予动物园内外游客和动物园管理人员新体验的交互系统。
整个系统的概念基于Djurpark数字项目，它采用无线视觉传感器网络来捕捉关于动物和它们在当地动物园周边的信息。在相关技术的支持下，交互网络系统得以设计和建造，它突破了传统的方式来查看或管理的动物园。该系统分为信息组件，网络组件和交互器组件。不同的交互导向的应用是通过使用这些成分，使动物园更具吸引力、更方便，使得交互件感到更多的参与感。
