让文物说话——金蝉玉叶文物模型
60 多年过去了，尽管辉光管已经停产，有很多工程师仍然对它情有独钟。我用 8 块液晶显示屏制作了一个拟辉光管时钟，感受复古元素的美感，表达对过去经典的敬意。
2024年南京市创客大赛的主题是：数字金陵，文创南京——让文物来“说话”，其宗旨是引导学生走进博物馆，从全新的角度理解文物，挖掘文物所蕴含的历史、人文、科学价值，鼓励学生在研究的基础上展开想象，运用所学知识和创意思维，结合现代数字与智能的手段，赋予文物新的生命力，使其成为传播南京文化故事的鲜活载体。
本次活动中，学生研究的文物既包括古代建筑遗迹、桥梁工程，也涉及精致的玉石器、陶瓷、木雕与金属工艺品；从典籍文献、石碑雕刻，到农业生产中的古老工具、古代战争中的兵器，乃至音乐领域的传统乐器，都在研究范畴之内。我们选择了南京博物院 18 件镇馆之宝之一的金蝉玉叶作为主题，金蝉玉叶文物如图 1 所示。
图 1 金蝉玉叶文物
我们利用 3D 打印、编程、物联网、人工智能等现代科技手段复现文物，既保留文物传统的韵味，又增加时代的科技感，赋予文物新的生命力，让静态的文物变得生动，讲述文物背后的历史文化故事。我们使用智普 AI、讯飞语音两个大模型技术，结合开源硬件制作了一个可以与人交互问答的金蝉玉叶文物模型，如图 2 所示。
图 2 金蝉玉叶文物模型
设计方案
本次作品我们设计了两部分，第一部分是模型部分，第二部分是在线展厅。设计思路如图 3 所示，文物模型实体展台不仅能提供给观众观赏文物的功能，而且可以让观众与文物交流，让观众了解文物的历史等相关知识，还可以操控按键打开灯光，转动底座，让观众全方位欣赏文物。节假日观众较多，无法入院的观众可以通过在线展厅观看文物。
图 3 设计思路
为了获得良好的用户体验，我们使用了 2 块行空板，在线展厅部分使用 Flask 生成网页与 2 自由度机械臂的结合，制作了可移动的镜头。
材料清单
材料清单见附表。
程序设计
网络地址配置
本项目中使用的智普 AI 需要联网运行，所以在使用前，需要将行空板连接 Wi-Fi，并获取 IP 地址。将行空板通过 USB 数据线与计算机连接，行空板会虚拟为一个 RNDIS 网卡设备，此时行空板 IP 地址固定为 10.1.2.3，在浏览器中输入该地址，登录行空板。用鼠标单击左侧的“网络设置”，进入图 4 所示界面，输入 Wi-Fi 热点的名称和密码。连接成功后，系统分配给行空板一个 IP 地址，行空板就顺利接入了网络。
图 4 连接 Wi-Fi
编程参数设置
本次编程使用的是 Mind+ 图形化编程软件，编程前需要添加相关的库。打开 Mind+ 后，将其切换至 Python 模式，用鼠标单击左下角的“扩展”，在官方库页面中添加行空板、讯飞语音库。然后在添加库面板中切换到“用户库”选项卡，添加智普 AI库。最后在 pinpong 库中添加“舵机”和“WS2812 RGB 灯带”。
接下来登录智谱 AI 官网，注册后进入开发控制台，在开发控制台右上角找到 API 密钥，单击查看API，记录并保存好，后续程序编写中会使用到。同理也需要在讯飞星火 API 中注册一个账号，获取对应的 API，需要获取讯飞星火大模型的 APP ID、APISecret 和 APIKey 这 3 项参数。
本项目使用 Mind+ 进行模块化编程，首先配置智普 AI 接口模块，填写智普 AI 的 API 参数，然后配置讯飞语音接口模块，填写讯飞语音 API 的 3 项参数。循环通过按键触发讯飞语音识别功能，然后调用智普大模型进行对话、播放音频，并且伴随着舵机转动和灯光效果，达到交互目的，文物模型程序如图 5 所示。
图 5 文物模型程序
在线展厅部分，我们定义了 6 个舵机控制函数，分别用于控制舵机 1 和舵机 2 左转、右转、置中，在线展厅主程序如图 6 所示。
图 6 在线展厅主程序
电路连接
文物模型电路连接示意如图 7 所示，在线展厅电路连接示意如图 8 所示。
图 7 文物模型电路连接示意
图 8 在线展厅电路连接示意
结构设计
本作品结构设计包括实体文物展台和在线展厅2 部分，实体文物展台采用一键造物功能生成一个盒子，分别在前面板、左侧面板（见图 9）设计出①扬声器、②按键、③行空板、④行空板固定板。
展台顶板如图 10 所示，需要留出① RGB 灯带安装孔、②云台舵机线孔、③底部监测口和云台固定孔。
在线展厅部分结构云台固定结构如图 11 所示。
云台底部结构如图 12 所示，分别留出①行空板固定板、②云台舵机线孔、③底部检测口和云台固定孔。
组装过程
1.取出实体文物部分底板，安装 4 脚铜柱，在文物模型前面板，安装 2 个白色按键。
2.取出行空板固定板，通过 4 脚铜柱安装行空板，安装后的行空板与前面板采用螺母固定。
3.取出舵机、云台，用螺钉将其固定在顶板上，按对应的安装孔将 RGB 灯带固定在顶板上。
4.取出左侧板，将 USB 扬声器安装在对应的孔位上，将以上各组件与剩余的结构件组装在一起，与打印好的“金蝉”和“玉叶”组装后，再与云台组装在一起。、
5.将舵机与切割好的结构件进行组装，并与行空板电路连接在一起。
6.安装完成后分别下载程序，调整两者相对位置，进行整体联动。
运行效果
分别对文物展台和在线展厅上电，按下语音按键进入语音指令输入状态，说出想要问的问题，显示屏会同步显示问题，等待一段时间后，会给出对应的回复，金蝉玉叶交互界面如图 13 所示。
图 13 金蝉玉叶交互界面
按下灯光按键，金蝉玉叶模型缓缓转动，4 条RGB 灯带逐条点亮，并在 10s 后熄灭，金蝉玉叶旋转时的灯光效果如图 14 所示。
图 14 金蝉玉叶旋转时的灯光效果
在线展厅端打开浏览器输入在线展厅端显示屏上显示的 IP 地址，打开对应网页，摄像头显示效果如图 15 所示，可以通过 6 个按键控制舵机的转动，从而更好地观看文物。
图 15 摄像头显示效果
结语
金蝉玉叶文物模型通过激光切割技术、物联网和人工智能等技术，将南京博物院的金蝉玉叶文物转化为一个互动式模型，让观众能够通过语音问答了解文物的历史与文化背景。我们利用智普 AI 和讯飞语音大模型，实现了自然语言处理和人机对话，增强了用户体验。同时，项目还包括一个在线展厅，让更多人可以通过网络访问并学习这些珍贵的文化遗产，成功地将传统文化与科技创新融合，赋予了文物新的生命力。
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