元宇宙背景下圖書館建設的技術架構研究

李琳，王艷玲

（山西醫科大學 圖書館，山西太原 030001）

2021年 12月，元宇宙（Metaverse）成為《柯林斯詞典》評選出的2021年度熱門詞匯之一。元宇宙是一個虛擬世界與真實世界相結合，人們可以在其中創造自己世界的虛擬世界。元宇宙的發展需要全面融合5G和6G網絡、大數據、區塊鏈、人工智能、數字孿生、腦機接口等新技術。新冠肺炎疫情暴發后，線上辦公、學生網課、云畢業等都助推了元宇宙的發展進程。2022年4月，清華大學新聞與傳播學院迎來建院20周年，“清華大學新聞與傳播學院元宇宙文化實驗室”正式成立，它是中國首個正式成立的元宇宙文化實驗室。圖書館作為社會服務的文化機構，更應與時俱進加強技術創新，努力構建圖書館元宇宙服務體系，為讀者營造嶄新的、舒適的、高質量的學習和閱讀環境。

1 元宇宙概述

1992年，美國賽伯朋克流科幻作家尼爾·斯蒂芬森（Neal Stephenson）在他的科幻作品 《雪崩》（Snow Crash）中首次提出“元宇宙”概念，這個概念來自現實世界，與現實世界平行并相互作用。30年后的今天，這個有影響力的、永遠在線的虛擬世界引起了大眾的廣泛關注。2021年，沙盒游戲平臺Roblox在紐約證券交易所正式上線，它是第一個將“元宇宙”這個概念寫進招股書的公司。在這之后，“元宇宙”迅速蔓延，引起了思想界、科技界和文化界，甚至是政府部門的關注，形成了“元宇宙現象”，因此2021年堪稱“元宇宙元年”。

維基百科對“元宇宙”概念描述為：元宇宙是集體的虛擬共享空間，包含所有的虛擬世界和互聯網，或許包含現實世界的衍生物，但不同于增強現實。元宇宙通常被用來描述未來互聯網的迭代概念，由持久的、共享的、三維的虛擬空間組成，并連接成一個可感知的虛擬宇宙[1]。2022年1月，清華大學沈陽教授團隊發布的 《元宇宙發展研究報告2.0版》中對“元宇宙”定義如下：元宇宙是整合多種新技術產生的下一代互聯網應用和社會形態，它基于展現現實技術和數字孿生實現時空拓展性，基于AI和物聯網實現虛擬人、自然人和機器人的人機融生性，基于區塊鏈、Web3.0、數字藏品/NFT等實現經濟增值性。在社交系統、生產系統、經濟系統上虛實共生，每個用戶可進行世界編輯、內容生產和數字資產自所有[2]。我國著名經濟學家朱嘉明認為元宇宙是一個與現實世界平行的獨立虛擬空間，一個反映現實世界的在線虛擬世界，是一個越來越現實的數字虛擬世界[3]。由此看來，元宇宙不僅是一個數字空間，它讓數字空間和物理空間進行更深度的融合以及更深入交互，遠宇宙的發展脈絡如表1所示。

表1 元宇宙發展脈絡（主要事件）

2 元宇宙與圖書館的關系

從元宇宙元年（2021年）開始，圖書館界學者也對元宇宙圖書館展開了相關研究。楊新涯等人認為元宇宙必將成為未來人類社會一種創新存在的方式，而圖書館在現實社會中起著社會“記憶體”的作用，因此，元宇宙也必將徹底改變圖書館的生存和服務生態，并指出如何利用元宇宙來解決目前圖書館的發展中所遇到的問題[4]。李洪晨等人認為元宇宙以其強大的沉浸感、虛擬現實融合、去中心化等特性為圖書館的發展帶來更多新的可能，應重視元宇宙相關技術的發展，積極開展圖書館基本理論與應用方面的探索[5]。李默認為元宇宙能對智慧圖書館服務產生積極的作用和影響，并分析了元宇宙視角下智慧圖書館建設需要解決的問題[6]。郭亞軍等人認為，隨著元宇宙時代的發展，社會環境越來越虛擬化、智能化，公共圖書館需要適應當前社會環境的變化，實施多元化的社會教育，推動圖書館傳統服務模式的變革。公共圖書館需要跟上時代發展的步伐，利用元宇宙等新技術、新形態完善和發展自身功能，實現現代圖書館發展的使命和價值[7]。婁方園等人認為圖書館應根據自身情況與不同類型的用戶結合，穩步推進圖書館社會教育元宇宙的建設，創造生動直觀的虛擬形象新形式，支持虛擬條件下智能化學習，促進圖書館社會教育真實空間和虛擬空間的融合發展[8]。辛海霞認為元宇宙驅動圖書館資源、服務、架構及考評等變革創新，圖書館應積極融入元宇宙中，勇于嘗試和創新，提升用戶體驗，開創圖書館發展新格局[9]。張興旺等人認為圖書館元宇宙是元宇宙的重要組成部分，通過圖書館若干要素及其彼此之間相互關聯，實現圖書館物理世界與元宇宙空間的有效結合與銜接[10]。張慶來等人認為圖書館可以作為元宇宙與現實世界之間的交流通道，在元宇宙建設的初期、基本建成及發展完善三個階段發揮積極作用[11]。

從傳統圖書館到數字圖書館，再到現階段的智能圖書館，圖書館的發展記錄了不斷進步的人類社會歷史。同樣，圖書館作為社會服務的文化機構，它的發展也受先進技術的影響。互聯網、5G和6G網絡、云計算、人工智能、數字孿生及區塊鏈等新技術的發展，促進了圖書館的發展。元宇宙這一新技術的出現，帶來了人類數字化生存的最高形態。雖然元宇宙的發展尚處于初期階段，但元宇宙時代的到來勢必為圖書館的未來帶來更多的可能。

3 元宇宙圖書館的技術架構

圖書館基礎技術的提升是元宇宙圖書館落地和普及的根本保障和關鍵驅動力。在這里，我們將元宇宙圖書館實現的基礎技術概括為網絡及運算技術、映射技術、交互技術、人工智能技術及區塊鏈技術5個支撐技術。其中，網絡及運算是元宇宙圖書館形成的基礎，保障圖書館數字空間的形成。映射技術讓物理圖書館與元宇宙圖書館實現雙向打通和疊加。交互技術可以承載大規模讀者進入元宇宙圖書館中，并自由穿梭于物理圖書館和數字圖書館。人工智能技術和區塊鏈技術可以實現人機深度交互，使元宇宙圖書館持續運轉。具體如圖1所示。

圖1 圖書館元宇宙技術架構

3.1 網絡及運算技術

元宇宙圖書館應該能夠容納足夠多的讀者同時使用，因此，需要以高速的網絡、強大的計算能力和海量的存儲空間作為基礎。因此，5G和6G網絡、云計算、邊緣計算等基礎核心技術的發展和普及，是保證元宇宙圖書館讀者較高體驗感的關鍵。

元宇宙圖書館中的讀者需要與在線圖書館員實時交互，并完成信息數據的實時傳輸，網絡的延遲會直接影響用戶的體驗感，因此信息通信技術的進一步發展是讀者進入元宇宙的前提。要構建元宇宙圖書館，算力可能是最大的瓶頸。元宇宙圖書館的空間越大、內容越多，所需要的算力就越高。對于元宇宙圖書館而言，云計算的應用無疑可以為讀者帶來功能更強大、更輕量化的終端設備，提高讀者使用舒適感。而邊緣計算可以解決成本和網絡堵塞問題，降低延時，為讀者帶來流暢的體驗感。云計算與邊緣計算相互疊加，共同構成了元宇宙圖書館的計算體系。

3.2 映射技術

映射類技術將實現物理圖書館與元宇宙圖書館的互通與疊加，可以讓兩個世界相互感知、理解和交互。其中數字孿生、3D掃描和物聯網都是關鍵技術。

數字孿生技術實際上是一系列技術的集合，可以讓物理圖書館中的實物在元宇宙空間中創造一個數字的克隆體，并將物理圖書館的實時狀態和外界環境全部復制給元宇宙中的克隆體。在建立元宇宙圖書館克隆體的過程中，3D掃描是一項關鍵性的技術。通過該技術，我們可以對物理圖書館或圖書館內置設備進行掃描，獲得物體的三維立體結構參數，從而快速將圖書館的立體結構參數轉換為計算機語言，并將這些數據信息映射到元宇宙中。物聯網將圖書館中的各種信息傳感設備與互聯網相結合，將實體設備全面接入元宇宙圖書館，極大地拓展了圖書館元宇宙的規模，還可以把元宇宙圖書館中的信息傳遞到物理圖書館，實現了線上線下的雙向互動。

3.3 交互技術

交互技術可以承載大規模讀者進入元宇宙圖書館，并自由穿行于物理圖書館和元宇宙圖書館之間。虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）、增強現實技術（Augmented Reality，AR）、混合現實技術（Mixed Reality，MR）、全息影像技術、腦機交互技術及傳感技術都將是建設元宇宙圖書館關鍵技術創新的重點方向。

VR是指基于計算機模擬產生可交互的3D環境，通過對讀者感官的模擬，令其產生身臨其境于圖書館的臨場感。AR將數字圖書館的圖像等信息模擬仿真后“疊加”到物理圖書館，實現對物理圖書館的“增強”，從而讓兩個世界巧妙融合。基于混合現實技術設備，不僅能夠在讀者的視野中增添數字內容，還可以優化物理圖書館的視覺效果。全息影像技術可以讓讀者在不佩戴任何設備的條件下，裸眼看到圖書館生動的3D立體場景，使讀者完成現實與虛擬的互動。腦機交互技術可以根據讀者的指令形成生動有趣的閱讀場景，引發讀者的興趣，提高注意力，增進了學習和閱讀的效率，在元宇宙圖書館與讀者之間形成非常快速、便捷的交互方式。傳感技術為讀者提供更加真實有效的各種體感，提升讀者的體驗感。

3.4 人工智能技術

近年來，人工智能快速發展，在計算機視覺、機器學習、自然語言處理及智能語音等方面的技術突破及應用創新層出不窮，計算機已經完成了一些只有人才能完成的工作。人工智能是元宇宙圖書館基礎性技術之一，它將在元宇宙圖書館中實現人機交互、萬物泛在互聯。

計算機視覺是物理圖書館數字化的關鍵技術，為元宇宙圖書館提供虛實結合的體驗感。機器學習是元宇宙圖書館中所有的系統和角色的技術支撐，極大地影響了元宇宙圖書館的運行效率和智慧化程度。自然語言處理可以為讀者之間、讀者與系統之間的語言識別和交流提供技術支撐。而智能語音保障了元宇宙圖書館與讀者之間，以及讀者與讀者之間最準確的理解和交流。

3.5 區塊鏈技術

區塊鏈技術源于比特幣，是比特幣的一個核心概念。區塊鏈去中心化的價值觀，與元宇宙圖書館“共創、共建、共享”的價值觀高度一致，相互成就。區塊鏈技術是元宇宙圖書館最基礎、最關鍵的技術之一。它與元宇宙圖書館緊密交融，環環相扣。

哈希算法是一種單項密碼機制，在區塊鏈中保證信息不被篡改。時間戳技術保證每個區塊按照一定的次序相連，給區塊鏈上每一份數據都加上時間標記。哈希算法和時間戳技術為元宇宙圖書館讀者提供原始數據的溯源和保密。數據傳播及驗證機制為元宇宙圖書館系統各種數據傳輸及驗證提供網絡支撐。共識機制保證元宇宙圖書館讀者獲得的信息平等且透明。分布式存儲保障讀者及館員虛擬身份和信息存儲的安全。智能合約保障元宇宙圖書館的規則得以透明而公平地執行。分布式賬本保障元宇宙圖書館中數據交換的同步性及交換過程的安全性。

4 結語

綜上所述，元宇宙圖書館是整合多種新技術而產生的現實與虛擬相結合的圖書館新形態。因此，加強技術創新是發展元宇宙圖書館的關鍵所在。持續不斷地加快推動網絡及運算技術、映射技術、交互技術、人工智能技術及區塊鏈技術等前沿數字技術的創新和融合在建設元宇宙圖書館的過程中至關重要。隨著新技術的發展和成熟，元宇宙圖書館將逐步變為現實。