基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字博物館建設(shè)研究

鄒超榮

（長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410004）

0 引 言

廣義的虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）、混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality，MR）以 及 拓 展 現(xiàn) 實(shí)（Extended Reality，XR）。2022年11月，多部門聯(lián)合印發(fā)《虛擬現(xiàn)實(shí)與行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展行動計(jì)劃（2022—2026年）》，提出到2026年的虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展目標(biāo)，其中包括創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)持續(xù)完善、融合應(yīng)用成效凸顯。虛擬現(xiàn)實(shí)+文化旅游的應(yīng)用場景推動了博物館行業(yè)的數(shù)字化、虛擬化發(fā)展。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近眼顯示、渲染處理、壓縮編碼、感知交互等多種技術(shù)的融合。5G、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、大數(shù)據(jù)（big data）、區(qū)塊鏈（Blockchain）等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，推動了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與新一代信息技術(shù)的深度融合[1]。虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)包括近眼顯示、渲染處理、感知交互、網(wǎng)絡(luò)傳輸、內(nèi)容生產(chǎn)、編碼壓縮以及安全可信等。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，全產(chǎn)業(yè)鏈條供給能力不斷提升。在關(guān)鍵器件方面，虛擬現(xiàn)實(shí)專用處理芯片、4K新型微顯示器件、驅(qū)動芯片等關(guān)鍵器件發(fā)展迅速。在終端外設(shè)方面，一體式、分體式、車載式、云化終端虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備發(fā)展迅速，裸眼觀看、沉浸式還音視音頻系統(tǒng)裝置得以發(fā)展，3D化、實(shí)時性、多任務(wù)虛擬現(xiàn)實(shí)操作系統(tǒng)研發(fā)生產(chǎn)能力大幅度提升。在業(yè)務(wù)運(yùn)營平臺方面，沉浸式主題樂園、劇場、文化場館等線下體驗(yàn)中心與云化虛擬現(xiàn)實(shí)線上服務(wù)平臺成為重要發(fā)展趨勢。在內(nèi)容生產(chǎn)工具方面，三維場景編輯器、虛擬現(xiàn)實(shí)視頻融合制播、3D超高清全景攝像機(jī)、三維掃描儀、動作捕捉外設(shè)等生產(chǎn)工具保障了虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容制作質(zhì)量。在專用信息基礎(chǔ)設(shè)施方面，圖形渲染、空間計(jì)算、云計(jì)算、邊緣計(jì)算、沉浸式計(jì)算等算力信息基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善[2]。

2 數(shù)字博物館發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 數(shù)字博物館行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國博物館數(shù)量在不斷地增長，除了國家級博物館、省級市級博物館外，各民辦博物館也在蓬勃發(fā)展。人工智能、大數(shù)據(jù)、交互技術(shù)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，為數(shù)字博物館發(fā)展提供了技術(shù)支持。以技術(shù)驅(qū)動、創(chuàng)新變革為動力，推動數(shù)字博物館新平臺建設(shè)，能夠?yàn)榇蟊妿沓两健⒒邮讲┪镳^展覽體驗(yàn)。我國數(shù)字博物館建設(shè)開始于20世紀(jì)90年代。在21世紀(jì)，隨著新一代信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字博物館迎來快速發(fā)展期，越來越多的實(shí)體博物館開始進(jìn)行數(shù)字博物館建設(shè)。數(shù)字博物館還向數(shù)字文物影像展覽、藏品征集、藏品保管、藏品保護(hù)、展覽活動、專業(yè)研究及教育傳播等領(lǐng)域拓展。數(shù)字博物館建設(shè)過程中，以河南省、浙江省、廣東省為代表，其數(shù)字博物館建設(shè)走在全國前列。數(shù)字博物館依托物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、交互技術(shù)以及人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)物的互聯(lián)，隨時掌握觀眾、藏品、展廳情況，推動博物館保護(hù)、管理、服務(wù)、展覽的智能化建設(shè)[3]。

2.2 數(shù)字博物館應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)外數(shù)字博物館應(yīng)用都有自己的特點(diǎn)。國外數(shù)字博物館建設(shè)發(fā)展歷史較長，在虛擬內(nèi)容、互動展示、三維特效等方面有值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)。以紐約大都會藝術(shù)博物館為例，其博物館主頁設(shè)計(jì)、展出內(nèi)容簡潔，實(shí)現(xiàn)與實(shí)體博物館的高度關(guān)聯(lián)，還開展虛擬展示、虛擬團(tuán)體旅游等活動。以大英博物館為例，其數(shù)字博物館主頁建設(shè)以實(shí)體博物館為基礎(chǔ)，進(jìn)行虛擬展示建設(shè)，并可通過谷歌VR眼鏡完成參觀活動。以法國盧浮宮博物館為例，其數(shù)字博物館開設(shè)了在線虛擬游覽模塊，體驗(yàn)者可根據(jù)自己的需求，自由選擇游覽視角和游覽區(qū)域，開展虛擬游覽活動。系統(tǒng)配備多種語言的3D參觀服務(wù)體系，運(yùn)用交互技術(shù)、圖像繪制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)博物館展品及建筑的重構(gòu)。游覽者可通過線上游覽盧浮宮數(shù)字博物館，獲得沉浸式、交互式觀展體驗(yàn)。此外，法國盧浮宮數(shù)字博物館還設(shè)有導(dǎo)航欄，包括導(dǎo)覽圖、團(tuán)體參觀、玩轉(zhuǎn)盧浮宮、專題參觀路線、鎮(zhèn)館之寶及在線虛擬參觀等模塊，滿足用戶虛擬漫游與展覽體驗(yàn)。從國外數(shù)字博物館的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，其頁面設(shè)計(jì)普遍簡潔，表現(xiàn)方式靈活多樣，并且運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)博物館的全方位、多角度數(shù)字化展示，增加交互、趣味活動，使參觀者能夠身臨其境地游覽數(shù)字博物館[4]。

經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)數(shù)字博物館的應(yīng)用也已十分成熟，在個別領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到世界前列。以中國國家博物館為例，其數(shù)字博物館建設(shè)采用、文字、圖片、視頻的形式，實(shí)現(xiàn)與觀眾的線上互動，同時推出線上展廳，觀眾通過互聯(lián)網(wǎng)、App實(shí)現(xiàn)線上游覽博物館。以北京故宮博物館為例，其數(shù)字博物館主頁主要介紹博物館情況，設(shè)置數(shù)字資料館板塊，可以查閱博物館相關(guān)內(nèi)容。通過主題游覽模塊，觀眾可選擇自己喜歡的模塊進(jìn)行線上游覽。以上海博物館為例，其在數(shù)字博物館的建設(shè)過程中充分運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、三維展示技術(shù)等，為用戶提供三維虛擬場景游覽、藏品展示參觀等內(nèi)容。以中國科普博覽館為例，其是我國最早使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的博物館，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、三維展示技術(shù)、人工智能技術(shù)以多樣化的展示形式向大眾科普文化知識。國內(nèi)博物館充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)技術(shù)與設(shè)備，開展與博物館相關(guān)的特色主題展覽、將現(xiàn)實(shí)的博物館文物以立體性、交互性的方式進(jìn)行數(shù)字化呈現(xiàn)，不斷提升博物館展品、建筑的修復(fù)與展覽水平[5]。

3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字博物館建設(shè)策略

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字博物館建設(shè)中的優(yōu)勢

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在博物館建設(shè)中有傳遞多元化、互動性增強(qiáng)、突破空間時間限制等優(yōu)勢。傳遞多元化是指，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字博物館與實(shí)體博物館相比，解決了實(shí)體博物館場館環(huán)境、技術(shù)設(shè)施、文物條件自身等因素影響的展示限制問題。依托虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字資源平臺，能夠?qū)㈦y以展示的文物、建筑等虛擬化，完整地呈現(xiàn)給游覽者。互動性增強(qiáng)是指，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字博物館彌補(bǔ)了實(shí)體博物館互動性較弱的問題，體驗(yàn)者能夠360度全方位地觀摩文物展品。觀眾在數(shù)字博物館不僅是觀展者，更是展品的體驗(yàn)者與研究人員，可通過官方網(wǎng)站、App、公眾號等渠道反饋?zhàn)约簩?shù)字博物館的意見和建議，實(shí)現(xiàn)數(shù)字博物館與用戶之間的交流互動。突破空間與時間的限制是指，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字博物館突破了空間、時間對實(shí)體博物館的限制，帶給游覽者更加沉浸式、全方位的展品觀看體驗(yàn)。參觀者可以通過官網(wǎng)、App、微信等平臺隨時隨地地游覽數(shù)字博物館，足不出戶，游覽到世界各地的數(shù)字博物館。

3.2 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字博物館建設(shè)架構(gòu)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字博物館架構(gòu)普遍采用“1+1+2+4+3”的總體架構(gòu)，如圖1所示，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)上，融合人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)，使數(shù)字博物館具備智慧服務(wù)、智慧管理、智慧決策等能力。1是指1套基礎(chǔ)設(shè)施、1套支撐體系，2是指2個平臺，包括數(shù)據(jù)管理平臺和應(yīng)用支撐平臺，4是指4類智慧應(yīng)用，包括智慧管理、智慧保護(hù)、智慧服務(wù)及智慧決策，3是指3個展示渠道，包括大屏、網(wǎng)站及微信小程序。

圖1 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字博物館建設(shè)架構(gòu)

3.3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字博物館建設(shè)內(nèi)容

1套基礎(chǔ)設(shè)施包括基于虛擬現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，5G、千兆寬帶等對虛擬現(xiàn)實(shí)的適配，使數(shù)字博物館具備構(gòu)建全場景實(shí)時寬帶通信能力。基于虛擬現(xiàn)實(shí)的編碼壓縮、內(nèi)容生產(chǎn)、感知交互技術(shù)為數(shù)字博物館建設(shè)提供了超高清攝像頭、傳感終端等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，基于虛擬現(xiàn)實(shí)的安全可信技術(shù)為數(shù)字博物館提供安全、安防、環(huán)境感知等保障。

1套支撐體系包括標(biāo)準(zhǔn)體系、安全體系、運(yùn)營體系以及機(jī)制保障。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在關(guān)鍵器件、終端外設(shè)、業(yè)務(wù)運(yùn)營平臺、內(nèi)容生產(chǎn)工具、專業(yè)信息基礎(chǔ)設(shè)施的全鏈條供給能力大幅度提升，為數(shù)字博物館支撐體系建設(shè)提供了技術(shù)與設(shè)備支持。例如，虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)運(yùn)營平臺保障數(shù)字博物館運(yùn)營體系的云化虛擬現(xiàn)實(shí)線上服務(wù)平臺、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)運(yùn)營平臺建設(shè)。

2個平臺包括數(shù)據(jù)管理平臺和應(yīng)用支撐平臺。數(shù)據(jù)管理平臺基于虛擬現(xiàn)實(shí)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的融合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)支撐、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)共享與開放等功能。應(yīng)用支撐平臺基于虛擬現(xiàn)實(shí)與網(wǎng)絡(luò)傳輸、內(nèi)容生產(chǎn)、壓縮編碼等關(guān)鍵技術(shù)的融合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)流程審批、消息服務(wù)、統(tǒng)一用戶及權(quán)限管理、統(tǒng)一信息發(fā)布等功能。

4類智慧應(yīng)用包括智慧管理、智慧保護(hù)、智慧服務(wù)及智慧決策等。AR、VR、MR等交互技術(shù)在藏品管理、展陳管理、文物保護(hù)、文物環(huán)境保護(hù)等方面發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，提升數(shù)字博物館在視覺、聽覺、觸覺等方面的交互性與沉浸感。基于虛擬現(xiàn)實(shí)+大數(shù)據(jù)+人工智能+云計(jì)算的技術(shù)融合，能夠提升數(shù)字博物館的智慧管理、智慧服務(wù)、智慧保護(hù)及智慧決策能力。

3個展示渠道包括大屏、網(wǎng)站以及微信小程序。通過這三個展示渠道，用戶可了解數(shù)字博物館的整體情況及各展品情況。同時，這三個展示渠道也是數(shù)字博物館對外發(fā)布新聞資訊、陳列展覽、活動通告的重要渠道，用戶可通過微信小程序進(jìn)行票務(wù)預(yù)約和展覽活動預(yù)約。展示渠道的建設(shè)過程也離不開虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的支持，通過全息幻影成像、VR/AR/XR虛擬現(xiàn)實(shí)、裸眼3D投影、沉浸式環(huán)境交互、全景多聲道、VR動畫設(shè)計(jì)、VR交互體驗(yàn)、XR沉浸式展陳等實(shí)現(xiàn)博物館主題與交互界面在文字圖像、界面色彩、整體版式等元素的統(tǒng)一，可提升數(shù)字博物館的沉浸感、交互性以及智能化水平。

4 結(jié) 語

多種沉浸式交互技術(shù)的發(fā)展與組合應(yīng)用，必將推動數(shù)字博物館的進(jìn)一步發(fā)展，在VR、AR、MR、XR等虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)深入融合背景下，推動數(shù)字博物館在展演、藏品養(yǎng)護(hù)修復(fù)、游客體驗(yàn)情緒、后期運(yùn)營等方面向智能化與智慧化發(fā)展，不斷創(chuàng)新數(shù)字博物館的公共文化服務(wù)模式。