新基建背景下場館元宇宙應用場景研究

摘" 要：新型基礎設施建設為場館元宇宙發展奠定底層基礎框架，并帶來諸多應用創新的可能性。通過復刻現實技術能實現場館的數字孿生，推動場館的高效運維和管理；通過超脫現實技術能實現場館的虛擬原生，實現場館虛實聯動的新型營銷方式；通過增強現實技術能實現場館虛實融生，為場館提供特色的觀眾服務。實踐案例和研究梳理表明，元宇宙可在場館運維管理、運營推廣、觀眾服務三大領域的進行創新應用，對數字中國戰略下智慧場館建設、場館元宇宙平臺的推廣應用，具有參考意義。

關鍵詞：元宇宙；智慧場館；新基建；應用場景；數字中國

中圖分類號：TP391.9" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）31-0009-05

Abstract： The development of new infrastructure has laid the underlying framework for the development of venue metaverse， and brought many possibilities for application innovation. By using reality replication technology， the digital twin of the venue can be realized， promoting efficient operation and management of the venue; through surpassing reality technology， the virtual native of the venue can be realized， achieving a new marketing method of virtual and real linkage; through enhanced reality technology， venue virtual and real fusion can be achieved， providing characteristic audience services for the venue. Practice cases and research show that the metaverse can innovate and apply in three main areas of venue operation and management， operation promotion， and audience service， which has reference significance for the smart venue construction and the promotion and application of venue metaverse platform under the Digital China strategy.

Keywords： metaverse; smart venues; new infrastructure; application scenario; Digital China

元宇宙（Metaverse）一詞，最早出自美國作家尼爾·斯蒂芬森的作品《雪崩》，而元宇宙的概念，則可追溯到1981年出版的《真實姓名》，其中描述了通過腦機接口實現獲得真實感受的虛擬世界[1]。1990年，我國錢學森曾將VR等概念譯為“靈境”，并稱之為“人類歷史中的大事”[2]。2021年，隨著游戲公司Roblox市值爆發，扎克伯格將臉書（Facebook）更名為“Meta”[3]等，元宇宙的概念開始被廣泛傳播，并成為年度流行熱詞。

近年來，隨著AI、XR、區塊鏈、大數據、數字孿生引擎等技術的發展，元宇宙在各個領域取得較大突破。同時行業內也有諸多聲音質疑元宇宙是概念炒作[4]。如何脫虛向實，用元宇宙的概念和技術來指導具體的應用場景，切實解決行業發展中的難題和痛點，成為元宇宙當前發展的所亟需解決的問題之一。

1" 元宇宙在智慧場館建設領域的應用價值

根據全國科學技術審定委員會的定義[5]，元宇宙是人類運用數字技術構建的，由現實世界映射或超越現實世界，可與現實世界交互的虛擬世界。元宇宙不僅僅是一個概念，亦是對5G、物聯網、云計算、人工智能、區塊鏈、數字貨幣和人機交互等各種技術的整合。世界各國都十分關注元宇宙相關技術的發展[6]。我國在《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》[7]、《數字中國建設整體布局規劃》[8]等多個重點戰略規劃中均重點提出要建設5G、6G、物聯網和大數據等新型基礎設施，這些技術都與元宇宙息息相關。

場館是一種具有特定功能的空間和設施，用于舉辦體育、文化、社交等活動，并提供觀眾/參與者所需服務和便利的場所，如體育場館、會展場館、文博場館、演藝場館和圖書館等。其空間相對封閉，人員集中、相互接觸頻繁、流動性大，對日常管理、運營服務等有較高要求；同時也是人們生活中不可缺少的組成部分，是反映一個國家、民族物質條件和精神文明的窗口，是數字化轉型發展和智慧化建設的重要載體。隨著元宇宙概念的普及推廣，智慧場館不斷成為元宇宙賽道的重要試驗田。不同于城市、鄉村等“開放世界”，場館是一個有邊界的、有主題功能限定的室內空間。從技術和業務邏輯等角度來說，創建一個場館的室內元宇宙空間比創造一個元宇宙城市要簡單得多，但場館元宇宙又極具有代表性，通過小空間的探索和試驗，進而推動整個元宇宙產業的發展。

2" 支撐場館元宇宙的新型基礎設施

新型基礎設施是以新發展理念為引領，以技術創新為驅動，以信息網絡為基礎，面向高質量發展需要，提供數字轉型、智能升級、融合創新等服務的基礎設施體系[9]。參考王文喜等[1]、馬小雅等[10]對元宇宙基礎架構的理解，結合筆者在各類智慧場館ICT項目的實施經驗，將館元宇宙的整體架構圖總結如圖1所示。

2.1" 5G/6G通信網絡為場館元宇宙構建高速信息通道

元宇宙涉及龐大的三維場景加載、三維資產載入、音視頻交互等內容，這些都依賴于低時延的網絡環境，以XR應用為例，分辨率至少應達到16 K才能保障沉浸式體驗效果[11]。5G網絡具有大帶寬、低時延、廣連接等特性，是目前而言，最適合承載元宇宙場景的網絡基礎設施。而下一代6G網絡將是一個地面無線與衛星通信集成的全連接世界，通過將衛星通信整合到6G移動通信，實現全球無縫覆蓋，能應用于智能交互、情感和觸覺交流、多感官混合現實等領域。6G將支持1 ms甚至亞微秒的延遲通信，其傳輸能力可比5G提升100倍，有望支持1 Tbps的速度[12]。

2.2" 泛在融合的算力網絡是保障場館元宇宙發展的核心根基

算力網絡可以根據場館元宇宙發展需求，在云、網、邊、端之間按需分配和靈活調度計算資源、存儲資源以及網絡資源，具備低時延和高可用性[13-14]。元宇宙場景的復雜性和渲染技術對算力的高度依賴性，導致僅僅依靠端側算力已經不能滿足所有應用場景的需求。特別是云游戲、云渲染技術的出現，依靠云、邊算力來提供三維渲染能讓低端智能設備承載復雜、逼真的場景效果，也能承載更多人的在線交互需求。根據資源消耗和時延要求，不同的計算任務可分別依托設備端、邊緣側、云側進行處理，實現了對算力資源的高效利用。

2.3" 開放共享的智能中臺為場館元宇宙輸出各種能力

場館元宇宙的智慧中臺是對人工智能、大數據、區塊鏈及安全認證等各種能力的集成封裝，能夠為場館元宇宙構建共性應用能力體系，場館元宇宙的交互應用只需要調取中臺能力即可實現對各種能力的整合。以人工智能為例，通過深度學習模型，人工智能和物聯網技術能為數字孿生體的運行態勢提供準確感知、預測、預警，并實現主動決策[15]；借助人工智能生成內容（AIGC）等技術發展，元宇宙內的無限空間、交互內容、隨機人物/物品和對話等均可由人工智能技術來生成。

2.4" 三維引擎和交互技術為場館元宇宙提供承載和交互

三維引擎是元宇宙各類應用得以在用戶面前進行呈現的的核心載體，不論是線上元宇宙空間還是VR、AR、MR等應用，其最終展現、體驗、交互都離不開三維渲染技術，目前以Unity3d、UnReal Engine等為代表的國外商業游戲引擎占據主導地位，ThreeJS、BabylonJS等開源WebGL渲染框架，也受到移動端開發者的青睞。腦機接口、語音操控、體感操控、手勢操控、指南針和陀螺儀操控、手柄操控、觸屏操控及鍵鼠操控等多種交互方式，豐富了元宇宙的交互體驗方式，為元宇宙的發展提供了多樣性。

3" 場館元宇宙應用場景分析

3.1" 科學高效的運維管理

3.1.1" 場館智慧管控：一屏觀全館，多域智協同

數字孿生場館是指借助物聯網、大數據和人工智能等技術實現場館物理空間、虛擬空間與場館各要素之間的融合互動，數字化的方式在虛擬空間內建立物理實體的多維、多尺度、多學科、多物理量的動態虛擬模型[16]。通過構建數字孿生場館，能構建場館的智慧運營平臺，為場館的運營管理提質增效。例如，在北京2022年冬奧會測試賽及正賽期間，中國聯通為北京冬奧組委五棵松體育中心運行團隊搭建了數字孿生場館運營平臺，通過數字孿生技術充分保障了冬奧會、冬殘奧會測試賽、正賽期間的場館運維保障工作，提高了閉環內外的協調管理效率，減少運維人員數量。

3.1.2" 仿真實訓：突破時空限制，讓場館高效利用

地震、火災等災害對場館的正常運行有重大影響，若預防和應急措施不當，則可能產生較為嚴重的后果。目前，場館內面向來館觀眾的各類安全培訓主要采用手冊培訓、安全標識、安全理論講解等方式，加之場館建筑結構復雜，館內觀眾較多，若發生災害，在館觀眾很難在第一時間掌握科學的逃生和避險方式。借助場館元宇宙平臺，觀眾無需集結在場館現場，在任何地方、任何時間均可以實現場館內的安全培訓和應急演練。與線下的培訓演練相比，元宇宙具有場景感強、交互性強、知識轉化率高[17]等優勢。

3.1.3" 場地規劃和內容推演：極大節省實地勘察試驗成本

元宇宙可以用于場館內各類場地、活動的規劃設計[18]。傳統的場館展位、場地設計需要進行大量的實地勘查和試驗，而元宇宙可以提供一個虛擬空間，使得活動主辦方可以更快速地測試各種設計方案，并對設計進行實時修改和優化。這樣可以節省時間和成本，并且可以提高場館的效率和適應性。特別是一些大型活動的開閉幕式等，需要根據場地反復研究，若實地占用場館會造成巨大的租賃成本支出，而依托元宇宙可以先行確定好適宜的方案后，再進行實地彩排，讓場館的利用更加高效。

3.2" 模式創新的運營推廣

3.2.1" 虛擬數字人：場館宣傳和服務大使

與數字孿生場館不同，數字人是對“人”的數字化重建或額外創造，在元宇宙空間或其他應用場景內提供更加多元的特色服務。通過三維建模技術，創建數字人的三維模型，通過骨骼綁定和動作捕捉技術，能讓三維模型的虛擬人與真人一般活動起來，通過自然語言處理（NLP）、文字轉語音（TTS）和唇形匹配技術，能讓數字人同真人般進行發聲交流。借助“中之人”的現場表演和導播技術，能實現數字人的在線直播。例如，中國聯通為安慶博物館打造的數字人講解員“安元元”，可通過線下大屏、手機小程序的方式提供咨詢、導覽等服務。

3.2.2" 虛實聯動：線下引流的新型途徑

獲得經濟收益是推動場館運營方建設元宇宙平臺的重要因素之一。場館元宇宙的數字空間往往是基于現實的復刻（比如數字展廳），這本身就是對線下空間的宣傳和推廣，同時結合店鋪消費券、優惠券等，能夠有效吸引線上用戶到線下進行消費，甚至可以通過在虛擬空間中的代幣或相關積分，兌換現實世界中的真實物品；即使是在完全虛擬的線上空間中，也能集成非常多的線下推廣資源，宣傳廣告、直播帶貨、電子商務等，能將線下的商品通過現代物流體系，發送給世界各地的用戶群體。隨著5G技術的應用和推廣，5G消息、5G視頻彩鈴、5G新通話等技術，搭載著數字人、數字內容、數字空間等，也成為場館元宇宙推廣的新途徑之一。如中國聯通為廣州越秀區打造的“廣府廟會“元宇宙場景，實現了線上線下的交互聯動，元宇宙用戶可通過線上下單，進行實體店購物消費，有效拉動了新冠感染疫情期間的實體經濟發展。

3.2.3" 數字藏品：放大文化藝術資源價值

非同質化通證（NFT）和數字藏品作為區塊鏈的核心應用，是場館元宇宙虛擬事物數字化、資產化的體現，為元宇宙數字資產的創建、流通、轉換提供技術底層[19]。與NFT不同，數字藏品依托聯盟鏈，去中心化程度低，僅可使用法定貨幣而非代幣結算，且需要進行實名認證，符合我國現行法律對于網絡服務平臺的規范[20]。在博物館、圖書館、藝術館、劇場等各類文化場館中，對自身的資源進行數字化處理，打造數字藏品，是推動國家文化數字化戰略發展的重要途徑和手段之一。例如，基于“聯通鏈“打造的中國數字文化鏈，該聯盟鏈具有有分布式記賬、智能合約、不可篡改及可溯源性的技術特性，為中國文化數字藏品的發展奠定了基礎。

3.3" 沉浸體驗的觀眾服務

3.3.1" 元宇宙+文博場館：開啟時空對話之門

在博物館、會展中心等展陳類場館，元宇宙的應用空間廣闊，早在元宇宙概念提出之前，就有較多實踐，如線上全景展廳、三維展品展示、沉浸式體驗空間和全息投影等，隨著擴展現實（XR）技術的推廣，觀展體驗更具有沉浸感、交互性，為觀眾打開了與展品、文物的時空對話之門。使用AR疊加技術，讓現實空間得到無限延展，讓歷史場景與當下時間線重疊交匯。讓沉寂的廢墟、遺址煥發新的生機，可以讓往昔人物風采在眼前重現，可以觸摸體驗激烈悲壯的戰爭場景，可以讓破碎的文物在眼前“破鏡重圓”……這是傳統圖文對比和視頻解說無法實現的宣教展示方式。如中國聯通為國家文物局打造的“互聯網+長征“示范項目，在大渡河遺址紀念館，游客能通過手機AR應用，還原紅軍歷史活動場景，讓長征紅色教育深入人心。

3.3.2" 元宇宙+演藝場館：讓藝術綻放更大的魅力

劇場元宇宙虛實相生的虛擬應用場景，為藝術演藝提供了全新的生產和消費模式，并打造了一個極具臨場感和真實性的虛擬空間，實現了時空不同維度的高效切換，給觀眾帶來前所未有的體驗和觀賞方式[21]。元宇宙在演藝場館領域的應用，大致可分為三類，一是通過8K超高清直播、多視角直播、VR直播技術，將演出進行線上直播，讓觀眾能多角度、沉浸式近距離感受藝人的演出活動；二是通過構建第二劇場，讓異地觀眾能夠在第二劇場中感受到超越第一演出現場的視聽盛宴，如中國聯通與國家話劇院共同打造了5G智慧劇場聯合實驗室，并推出《鐵流東進》5G+8K第二劇場和線上多視角直播活動等；三是通過全息技術或視頻轉播技術，讓異地藝術家、已故藝術家、虛擬藝術家等與本地藝術家同臺共演，實現虛實互動，帶給觀眾別樣的觀賞體驗。

3.3.3" 元宇宙+體育場館：讓訓練和運動有跡可循

受益于智能化的可穿戴設備，能將運動員的鍛煉數據進行實時采集，通過分析這些動作數據，能夠對運動員的訓練過程給出詳細指導，運動員的每一次訓練過程都轉化為數據，通過與標準動作進行比對，能形成科學的指導方案，用于輔助運動員訓練；或教練員可以分析每一位球員在球場上的走位、得分及其他戰術動作的數據內容，綜合分析后，給出詳細的訓練指導或做出適合自身球隊的戰術指導。另外，還有很多專業運動教練借助元宇宙或相關平臺，線上開通虛擬教練服務，NBA聯盟中有40多名頂級教練通過虛擬教練平臺eCoach提供其專業技能，并廣受廣大運動員好評[22]。

3.3.4 元宇宙+圖書館：讓知識變得簡潔清晰、趣味橫生

元宇宙在圖書館中的應用，江淑潔[23]概括為空間構建、資源獲取、服務生態3個方面。空間構建在各類場館中均存在，就圖書館而言，資源獲取和服務生態是核心特色場景。圖書館元宇宙在云端建立了智能數據倉庫，優化不同類型資源的互聯機制，借助知識圖譜和自然語言搜索等技術，特別是chatGPT等大模型人工智能的出現，讓數字資源的獲取變得與傳統方式截然不同，AI能在很短時間內幫助用戶速讀上萬字的文獻資料，并總結提煉相關內容。同時，閱讀也不再單純是眼睛與書本的交互，基于書本內容沉浸式的體驗場景讓閱讀者能夠五感并用，身臨其境[24]。

4" 結束語

各類場館是向公眾提供公共服務的重要基礎設施，也是數字中國建設的重要支點，“元宇宙”融合了當下各類前言技術，被看作是推動下一次技術革命的重要賽道，依托5G、6G等新一代智能通信網絡，泛在互聯的算力網絡和開放共享的智能中臺能力，通過三維可視化和多樣的交互體驗技術，元宇宙通過復刻現實、超脫現實、增強現實等多種途徑，能在場館的運維、運營、服務等多個領域實現落地應用，并取得其他技術無法帶來的沉浸式體驗，相信隨著6G、人工智能、交互技術的不斷創新突破，元宇宙將很快進入普及階段，成為人們日常工作、生活不可或缺的重要組成部分。同時，元宇宙不是毫無約束的法外之地，其倫理道德風險和沉迷風險等也同樣應受到關注，元宇宙的發展需要國家、行業、平臺和用戶等各方的共同努力。

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