虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）在智慧博物館中的應(yīng)用綜述

王春葉

摘 要：文章論述了當(dāng)前智慧博物館中引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的必要性，闡述了國內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究現(xiàn)狀，并結(jié)合國內(nèi)外應(yīng)用該技術(shù)的成功案例加以分析。

關(guān)鍵詞：智慧博物館;虛擬現(xiàn)實(shí);增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對(duì)文化的需求日益增多，國家也越來越重視文化的發(fā)展。2013年12月30日，習(xí)近平總書記在主持中共中央政治局第十二次集體學(xué)習(xí)時(shí)提出，要系統(tǒng)梳理傳統(tǒng)文化資源，讓收藏在禁宮里的文物、陳列在廣闊大地上的遺產(chǎn)、書寫在古籍里的文字都活起來。要以理服人，以文服人，以德服人，提高對(duì)外文化交流水平，完善人文交流機(jī)制，創(chuàng)新人文交流方式，綜合運(yùn)用大眾傳播、群體傳播、人際傳播等多種方式展示中華文化魅力[1]。傳統(tǒng)的展覽方式一般是實(shí)物展覽配上展覽說明，這些展陳方式對(duì)于非專業(yè)人士來說索然無味。如何讓文物、遺產(chǎn)、文字活起來呢？隨著VR、AR、全息投影等技術(shù)的發(fā)展，將每一件展品放在一個(gè)情景里，讓公眾身臨其境，讓展覽變活成為了可能。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)的概念

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR），又稱靈鏡技術(shù)，指用計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生“虛擬”的世界，讓體驗(yàn)者能夠無限制、自由化地觀看，以獲得體驗(yàn)的沉浸感[2]。VR技術(shù)誕生了20多年，被稱為21世紀(jì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最新奇、最重要的研究之一[3]。VR技術(shù)具有沉浸感、交互感和仿真性。其中沉浸感可以使體驗(yàn)者通過看、聽、摸、聞、嘗去感受由計(jì)算機(jī)虛擬產(chǎn)生的場(chǎng)景，體驗(yàn)者可達(dá)到全身心投入如身臨其境的感覺。所謂的交互就是互相交流，交互的主體是人與機(jī)器，可產(chǎn)生人與機(jī)器的互動(dòng)，人與機(jī)器到機(jī)器與人的互動(dòng)，體驗(yàn)者通過各種配套設(shè)備輸入信息，獲得想要的虛擬環(huán)境。仿真是指對(duì)現(xiàn)實(shí)生活的模擬，利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造模型去仿照現(xiàn)實(shí)世界，生成虛擬世界，VR技術(shù)正是讓體驗(yàn)者感受到真實(shí)的虛擬世界[4]。

1.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的概念

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱AR）是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增強(qiáng)用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)世界感知的技術(shù)，在真實(shí)的世界里融入虛擬的信息，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。在視覺化的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中，用戶通過頭戴設(shè)備，可以在真實(shí)的世界中看到由計(jì)算機(jī)生成的場(chǎng)景，并且真實(shí)的世界和虛擬的場(chǎng)景很好地融合在一起，如同置身于那個(gè)環(huán)境。通過構(gòu)造一個(gè)特定的場(chǎng)景，給人以身臨其境的感受，達(dá)到教育和學(xué)習(xí)的目的[5]。

AR與VR最大的區(qū)別就是，VR所構(gòu)建的畫面是完全虛擬的世界，體驗(yàn)者在頭盔內(nèi)看到的影像全部都是由計(jì)算機(jī)虛擬的，而AR所構(gòu)建的情景除了虛擬畫面還有他所在的現(xiàn)實(shí)空間。

2 智慧博物館中應(yīng)用VR、AR的必要性

虛擬現(xiàn)實(shí)是科技發(fā)展的必然趨勢(shì)。21世紀(jì)以來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了人們對(duì)VR、AR技術(shù)的研究，應(yīng)用的行業(yè)也越來越廣泛。2016年11月10日，劉延?xùn)|副總理在聯(lián)合國教科文組織國際博物館高級(jí)別論壇的主旨發(fā)言中明確指出：“要發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、數(shù)字化的優(yōu)勢(shì)，建設(shè)智慧博物館，讓藏品跨越時(shí)空，飛入尋常百姓家。”[6]2016年12月6日，五部委印發(fā)《“互聯(lián)網(wǎng)+中華文明”三年行動(dòng)計(jì)劃》，提出要鼓勵(lì)、支持智慧博物館建設(shè)[7]。所謂的智慧博物館建設(shè)就是將新技術(shù)、新理念應(yīng)用于博物館的研究管理展示與教育中。

AR、VR等技術(shù)在智慧博物館中的應(yīng)用，可以讓文物活起來，可以讓觀眾不再有地域、時(shí)間的限制。隨著觀眾的知識(shí)水平與知識(shí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、旅游業(yè)的持續(xù)高溫和觀眾素質(zhì)提升，人們對(duì)博物館的展陳內(nèi)容、手段及效果都有了更高的要求。虛擬現(xiàn)實(shí)多種體驗(yàn)方式讓觀眾有更好的體驗(yàn)，讓文物活起來，傳播好中華文明，講好中國故事。

虛擬現(xiàn)實(shí)打破了博物館的許多困境，如參展人數(shù)控制，游覽時(shí)間限制，還有近距離觀察甚至觸摸展品的愿望。實(shí)體博物館受到空間的限制可容納的觀眾數(shù)有限，而且深度游覽一個(gè)博物館需要幾天甚至幾周的時(shí)間，這對(duì)游客來說都是限制。還有的游客看到某件十分感興趣的物品想實(shí)際感受一下它的質(zhì)地，但出于對(duì)文物的保護(hù)這顯然是被禁止的。在虛擬博物館中，觀眾可以不受地理位置、時(shí)間的限制，通過一定的設(shè)備，甚至連觸摸、放大觀察文物都能得到滿足。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)的研究現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)是1960年美國提出的概念。當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)硬件以及通信技術(shù)的不發(fā)達(dá)導(dǎo)致了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)并沒有流行。20世紀(jì)90年代后，隨著科技的進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得到了越來越多的關(guān)注。

我國專家對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的研究起步較晚，大約是從1992年開始的。在知網(wǎng)中以“虛擬現(xiàn)實(shí)”為主題進(jìn)行搜索，有3萬多條結(jié)果，從1992年只有2篇文章到2018年的4350篇，基本呈逐年上升的趨勢(shì)。文章類型有對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的綜述，也有虛擬現(xiàn)實(shí)在各行業(yè)的應(yīng)用。代表性的單位有北京航空航天大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科學(xué)院、北京理工大學(xué)等，這些單位先后成立了虛擬現(xiàn)實(shí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。我國虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最早應(yīng)用在軍事、航空等尖端領(lǐng)域。2014年Oculus Rift頭盔顯示器的研制以及Facebook以20億美元收購Oculus標(biāo)志著VR的應(yīng)用開始由高端應(yīng)用向高端和民用兩個(gè)方向發(fā)展。這在知網(wǎng)論文統(tǒng)計(jì)中也有所體現(xiàn)，2014年開始知網(wǎng)發(fā)文量呈直線劇增，2016年更被稱為VR元年。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)在文博行業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例

4.1 盧浮宮

盧浮宮推出了在線虛擬參觀，滿足了世界各地的觀眾對(duì)盧浮宮的向往。打開盧浮宮的官方網(wǎng)站，安裝免費(fèi)插件Quick-Time VR（第5或更高版本）即可瀏覽全景。該虛擬展廳有若干種語言版本，網(wǎng)站通過訪問者IP自適應(yīng)。通過虛擬展廳我們可以瀏覽希臘、伊特魯里亞、羅馬的文物、工藝品、雕塑以及東方文物、埃及文物、素描和版畫八個(gè)藏品部門的45個(gè)虛擬展廳。我們可以沉浸式欣賞蒙娜麗莎、米羅的維納斯、勝利女神像等鎮(zhèn)館之寶[8]。

4.2 故宮博物院

2008年，北京故宮博物院與IBM公司合作，推出了“超越時(shí)空的紫禁城”網(wǎng)上虛擬體驗(yàn)項(xiàng)目。該項(xiàng)目利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建起“虛擬數(shù)字故宮”，將故宮中的建筑和文物通過影像采集、數(shù)字處理、壓縮技術(shù)等制成三維形象，集成高清晰、超寬屏幕和環(huán)繞立體聲數(shù)字音響，使人們能夠隨意從各種角度觀看和欣賞建筑、文物。普通瀏覽者不用佩戴特殊的眼鏡或傳感手套，只要運(yùn)用手中的鍵盤和鼠標(biāo)就能走遍故宮[9]。

通過全景式圖像，游客如同置身于故宮，欣賞世界上規(guī)模最大、保存最完整的紫禁城宮殿建筑群。對(duì)于重要的文物和建筑都進(jìn)行了標(biāo)注和說明，游客可以更加直觀地了解它的用途。在該項(xiàng)目中還設(shè)有虛擬游戲，游客可以參與其中，如參加射箭、斗蟋蟀以及古代娛樂項(xiàng)目——圍棋，也可以參觀一些如“皇帝御膳”“宮廷繪畫”的場(chǎng)景[10]。

4.3 首都博物館婦好墓項(xiàng)目

2016年，由北京水晶石數(shù)字科技股份有限公司與首都博物館合作的“王后 母親 女將——紀(jì)念殷墟婦好墓考古發(fā)掘四十周年特展”之墓室復(fù)原，參觀者通過佩戴VR眼鏡、手機(jī)掃碼，可沉浸式體驗(yàn)整個(gè)墓室空間細(xì)節(jié)和下葬過程，感受婦好墓的震撼場(chǎng)景[11]。

4.4 倫敦科學(xué)博物館

英國倫敦科學(xué)博物館開啟了讓蒂姆·皮克（Tim Peake）作向?qū)阌斡[外太空的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)項(xiàng)目。蒂姆·皮克（Tim Peake）是歐洲宇航局的第一位英國宇航員，他曾經(jīng)在國際空間站度過了6個(gè)月。體驗(yàn)者帶上頭盔可以全視角感受作為宇航員在太空中穿梭的經(jīng)歷。蒂姆·皮克評(píng)價(jià)該項(xiàng)目時(shí)說：“某一個(gè)人通過佩戴VR設(shè)備體驗(yàn)我的第一次太空任務(wù)，這真得令人驚嘆，科學(xué)博物館的游客將體驗(yàn)非常真實(shí)?！弊阋姵两惺鉡12]。

5 虛擬現(xiàn)實(shí)在博物館中的應(yīng)用

5.1 應(yīng)用在展覽設(shè)計(jì)中

博物館具有收藏、保護(hù)、展示、研究藏品的功能，展覽可通過運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、全息投影等新技術(shù)創(chuàng)新展陳方式，讓文物活起來，讓觀眾融入到展覽中，吸引觀眾，達(dá)到教育目的。

5.2 社會(huì)教育中的應(yīng)用

使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，觀眾通過虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔，探索文物的歷史變遷，查看博物館藏品的3D掃描圖像，把游客傳送到歷史中，給予公眾更多的沉浸式和交互式體驗(yàn)。不僅能讓觀眾看到自己想看的東西，還能讓觀眾參與其中，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。

5.3 文物修復(fù)、保護(hù)中的應(yīng)用

對(duì)于需要修復(fù)、保護(hù)的文物，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以在采集的模型上進(jìn)行模擬修復(fù)，檢驗(yàn)修復(fù)理念和方式，確定修復(fù)方案后再進(jìn)行實(shí)際修復(fù)，提高文物保護(hù)修復(fù)的精確度。這對(duì)于不可移動(dòng)文物修復(fù)（如古建筑修復(fù)）尤為重要。傳統(tǒng)的修復(fù)方式需要投入大量的人力、物力，且效率低下，也存在對(duì)文物的再次傷害。利用VR技術(shù)和高速三維掃描設(shè)備，可以快速對(duì)需要修復(fù)的古建筑建立詳細(xì)的立體影像，提供準(zhǔn)確的定量分析，建立三維數(shù)據(jù)庫，保存文物建筑的各種空間關(guān)系，為選擇最佳的古建筑修繕保護(hù)方案提供視覺和數(shù)據(jù)方面的直觀依據(jù)[13]。

VR技術(shù)在智慧博物館中的應(yīng)用可以按照分步走的模式逐步開展。

第一步，進(jìn)行相應(yīng)的硬件設(shè)施構(gòu)建、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，同時(shí)著力培養(yǎng)相應(yīng)人才。虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用對(duì)服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)等都有較高的要求，只有在這些軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施都具備的情況下才可以開展。也可以提升體驗(yàn)感受，比如構(gòu)建虛擬化云計(jì)算平臺(tái)。

第二步，完成藏品的3D數(shù)據(jù)采集，場(chǎng)館環(huán)境虛擬化，構(gòu)建虛擬化生態(tài)場(chǎng)景。博物館建筑、公共場(chǎng)所及基本陳列虛擬化。

第三步，有針對(duì)性地挑選展覽虛擬現(xiàn)實(shí)。對(duì)于傳統(tǒng)展示手法無法表現(xiàn)的可以優(yōu)先借助于虛擬技術(shù)模擬復(fù)原、三維動(dòng)態(tài)展示、局部細(xì)節(jié)放大等手段進(jìn)行展示?？梢暂^多運(yùn)用交互式體驗(yàn)、沉浸式體驗(yàn)，激發(fā)觀眾興趣，達(dá)到更好的教育目的。

第四步，待虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)消費(fèi)更加平民化后，設(shè)計(jì)互動(dòng)游戲、優(yōu)化游覽體驗(yàn)等完善虛擬化。

參考文獻(xiàn)

[1]潘婧瑤.習(xí)近平談文物保護(hù)工作的三句箴言[EB/OL].http：//politics.people.com.cn/n1/2016/0413/c1001-28273470.html.

[2]孫略.VR、AR與電影[J].北京電影學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（3）：13-21.

[3]陸穎雋.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字圖書館的應(yīng)用研究[D].武漢：武漢大學(xué)，2013.

[4]劉慧.VR與AR技術(shù)對(duì)數(shù)字媒體藝術(shù)的影響[J].科技傳播，2016（23）：62-63.

[5]徐俊.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)在公共圖書館中的應(yīng)用前景與風(fēng)險(xiǎn)分析[J].大學(xué)圖書情報(bào)學(xué)刊，2018（2）.

[6]劉延?xùn)|副總理在聯(lián)合國教科文組織國際博物館高級(jí)別論壇的主旨發(fā)言.

[7]五部門聯(lián)合印發(fā)《“互聯(lián)網(wǎng)+中華文明”三年行動(dòng)計(jì)劃》[EB/OL].http：//www.sach.gov.cn/art/2016/12/8/art_722_135614.html.

[8]盧浮宮博物館官方網(wǎng)站[EB/OL].https：//www.louvre.fr/zh.

[9]IBM打造“超越時(shí)空的紫禁城”虛擬世界發(fā)布[EB/OL].http：//smb.zol.com.cn/109/1090861.html.

[10]超越時(shí)空的紫禁城虛擬世界發(fā)布[EB/OL].http：//smb.zol.com.cn/topic/1085731.html.

[11]http：//www.capitalmuseum.org.cn/index.htm.

[12]http：//https：//www.sciencemuseum.org.uk/see-and-do/space-descent-vr-tim-peake.

[13]張學(xué)慧.從文物保護(hù)修復(fù)理念看博物館VR技術(shù)的應(yīng)用前景[J].文物世界，2017（5）：65-67.