元宇宙虛擬現(xiàn)實數(shù)字圖書館建設技術

余陽曉月，蔣 成，熊 巍，張?zhí)旆?/p>

(1.湖北工程學院新技術學院，湖北 孝感 432000；2.湖北工程學院 經(jīng)濟與管理學院，湖北 孝感 432000)

“十二五”以來，我國數(shù)字基礎設施實現(xiàn)跨越式發(fā)展，移動通信技術從“3G突破”到“5G引領”，5G移動用戶數(shù)超4.5億戶，所有地級城市全面建成光網(wǎng)城市，算力規(guī)模全球排名第二，這有力的支撐了我國數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展[1]。2021年我國數(shù)字經(jīng)濟規(guī)模占國內(nèi)生產(chǎn)總值的39.8%，規(guī)模達到45萬億元，文具世界第二，數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展動能加速釋放[2]。這為包括元宇宙在內(nèi)的一系列創(chuàng)新數(shù)字技術的實現(xiàn)奠定了實現(xiàn)基礎。2021年3月，Roblox公司在紐約證券交易所上市，被業(yè)內(nèi)稱為“元宇宙第一股”，直接吹響了人類進軍元宇宙的號角[3]。元宇宙預測了已有產(chǎn)業(yè)的變革方向，也帶動著大量新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。圖書館作為人類知識與信息的重要集散地，也在隨著計算機技術和信息化技術的發(fā)展向數(shù)字化方向快速轉(zhuǎn)型，同樣的，元宇宙圖書館建設和發(fā)展也是未來的必然趨勢[4]。近年幾乎所有出版的圖書都已推出數(shù)字化版本，已有書籍、古籍的數(shù)字化工作也飛速發(fā)展，數(shù)字化圖書已經(jīng)形成相當規(guī)模，而在結合計算機技術后就實現(xiàn)了圖書館的完全數(shù)字化。然而，數(shù)字圖書館的傳統(tǒng)定義傾向于圖書的數(shù)字化、數(shù)字化存儲與檢索，逐步向知識、內(nèi)容挖掘方向發(fā)展。而元宇宙圖書館除了具備數(shù)字圖書館的核心功能之外，更強調(diào)“書”、“人”和“用”三個方面。本文主要闡述元宇宙虛擬圖書館的關鍵建設技術。

1 元宇宙虛擬現(xiàn)實圖書館的歷史演變過程

在人類將知識已各種介質(zhì)保存后不久，就出現(xiàn)了專門存儲保護這類介質(zhì)的場所和機構，最早可追溯于公元前3000年的巴比倫神廟，而希臘哲學書院是最早的藏書之所[5]，此時這些機構和場所的主要職責是保存這些知識。而直到公元前600年美索不達米亞的Nineveh建立了第一個真正意義上的圖書館[6]，并定義了圖書館收集、整理、典藏和服務四個主要功能，并不斷晚上發(fā)展至今。90年代計算機技術、激光照排等技術使得數(shù)字技術編輯越來越方便，而互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展不僅加快了數(shù)字內(nèi)容的傳播，數(shù)字化出版更是得到了飛速發(fā)展。紙質(zhì)圖書、文獻等內(nèi)容進行線上數(shù)字化，即互聯(lián)網(wǎng)化，從而使得閱讀更加輕便、受眾的人群更加廣泛，出版成本大為降低。"十二五"期間，我國數(shù)字出版產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到1.17萬億元，相比2011年1377億元，增長了近10倍[7]。出版物的數(shù)字化也催生傳統(tǒng)圖書館的數(shù)字化變革工作，即利用計算機、計算機網(wǎng)絡等多種技術實現(xiàn)對數(shù)字化的信息系統(tǒng)保存、存儲和檢索應用。相比于傳統(tǒng)圖書館受到的物理空間限制，數(shù)字圖書館的具有規(guī)模超大、便于使用、無時空限制、智能檢索等多種優(yōu)點。如同傳統(tǒng)數(shù)字化出版并未改變編輯、復制和發(fā)行三要素一樣，典型數(shù)字圖書館也未能突破以“書”為中心的建設體系[8]。科技發(fā)展速度極快的今天，各種技術對圖書館這一行產(chǎn)生了極大的沖擊，圖書館數(shù)字化進程還未完全實現(xiàn)的當下，圖書館這個古老行業(yè)即將快速進入元宇宙虛擬現(xiàn)實圖書館時代。

2 元宇宙圖書館管理邊界

傳統(tǒng)的圖書館好像只存放圖書，在現(xiàn)代圖書館里，人類所有的文明創(chuàng)造都要轉(zhuǎn)變成文字書籍、音頻、視頻存放于圖書館。人生不過百年，人類文明的傳承是永恒的，只有將人類創(chuàng)造的所有有價值的知識都安全存放在圖書館里，才會有人類的文化傳承。四大古文明，只有中華文明沒有斷層，就是因為華夏大地，古往今來都有圖書收藏的傳統(tǒng)。古往今來，圖書實則為數(shù)據(jù)信息，圖書的收藏，實際就是數(shù)據(jù)信息的收藏。在古代，書籍圖畫，主要是文人墨客專門而作，只是少數(shù)知識分子在創(chuàng)造。而今網(wǎng)絡信息時代，所有會上網(wǎng)的網(wǎng)民，都在各個互聯(lián)網(wǎng)平臺上，創(chuàng)造著信息，存儲著信息，處理著信息，傳輸信息，使用著信息，利用信息再創(chuàng)造著更新的信息，生生不息，永無止境，網(wǎng)絡上這些文明創(chuàng)造，最終都將保存于圖書館中。圖書館的作用，就是起著文明傳承的重要作用。但是近半個世紀以來，計算機及各類其他技術的發(fā)展，徹底改變了圖書館行業(yè)，使圖書館與其他許多行業(yè)的邊界完全模糊，傳統(tǒng)圖書館主要是管理紙質(zhì)圖書，近年來，大量資本涌入數(shù)字化技術市場，將紙質(zhì)圖書全部數(shù)字化，將數(shù)字化的圖書全部存儲于計算機，所有人都通過互聯(lián)網(wǎng)，極其方便便捷地查詢檢索全網(wǎng)信息。隨著圖書的數(shù)字化，以及計算機數(shù)字技術的不斷推進，越來越多的新的數(shù)字化數(shù)據(jù)類型成為人類需要存放于圖書館的數(shù)字化數(shù)據(jù)類型。而隨著人類腦科學進一步發(fā)展，思維、思想、記憶也將成為圖書館更新的收藏類型。虛擬現(xiàn)實元宇宙圖書館將收藏更多不同于傳統(tǒng)紙質(zhì)圖書的數(shù)字化信息，必將極大地擴展虛擬現(xiàn)實元宇宙圖書館之邊界。

3 元宇宙虛擬現(xiàn)實圖書館建設技術

3.1 虛擬現(xiàn)實技術

人類從外接接收的信息中有超過80%是通過視覺獲得的，而數(shù)字化技術更是將其提高到了90%甚至更多。在信息數(shù)字化的同時，如何更高效、更直觀的獲得、傳播信息這樣的需求與計算機技術的快速發(fā)展促進了虛擬現(xiàn)實技術(Virtual Reality，VR)的實用化發(fā)展。虛擬顯示技術具有超越現(xiàn)實的虛擬性，這使其成為元宇宙的三大基石基礎。使用者通過如數(shù)字頭盔這樣的特殊交互設備進入虛擬環(huán)境中，能夠充分享受融合了數(shù)字圖像處理、計算機圖形、多媒體和傳感器技術帶來的全新體驗，讓用戶置身其中，以及無限制的與虛擬空間中的事、物以及各種信息進行交互。通過多感知性、浸沒感和構想性，拓寬人類認知范圍[9]。

VR藝術作為知識數(shù)字化的一個龐大分支和元宇宙虛擬世界經(jīng)濟的重要組成也隨VR技術的發(fā)展而快速發(fā)展。數(shù)字藏品(非同質(zhì)化代幣，Non-Fungible Token，NFT)是其中的代表，這是一種使用區(qū)塊鏈技術，對應特定的作品、藝術品生成的唯一數(shù)字憑證，在保護其數(shù)字版權的基礎上，實現(xiàn)真實可信的數(shù)字化發(fā)行、購買、收藏和使用[10]。這使得數(shù)字藝術品具備了經(jīng)濟價值，為元宇宙經(jīng)濟注入了重要驅(qū)動力。VR藝術作品既給圖書館留下新的收藏，又給閱覽者帶來前所未有欣賞體驗，加上現(xiàn)代虛擬技術創(chuàng)作的便捷性，將會有越來越多的人加入到虛擬藝術的創(chuàng)作，未來圖書館會將古往今來的歷史及未來的科幻世界用三維虛擬現(xiàn)實技術呈現(xiàn)在我們眼前。收藏這些作品，提供與展示分類整理這些作品，都將成為圖書館的日常工作之一。

古往今來，人類的歷史都是用文字留下來的，有了虛擬現(xiàn)實技術，人類就可將歷史用虛擬現(xiàn)實展現(xiàn)，現(xiàn)代科學技術人工智能很容易將古代歷史場景自動生成三維虛擬歷史場景，配合沉浸式學習將使人終身難忘，深刻銘記！元宇宙圖書館將提供一個讓所有人能通過虛擬現(xiàn)實創(chuàng)作平臺，輕而易舉地生成血雨腥風的歷史場景，讓所有觀眾身臨其境，甚至參與其中，成為虛擬角色，甚至修改歷史走向，體會虛擬歷史結局，實現(xiàn)改變歷史走向的劇本殺！

3.2 區(qū)塊鏈技術

區(qū)塊鏈是依托于現(xiàn)代大數(shù)據(jù)云計算機技術的一種更復雜更科學的一種算法布局。它能解決數(shù)據(jù)的加密性與原始不可修改性，可實現(xiàn)無中心化分布式處理[11]。這對于傳統(tǒng)中心化集中處理完全不同，它具備數(shù)據(jù)原始不可修改，可追蹤，真實，不可造假，不能人為操控，評價公正公平等許多優(yōu)良特征。它將在社會治理與管理上，有著徹底變革的作用，它能實現(xiàn)社會公平自治，能徹底解決人類貧富懸殊，信用問題，征信問題。因此，區(qū)塊鏈技術也成為了元宇宙經(jīng)濟支柱中的核心組成之一。從目前元宇宙的應用需求來看，區(qū)塊鏈在元宇宙中主要包括NFT、DeFi、公鏈速率、智能合約、DAO社交體系、去中心化交易所、分布式存儲、哈希算法及時間戳技術、數(shù)據(jù)傳播及驗證機制、共識機制、分布式存儲與智能合約等技術與應用[12]。多功能的“區(qū)塊鏈”不僅可以記錄交易，還可以記錄任意信息，特別是需要遡源的真實信息，如所有的證件、所有權契據(jù)、財務賬戶、就醫(yī)歷史、保險理賠單、食品來源以及任何其他需要真實遡源的事物。每個區(qū)塊就是一個數(shù)據(jù)塊，把需要保存的信息全部保存在信息區(qū)塊里，再通過密鑰進行加密，被保存的信息是無法被篡改的。由此形成了區(qū)塊鏈的三大特性：安全性、不可篡改性、可訪問性。區(qū)塊鏈平臺在底層設計時已經(jīng)確定，區(qū)塊鏈不受任何操作的控制，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)在跨地域的多個存儲鏈中完整地復制，從而保障了數(shù)據(jù)的安全性。而進入?yún)^(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)是不允許修改的，這就確保了數(shù)據(jù)的原始性特征。由于節(jié)點間是公開透明了，網(wǎng)絡中的所有信息塊在授權下都可以輕松訪問。此外，由于區(qū)塊鏈底層的去中心化設計，支持P2P交易而無需平臺授權審批，使得平臺無法干預甚至壟斷交易。

保存與傳承是圖書館的核心功能之一。而各種物理存儲介質(zhì)特別是紙質(zhì)介質(zhì)由于其植物纖維的特性、必需的光照使用環(huán)境，使得紙張容易老化損毀，如何便捷、持久的保存以書籍為核心的傳統(tǒng)圖書館的首要問題。圖書的數(shù)字化讓信息的存儲拜托了存儲介質(zhì)的約束，并通過互聯(lián)網(wǎng)迎來了新的發(fā)展機遇。然而，數(shù)字化同樣面臨數(shù)據(jù)丟失的問題，并且在網(wǎng)絡空間安全問題日益突出的當下，數(shù)據(jù)的存儲和傳播面臨前所未有的風險--數(shù)字化能夠讓古籍得以存留，然而一場意外的停電或惡意攻擊，將造成遠比圖書館焚毀更大的損失?！?11”事件中，由于商業(yè)數(shù)據(jù)丟失，包括紐約銀行在內(nèi)的數(shù)十家公司直接破產(chǎn)。這就迫切需要一種技術能夠保障數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)浪潮中的存活。相比于傳統(tǒng)的跨域遠程備份機制中仍然存在的集中式存儲中心，區(qū)塊鏈是一種去中心化的分布式存儲技術，數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)傳播、交互的過程都可以存儲其中。并且區(qū)塊鏈中的用戶分布于全球，在極限理論條件下，全球所有用戶和設備都可以是區(qū)塊鏈中的一個節(jié)點，這使得區(qū)塊鏈獲得前所未有的數(shù)字存儲可靠性和安全性。同樣，這也為數(shù)字出版物的持久可靠存儲提供了極大的便利。

區(qū)塊鏈技術在虛擬現(xiàn)實元宇宙圖書館應用中可實現(xiàn)人人都可參與圖書館數(shù)據(jù)整理，數(shù)據(jù)創(chuàng)造，合理記賬，合理獎勵，自治管理，數(shù)字信息鏈塊如古代山海經(jīng)中傳說的息壤，滾滾向前，生生不息。腦機接口已將人類大腦數(shù)據(jù)上傳于云網(wǎng)，人類最終將擺脫肉體存在于虛擬數(shù)字網(wǎng)絡上，人類擺脫肉體后以數(shù)字形式存在于網(wǎng)絡上，整個世界將唯有數(shù)據(jù)的存在，這些數(shù)據(jù)將唯有存在于公益的元宇宙虛擬現(xiàn)實圖書館中，自治的管理系統(tǒng)將利用世界產(chǎn)生的能量，安全高效維持著算力巨大的超級量子計算機的運轉(zhuǎn)，維持著數(shù)據(jù)的存儲，巨大算力維持著數(shù)據(jù)人類各種思維、記憶交流，創(chuàng)造著數(shù)字人類的情感與喜怒哀樂，這一切都是依賴于區(qū)塊鏈構成的網(wǎng)絡，區(qū)塊鏈虛擬現(xiàn)實元宇宙網(wǎng)絡只有存放在公益的元宇宙虛擬現(xiàn)實圖書館中。

區(qū)塊鏈布局是國家數(shù)字化戰(zhàn)略最重要的一個環(huán)節(jié)，歐美日也正在將代表區(qū)塊鏈技術的WEB3.0納入國家戰(zhàn)略，搶占世界科技、世界經(jīng)濟的制高點。WEB3.0實際就是核心技術為區(qū)塊鏈布局的無中心分布式的元宇宙第三代互聯(lián)網(wǎng)絡。

3.3 WEB3.0技術

雖然當前計算機技術、網(wǎng)絡技術、高性能硬件設備得到了飛速發(fā)展，然而，元宇宙仍然是一個超前的概念，主要是因為其本身涉及眾多前沿領域，技術體系極為復雜，這也就是為什么當前元宇宙建設投入動輒數(shù)百億美元的原因[13]。然而，元宇宙特別是元宇宙經(jīng)濟還未探索并發(fā)展出有效且廣泛的經(jīng)濟運營模式，在一段時間以內(nèi)，元宇宙難以看到實質(zhì)性性效益，也在一定程度上制約了元宇宙的發(fā)展。從技術角度來看，目前元宇宙最有可能的實現(xiàn)方式被寄托在WEB3.0技術上，而這也是元宇宙虛擬現(xiàn)實圖書館最初的實現(xiàn)載體。

在WEB3.0這一網(wǎng)絡載體中，Web3.0互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境初期更多的是一個框架，而置身其中的眾多用戶將成為環(huán)境的塑造者、運營者與使用者，而不僅僅只是現(xiàn)有網(wǎng)絡平臺的“打工仔”。WEB3.0的核心具有區(qū)塊鏈去中心化功能，有利于互聯(lián)網(wǎng)去壟斷的重要特征，WEB3.0將是一場公眾對抗平臺的全面勝利。谷歌云將WEB3.0熱潮描述為“區(qū)塊鏈和數(shù)字資產(chǎn)正在改變世界存儲和傳遞信息以及價值的方式”。WEB3.0屬于元宇宙內(nèi)部經(jīng)濟中最底層的架構，它具備分布的訪問控制和自主權，就以上闡述的WEB3.0特征而言，WEB3.0事實上也符合人們目前對于元宇宙世界的基本構想?；ヂ?lián)網(wǎng)巨頭也應在WEB3.0上，在WEB3.0底層基礎設施構建上更早布局，這也是為元宇宙虛擬現(xiàn)實圖書館建設打造基礎設施，搶占戰(zhàn)略先機。

3.4 大數(shù)據(jù)云計算技術

人類的各種創(chuàng)造活動都會留下創(chuàng)造的痕跡，這些創(chuàng)造的痕跡留下來了的實物就是文物，這些創(chuàng)造寫成文字就變成了書籍，現(xiàn)代的創(chuàng)造，不同于古代，創(chuàng)造的形式多樣，留下的痕跡也是多樣的，文字書籍以外，現(xiàn)代網(wǎng)絡也給每個人留下了更多的創(chuàng)造痕跡，新浪微博，騰訊QQ、微信，還有現(xiàn)在的抖音，都留下了人類的創(chuàng)造，雖然說這種創(chuàng)造沒有書籍精練，他只是我們?nèi)祟惔竽X的火花，思維的碎片，但還是很有價值的，新浪微博雖說停辦了，但它上面留有我們?nèi)祟愄嗟拇竽X火花思維碎片，留有人類的情感記憶，留有許多人的青春記憶，歲月與時光。同樣，QQ、微信、抖音還有全球眾多交流平臺，都留下了人類的記憶，有精華也有糟粕，但都是人類留下的文化遺產(chǎn)，都應該作為財富保存起來，都應該歸于圖書檔案保存起來。這些巨量數(shù)據(jù)，都可以通過數(shù)據(jù)挖掘與人工智能分析，產(chǎn)生更多價值，這些巨量的人類信息就是大數(shù)據(jù)，也只有保存在元宇宙虛擬現(xiàn)實數(shù)字圖書館之云服務之中。