VR和AR在虛擬博物館展覽中的實踐探析

羅 翔

（中國國家博物館，北京 100006）

前言

作為公共文化教育機構(gòu)，博物館在知識宣傳、文化教育中發(fā)揮著重要作用，積極組織博物館展覽活動有利于促進社會發(fā)展。而VR與AR技術(shù)在虛擬博物館展覽中占據(jù)著重要地位，因此需要深入研究如何應用VR與AR技術(shù)提高虛擬博物館展覽質(zhì)量。

一、VR與AR技術(shù)概述

（一）VR技術(shù)

VR技術(shù)即虛擬現(xiàn)實技術(shù)，指的是利用計算機技術(shù)、仿真技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)、實時三維圖形生成技術(shù)等先進手段模擬真實環(huán)境，從而為人們提供沉浸感的技術(shù)手段[1]。具體來說，VR技術(shù)就是利用計算機技術(shù)將現(xiàn)實生活數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘?，并通過相應的設備將電子信號轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M環(huán)境，讓人們在虛擬環(huán)境中感受現(xiàn)實世界。VR技術(shù)具有沉浸性、交互性、自主性、多感知性以及構(gòu)想性等特點。其中，沉浸性指的是可以讓人們在虛擬環(huán)境中產(chǎn)生心理沉浸；交互性指的是虛擬環(huán)境或虛擬物體可與人們互動；自主性即虛擬環(huán)境中的物體會受到物理定律的影響；多感知性即虛擬環(huán)境具有聽覺、嗅覺等多種感知功能；構(gòu)想性即人們在虛擬環(huán)境中可以根據(jù)自身的認知能力創(chuàng)設新的環(huán)境。

（二）AR技術(shù)

AR技術(shù)即增強現(xiàn)實技術(shù)，可以將虛擬信息與真實世界結(jié)合起來，應用了三維建模、跟蹤注冊、顯示、虛擬物體生成等先進技術(shù)[2]。從原理來看，AR技術(shù)主要是通過傳感器與攝像頭采集場景數(shù)據(jù)→將數(shù)據(jù)傳輸至處理器中→利用AR頭顯更新用戶的空間位置變化數(shù)據(jù)→明確虛擬場景與真實場景的相對位置→對虛擬場景與真實場景進行融合計算→為用戶提供合成影像。

（三）VR與AR在博物館展覽中的應用

無論是VR技術(shù)還是AR技術(shù)，都在影視娛樂、教育、醫(yī)療、展示導覽等各個領域中占據(jù)著重要地位，因此VR技術(shù)與AR技術(shù)在博物館展覽中發(fā)揮著重要作用。博物館的展覽形式較為單一，無法讓人們與展品產(chǎn)生互動。首先，利用VR與AR技術(shù)可以創(chuàng)新博物館展覽形式，增進人們與展品之間的互動，豐富人們的體驗感。其次，應用VR技術(shù)與AR技術(shù)可以滿足不同參觀者的實際需求。例如，博物館可以根據(jù)參觀者的受教育背景、興趣愛好等各方面情況利用VR技術(shù)與AR技術(shù)創(chuàng)設不同的虛擬場景，在不同的場景中展示不同的藏品，從而提高參觀者的滿意程度[3]。最后，應用VR技術(shù)與AR技術(shù)可以彌補博物館展覽的局限性。例如，博物館空間有限，無法同時展覽所有的藏品，而應用VR技術(shù)與AR技術(shù)可以構(gòu)建虛擬現(xiàn)實環(huán)境，并利用3D手段構(gòu)建投影，從而充分展現(xiàn)館內(nèi)的藏品。

二、虛擬博物館分析

（一）虛擬博物館的概念

虛擬博物館主要是利用信息技術(shù)手段對實體博物館以及博物館藏品進行數(shù)字化處理與網(wǎng)格化存儲并利用智能終端為人們提供藏品展覽等服務。虛擬博物館是傳統(tǒng)博物館的補充和延伸，不僅包括信息系統(tǒng)的構(gòu)建、藏品的分類檢索等內(nèi)容，也包括利用VR技術(shù)與AR技術(shù)對藏品進行數(shù)字化處理、利用視覺軟件構(gòu)建虛擬展示空間等內(nèi)容。在這種情況下，人們只需要一臺手機或一臺電腦就可以參觀虛擬博物館。

（二）虛擬博物館的類型

虛擬博物館包括諸多類型，例如，復刻型虛擬博物館、全新型虛擬博物館等。第一，復刻型虛擬博物館。復刻型虛擬博物館是利用VR技術(shù)與AR技術(shù)進行實體博物館的1∶1展現(xiàn)。簡單來說，就是利用VR技術(shù)與AR等技術(shù)手段展現(xiàn)博物館的建筑外形以及藏品，并利用圖片、音視頻等形式構(gòu)建虛擬化的數(shù)字空間[4]。例如，大英博物館就利用VR、AR以及谷歌街景視圖等技術(shù)手段構(gòu)建了復刻型虛擬館。第二，全新型虛擬博物館。全新型虛擬博物館指的是利用虛擬技術(shù)對博物館藏品進行數(shù)字化處理，之后根據(jù)展覽設計情況構(gòu)建全新的虛擬環(huán)境。這種虛擬博物館的體驗環(huán)境與實體博物館完全不同，可能會降低人們的帶代入感，所以需要根據(jù)實際情況構(gòu)建博物館。

（三）虛擬博物館的特點

虛擬博物館具有較強的交互性、沉浸性以及時空無差別性。首先，虛擬博物館利用VR技術(shù)與AR技術(shù)改變了傳統(tǒng)的視覺展示方式，促進了參觀者與展品之間的互動，增強了參觀者的參與感。同時，應用VR技術(shù)與AR技術(shù)也可以為參觀者提供全過程服務，有利于提升參觀者的滿意程度。其次，虛擬博物館利用VR技術(shù)與AR技術(shù)將靜態(tài)畫面轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)畫面，可以讓參觀者隨時更換場景，甚至可以利用制造替身等方式讓用戶在虛擬環(huán)境中隨意參觀。此外，虛擬博物館突破了時空限制，可以讓參觀者隨時隨地進行參觀。

（四）中國虛擬博物館的發(fā)展

近年來，我國十分注重博物館的建設與發(fā)展，也對虛擬博物館進行了深入研究。在技術(shù)的支持下，我國研發(fā)了虛擬博物館的新興產(chǎn)物，即騰訊博物館。騰訊博物館具有線上展覽、線下導覽等多重功能，為故宮博物院、法國國家博物館聯(lián)合會等組織提供了新的思路[5]。但相比于西方發(fā)達國家，我國虛擬博物館建設仍處于起步階段，應繼續(xù)加大探索力度。在構(gòu)建虛擬博物館時應積極探索如何充分發(fā)揮各種技術(shù)手段在視覺展覽中的作用、如何將中國傳統(tǒng)文化融入虛擬博物館展覽中、如何優(yōu)化VR與AR的接口。

三、VR技術(shù)和AR在虛擬博物館展覽中的優(yōu)勢

在VR技術(shù)與AR技術(shù)出現(xiàn)之前，大多數(shù)博物館都只能進行線下實體展覽，無論是展覽模式還是展覽內(nèi)容都較為單一。而VR技術(shù)與AR技術(shù)出現(xiàn)后，虛擬博物館展覽應運而生，豐富了展覽形式。

（一）在展覽設計中的優(yōu)勢

VR技術(shù)與AR技術(shù)為虛擬博物館展覽設計提供了新的思路，可以將虛擬空間疊合起來，實現(xiàn)空間、時間以及技術(shù)的碰撞。在虛擬博物館展覽中應用VR技術(shù)與AR技術(shù)可以對博物館藏品進行數(shù)字化挖掘，提升藏品的數(shù)字化內(nèi)涵。同時，應用VR技術(shù)與AR技術(shù)也可以對藏品進行全方位展現(xiàn)。因此，與傳統(tǒng)的博物館展覽設計相比，應用了VR技術(shù)與AR技術(shù)的虛擬博物館展覽設計實現(xiàn)了虛實結(jié)合與文物的跨時空存留。

（二）在藏品展覽中的優(yōu)勢

VR技術(shù)與AR技術(shù)的應用為藏品展覽提供了支持，實現(xiàn)了藏品展覽的海量化與互動化。首先，大多數(shù)博物館的藏品非常多，但在空間等因素的限制下，博物館只能展覽一小部分藏品。例如，我國故宮博物院的藏品超過了100萬件，但在空間等因素的限制下只能展示0.5%的藏品[6]。同時，多數(shù)文物十分脆弱，進行實體展覽可能會對文物造成破壞。而利用VR技術(shù)與AR技術(shù)進行虛擬博物館展覽可以突破文物展覽的空間限制，充分展現(xiàn)博物館中的各種文物，也可以避免對文物造成破壞。其次，在線下展覽中，參觀者只能大概看一下文物的模樣，無法深入觀察文物的細節(jié)。而應用VR技術(shù)與AR技術(shù)進行虛擬博物館展覽可以讓參觀者對虛擬博物館中的藏品進行個性化瀏覽。同時，也可以讓參觀者通過AR眼鏡、3D手套等裝備感受藏品的細節(jié)?？傊?，在虛擬博物館展覽中應用VR技術(shù)與AR技術(shù)可以優(yōu)化參觀者的體驗，滿足參觀者的文物觀賞需求。

四、在虛擬博物館展覽中應用VR技術(shù)和AR技術(shù)的策略

（一）加大資金投入力度

若想充分發(fā)揮VR技術(shù)與AR技術(shù)在虛擬博物館展覽中的作用就需要加大資金投入力度，不斷完善基礎設施。首先，博物館應高度重視虛擬博物館的建設工作，科學優(yōu)化實體博物館建設與虛擬博物館建設的資金比例，為虛擬博物館建設提供資金支持。其次，博物館需要根據(jù)虛擬博物館展覽的實際需求完善相關(guān)設施。例如，博物館需要采購3D手套、AR眼鏡等基礎設施，為AR技術(shù)與VR等技術(shù)的應用奠定基礎。此外，博物館需要加大系統(tǒng)維護與設備養(yǎng)護力度。在長期運行過程中，無論是虛擬博物館平臺還是3D手套等裝備都可能出現(xiàn)故障等問題，所以博物館需要加大系統(tǒng)與設備的檢修力度，及時解決系統(tǒng)與設備問題，避免虛擬博物館展覽受到影響。

（二）加大人才培養(yǎng)力度

虛擬現(xiàn)實博物館展覽以及VR、AR技術(shù)的應用需要專業(yè)人才的支持。因此，博物館應加大人才培養(yǎng)力度。一方面，博物館應對工作人員進行虛擬博物館展覽設計培訓，提高工作人員的設計能力。虛擬博物館展覽的形式與內(nèi)容會對參觀者的興趣與體驗產(chǎn)生較大影響，只有優(yōu)化展覽設計、創(chuàng)新展覽形式才能滿足參觀者的個性化需求，因此博物館需要對工作人員進行專業(yè)培訓。例如，博物館需要對工作人員進行虛擬博物館展覽培訓，讓工作人員充分了解虛擬博物館展覽的特點與優(yōu)勢；對工作人員進行展覽設計培訓，讓工作人員掌握更多的設計技巧與方法；對工作人員進行創(chuàng)新培訓，幫助工作人員樹立創(chuàng)新意識[7]。另一方面，博物館應對工作人員進行技術(shù)培訓，讓工作人員學會利用VR技術(shù)與AR技術(shù)。因為VR技術(shù)與AR技術(shù)都屬于新興技術(shù)，技術(shù)應用難度相對較大，所以博物館需要聘請專業(yè)的技術(shù)人員開展培訓工作，以便工作人員能夠利用VR技術(shù)與AR技術(shù)調(diào)整虛擬博物館展覽環(huán)境、形式以及內(nèi)容，充分發(fā)揮VR技術(shù)與AR技術(shù)的作用。

（三）完善虛擬博物館

構(gòu)建虛擬博物館就是利用VR、AR等技術(shù)手段將博物館存儲在計算機網(wǎng)絡中，不僅可以實現(xiàn)文物的修復與利用，也可以突破展覽限制。因此，博物館應提高對虛擬博物館的重視程度，利用VR技術(shù)與AR技術(shù)完善虛擬博物館。首先，博物館應利用VR技術(shù)、AR技術(shù)以及3D技術(shù)構(gòu)建虛擬智能展覽平臺，從而全面展現(xiàn)博物館的規(guī)模、藏品與相關(guān)設施，以便參觀者可以利用技術(shù)手段了解博物館的展覽信息。其次，博物館應完善虛擬博物館的功能，將語音講解、立體展現(xiàn)以及實境模擬等多種形式結(jié)合起來，從而滿足參觀者的實際需求。同時，博物館需要將航拍全景技術(shù)與VR、AR技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)實景展示與720度無死角虛擬漫游。最后，博物館需要完善虛擬博物館的功能模塊。為了吸引參觀者，博物館需要利用先進技術(shù)手段完善虛擬博物館中的文物虛擬展覽模塊、文物數(shù)據(jù)知識資源導出模塊以及移動數(shù)字設備接入模塊。文物虛擬展覽模塊應用了三維虛擬功能，可以對文物進行復制，講解人員也可以在虛擬博物館中隨意漫游并為參觀者講解這些文物的歷史。同時，參觀者也可以通過“走進文物”等功能了解文物的詳細信息。文物數(shù)據(jù)知識資源導出模塊可以將文物的數(shù)字信息傳輸至交互系統(tǒng)中。移動數(shù)字設備接入模塊可以為移動設備的應用提供支持，以便參觀者直接通過手機等設備參觀虛擬博物館的展覽。

（四）加大技術(shù)創(chuàng)新力度

VR技術(shù)與AR技術(shù)在虛擬博物館展覽中占據(jù)著重要地位，但只對技術(shù)進行基礎應用無法展現(xiàn)技術(shù)價值，因此，博物館需要加大對VR技術(shù)與AR技術(shù)的研究力度并對其進行創(chuàng)造性應用。

第一，利用VR技術(shù)與AR技術(shù)進行多媒體互動，充分展現(xiàn)虛擬博物館展覽的特色。在這一過程中，博物館需要利用VR技術(shù)與AR技術(shù)在虛擬博物館平臺中設置360度全息成像系統(tǒng)、3D影院系統(tǒng)、多通道折幕系統(tǒng)、互動半景畫系統(tǒng)、球幕演示系統(tǒng)、虛擬翻書系統(tǒng)、虛擬單車漫游系統(tǒng)、虛擬演播室、多屏聯(lián)動系統(tǒng)、幻影成像系統(tǒng)、虛擬拍照系統(tǒng)、沉浸式互動投影系統(tǒng)等互動系統(tǒng)，在完善虛擬博物館平臺功能的同時實現(xiàn)多媒體互動，增強虛擬博物館展覽的吸引力[8]。

第二，利用VR技術(shù)與AR技術(shù)對文物進行復原。博物館中的文物具有較高的考古價值以及收藏價值，但在時間等因素的影響下文物會出現(xiàn)褪色、脆化等問題，而利用VR技術(shù)與AR技術(shù)可以對文物進行修復與保護。因此，博物館需要利用VR與AR技術(shù)減少文物的人工修復痕跡，最大限度地還原文物的本來樣貌，讓參觀者看到文物最初的樣子。

第三，利用VR技術(shù)與AR技術(shù)進行情景再現(xiàn)。利用VR技術(shù)與AR技術(shù)不僅可以修復文物，也可以展現(xiàn)文物背后的故事。因此，博物館需要根據(jù)相應的主題利用VR技術(shù)與AR技術(shù)展現(xiàn)文物情景，使參觀者產(chǎn)生共鳴。例如，湖南省博物館在虛擬博物館展覽中創(chuàng)建了《車馬儀仗圖》的情景，為參觀者展現(xiàn)了頭戴劉氏冠、腰間佩帶長劍的男子在檢閱部署的畫面，也利用3D語音技術(shù)講解了故事的具體內(nèi)容，讓參觀者感受到了畫面的生命力。

第四，利用VR技術(shù)與AR技術(shù)完善虛擬博物館平臺的角色體驗功能。對參觀者來說角色體驗功能具有重要作用，所以博物館需要利用VR技術(shù)與AR技術(shù)構(gòu)建虛擬角色，增強參觀者的代入感，縮小參觀者與展品之間的距離。

第五，利用VR技術(shù)與AR技術(shù)加強信息互動。博物館需要在虛擬博物館展覽平臺上設置信息互動模塊，讓參觀者通過照片、語音以及視頻等形式闡述自身的感想，從而促進參觀者的交流互動。

第六，利用VR技術(shù)與AR技術(shù)打造虛擬博物館衍生品。在文創(chuàng)行業(yè)不斷發(fā)展的過程中，博物館可以利用VR技術(shù)與AR技術(shù)打造衍生品，促進文化的傳播。例如，武侯祠博物館推出了以三國科技為主題的AR明信片，在明信片中展現(xiàn)了三國時期機械設備的3D運作形式，有利于增進參觀者對三國機械設備的了解。

第七，構(gòu)建VR技術(shù)與AR技術(shù)應用體系，創(chuàng)新虛擬博物館展覽模式。大多數(shù)博物館在虛擬博物館展覽中應用VR技術(shù)與AR技術(shù)時存在碎片性、局部性等問題，沒有構(gòu)建完善的應用體系，因此，博物館需要構(gòu)建完善的技術(shù)應用體系并優(yōu)化相關(guān)模式。例如，在服務模式中，博物館可以利用VR技術(shù)與AR技術(shù)優(yōu)化虛擬博物館展覽場景的布局并為參觀者提供視覺導航；在內(nèi)容模式中，博物館不僅可以在虛擬博物館展覽中展現(xiàn)文物，也可以對文物進行拆解講解；在平臺模式中，博物館需要設置評價反饋模塊，以便參觀者及時提出自己關(guān)于虛擬博物館展覽的意見。

（五）加大宣傳力度

虛擬博物館展覽融合了各種高科技手段，備受人們的青睞，但部分博物館沒有做好宣傳工作，導致很多人并不了解虛擬博物館展覽，因此，博物館應加大宣傳力度。首先，博物館可以通過微博、微信等新媒體平臺進行虛擬博物館展覽宣傳。例如，博物館可以構(gòu)建微信公眾號，通過微信公眾號講解虛擬博物館、VR技術(shù)與AR技術(shù)在虛擬博物館展覽中的應用并宣傳虛擬博物館展覽信息，增進人們對虛擬博物館展覽的了解。其次，博物館可以通過智能電子宣傳冊對虛擬博物館展覽進行全方位講解，讓人們掌握VR技術(shù)與AR技術(shù)的應用方式，從而展現(xiàn)VR技術(shù)與AR技術(shù)在虛擬博物館展覽中的價值。

五、VR技術(shù)與AR技術(shù)應用下虛擬博物館展覽的發(fā)展方向與局限性

（一）發(fā)展方向

虛擬博物館展覽可以將文化藝術(shù)活動與信息技術(shù)結(jié)合起來，滿足人們的精神追求、豐富人們的身心體驗。在VR技術(shù)與AR技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，虛擬博物館展覽逐漸向個性化、實時化等方向發(fā)展。首先，應深入挖掘VR技術(shù)與AR技術(shù)在文化遺產(chǎn)領域中的作用，從而增強虛擬博物館展覽的個性化與實時化。其次，可以利用VR技術(shù)與AR技術(shù)傳承實體博物館的要求并分析虛擬博物館展覽中的經(jīng)驗教訓，從而提高展覽的質(zhì)量。最后，應以虛擬博物館視覺展覽為基礎分析活動中的各種問題，并利用VR技術(shù)與AR技術(shù)構(gòu)建新的展覽框架。

（二）發(fā)展局限

雖然科學技術(shù)在不斷進步，但虛擬博物館展覽中仍然存在諸多局限性。首先，在數(shù)字媒體等因素的影響下，虛擬博物館信息系統(tǒng)仍然存在嚴重的重復建設與信息孤島問題。同時，部分實體博物館存在重藏輕用等問題，在一定程度上阻礙了虛擬博物館展覽的發(fā)展。其次，虛擬博物館展覽中的VR技術(shù)與AR技術(shù)應用仍然存在問題。例如，部分虛擬博物館的技術(shù)信息未完全融合，無法利用VR與AR技術(shù)構(gòu)建個性化的互動關(guān)系。再次，相比于實體博物館展覽空間，虛擬博物館展覽空間相對較小，缺乏氣勢磅礴的效果。最后，部分虛擬博物館的展覽內(nèi)容十分深奧、晦澀難懂，無法吸引參觀者，這就需要將技術(shù)與內(nèi)容結(jié)合起來，不斷優(yōu)化展覽設計。

結(jié)語

作為傳統(tǒng)博物館與信息技術(shù)發(fā)展、結(jié)合的產(chǎn)物，虛擬博物館與傳統(tǒng)博物館之間相輔相成、相互促進。靈活應用VR技術(shù)與AR技術(shù)可以為虛擬博物館展覽提供技術(shù)支持，因此，應加大資金投入力度與技術(shù)研究力度，應用VR技術(shù)與AR技術(shù)還原文物，增強展覽的真實性與氛圍感，讓人們感受歷史文物的價值。