元宇宙背景下圖書館建設(shè)的技術(shù)架構(gòu)研究

李琳，王艷玲

（山西醫(yī)科大學(xué) 圖書館，山西太原 030001）

2021年 12月，元宇宙（Metaverse）成為《柯林斯詞典》評選出的2021年度熱門詞匯之一。元宇宙是一個虛擬世界與真實世界相結(jié)合，人們可以在其中創(chuàng)造自己世界的虛擬世界。元宇宙的發(fā)展需要全面融合5G和6G網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能、數(shù)字孿生、腦機接口等新技術(shù)。新冠肺炎疫情暴發(fā)后，線上辦公、學(xué)生網(wǎng)課、云畢業(yè)等都助推了元宇宙的發(fā)展進程。2022年4月，清華大學(xué)新聞與傳播學(xué)院迎來建院20周年，“清華大學(xué)新聞與傳播學(xué)院元宇宙文化實驗室”正式成立，它是中國首個正式成立的元宇宙文化實驗室。圖書館作為社會服務(wù)的文化機構(gòu)，更應(yīng)與時俱進加強技術(shù)創(chuàng)新，努力構(gòu)建圖書館元宇宙服務(wù)體系，為讀者營造嶄新的、舒適的、高質(zhì)量的學(xué)習(xí)和閱讀環(huán)境。

1 元宇宙概述

1992年，美國賽伯朋克流科幻作家尼爾·斯蒂芬森（Neal Stephenson）在他的科幻作品 《雪崩》（Snow Crash）中首次提出“元宇宙”概念，這個概念來自現(xiàn)實世界，與現(xiàn)實世界平行并相互作用。30年后的今天，這個有影響力的、永遠在線的虛擬世界引起了大眾的廣泛關(guān)注。2021年，沙盒游戲平臺Roblox在紐約證券交易所正式上線，它是第一個將“元宇宙”這個概念寫進招股書的公司。在這之后，“元宇宙”迅速蔓延，引起了思想界、科技界和文化界，甚至是政府部門的關(guān)注，形成了“元宇宙現(xiàn)象”，因此2021年堪稱“元宇宙元年”。

維基百科對“元宇宙”概念描述為：元宇宙是集體的虛擬共享空間，包含所有的虛擬世界和互聯(lián)網(wǎng)，或許包含現(xiàn)實世界的衍生物，但不同于增強現(xiàn)實。元宇宙通常被用來描述未來互聯(lián)網(wǎng)的迭代概念，由持久的、共享的、三維的虛擬空間組成，并連接成一個可感知的虛擬宇宙[1]。2022年1月，清華大學(xué)沈陽教授團隊發(fā)布的 《元宇宙發(fā)展研究報告2.0版》中對“元宇宙”定義如下：元宇宙是整合多種新技術(shù)產(chǎn)生的下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和社會形態(tài)，它基于展現(xiàn)現(xiàn)實技術(shù)和數(shù)字孿生實現(xiàn)時空拓展性，基于AI和物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)虛擬人、自然人和機器人的人機融生性，基于區(qū)塊鏈、Web3.0、數(shù)字藏品/NFT等實現(xiàn)經(jīng)濟增值性。在社交系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)上虛實共生，每個用戶可進行世界編輯、內(nèi)容生產(chǎn)和數(shù)字資產(chǎn)自所有[2]。我國著名經(jīng)濟學(xué)家朱嘉明認(rèn)為元宇宙是一個與現(xiàn)實世界平行的獨立虛擬空間，一個反映現(xiàn)實世界的在線虛擬世界，是一個越來越現(xiàn)實的數(shù)字虛擬世界[3]。由此看來，元宇宙不僅是一個數(shù)字空間，它讓數(shù)字空間和物理空間進行更深度的融合以及更深入交互，遠宇宙的發(fā)展脈絡(luò)如表1所示。

表1 元宇宙發(fā)展脈絡(luò)（主要事件）

2 元宇宙與圖書館的關(guān)系

從元宇宙元年（2021年）開始，圖書館界學(xué)者也對元宇宙圖書館展開了相關(guān)研究。楊新涯等人認(rèn)為元宇宙必將成為未來人類社會一種創(chuàng)新存在的方式，而圖書館在現(xiàn)實社會中起著社會“記憶體”的作用，因此，元宇宙也必將徹底改變圖書館的生存和服務(wù)生態(tài)，并指出如何利用元宇宙來解決目前圖書館的發(fā)展中所遇到的問題[4]。李洪晨等人認(rèn)為元宇宙以其強大的沉浸感、虛擬現(xiàn)實融合、去中心化等特性為圖書館的發(fā)展帶來更多新的可能，應(yīng)重視元宇宙相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，積極開展圖書館基本理論與應(yīng)用方面的探索[5]。李默認(rèn)為元宇宙能對智慧圖書館服務(wù)產(chǎn)生積極的作用和影響，并分析了元宇宙視角下智慧圖書館建設(shè)需要解決的問題[6]。郭亞軍等人認(rèn)為，隨著元宇宙時代的發(fā)展，社會環(huán)境越來越虛擬化、智能化，公共圖書館需要適應(yīng)當(dāng)前社會環(huán)境的變化，實施多元化的社會教育，推動圖書館傳統(tǒng)服務(wù)模式的變革。公共圖書館需要跟上時代發(fā)展的步伐，利用元宇宙等新技術(shù)、新形態(tài)完善和發(fā)展自身功能，實現(xiàn)現(xiàn)代圖書館發(fā)展的使命和價值[7]。婁方園等人認(rèn)為圖書館應(yīng)根據(jù)自身情況與不同類型的用戶結(jié)合，穩(wěn)步推進圖書館社會教育元宇宙的建設(shè)，創(chuàng)造生動直觀的虛擬形象新形式，支持虛擬條件下智能化學(xué)習(xí)，促進圖書館社會教育真實空間和虛擬空間的融合發(fā)展[8]。辛海霞認(rèn)為元宇宙驅(qū)動圖書館資源、服務(wù)、架構(gòu)及考評等變革創(chuàng)新，圖書館應(yīng)積極融入元宇宙中，勇于嘗試和創(chuàng)新，提升用戶體驗，開創(chuàng)圖書館發(fā)展新格局[9]。張興旺等人認(rèn)為圖書館元宇宙是元宇宙的重要組成部分，通過圖書館若干要素及其彼此之間相互關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)圖書館物理世界與元宇宙空間的有效結(jié)合與銜接[10]。張慶來等人認(rèn)為圖書館可以作為元宇宙與現(xiàn)實世界之間的交流通道，在元宇宙建設(shè)的初期、基本建成及發(fā)展完善三個階段發(fā)揮積極作用[11]。

從傳統(tǒng)圖書館到數(shù)字圖書館，再到現(xiàn)階段的智能圖書館，圖書館的發(fā)展記錄了不斷進步的人類社會歷史。同樣，圖書館作為社會服務(wù)的文化機構(gòu)，它的發(fā)展也受先進技術(shù)的影響。互聯(lián)網(wǎng)、5G和6G網(wǎng)絡(luò)、云計算、人工智能、數(shù)字孿生及區(qū)塊鏈等新技術(shù)的發(fā)展，促進了圖書館的發(fā)展。元宇宙這一新技術(shù)的出現(xiàn)，帶來了人類數(shù)字化生存的最高形態(tài)。雖然元宇宙的發(fā)展尚處于初期階段，但元宇宙時代的到來勢必為圖書館的未來帶來更多的可能。

3 元宇宙圖書館的技術(shù)架構(gòu)

圖書館基礎(chǔ)技術(shù)的提升是元宇宙圖書館落地和普及的根本保障和關(guān)鍵驅(qū)動力。在這里，我們將元宇宙圖書館實現(xiàn)的基礎(chǔ)技術(shù)概括為網(wǎng)絡(luò)及運算技術(shù)、映射技術(shù)、交互技術(shù)、人工智能技術(shù)及區(qū)塊鏈技術(shù)5個支撐技術(shù)。其中，網(wǎng)絡(luò)及運算是元宇宙圖書館形成的基礎(chǔ)，保障圖書館數(shù)字空間的形成。映射技術(shù)讓物理圖書館與元宇宙圖書館實現(xiàn)雙向打通和疊加。交互技術(shù)可以承載大規(guī)模讀者進入元宇宙圖書館中，并自由穿梭于物理圖書館和數(shù)字圖書館。人工智能技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)可以實現(xiàn)人機深度交互，使元宇宙圖書館持續(xù)運轉(zhuǎn)。具體如圖1所示。

圖1 圖書館元宇宙技術(shù)架構(gòu)

3.1 網(wǎng)絡(luò)及運算技術(shù)

元宇宙圖書館應(yīng)該能夠容納足夠多的讀者同時使用，因此，需要以高速的網(wǎng)絡(luò)、強大的計算能力和海量的存儲空間作為基礎(chǔ)。因此，5G和6G網(wǎng)絡(luò)、云計算、邊緣計算等基礎(chǔ)核心技術(shù)的發(fā)展和普及，是保證元宇宙圖書館讀者較高體驗感的關(guān)鍵。

元宇宙圖書館中的讀者需要與在線圖書館員實時交互，并完成信息數(shù)據(jù)的實時傳輸，網(wǎng)絡(luò)的延遲會直接影響用戶的體驗感，因此信息通信技術(shù)的進一步發(fā)展是讀者進入元宇宙的前提。要構(gòu)建元宇宙圖書館，算力可能是最大的瓶頸。元宇宙圖書館的空間越大、內(nèi)容越多，所需要的算力就越高。對于元宇宙圖書館而言，云計算的應(yīng)用無疑可以為讀者帶來功能更強大、更輕量化的終端設(shè)備，提高讀者使用舒適感。而邊緣計算可以解決成本和網(wǎng)絡(luò)堵塞問題，降低延時，為讀者帶來流暢的體驗感。云計算與邊緣計算相互疊加，共同構(gòu)成了元宇宙圖書館的計算體系。

3.2 映射技術(shù)

映射類技術(shù)將實現(xiàn)物理圖書館與元宇宙圖書館的互通與疊加，可以讓兩個世界相互感知、理解和交互。其中數(shù)字孿生、3D掃描和物聯(lián)網(wǎng)都是關(guān)鍵技術(shù)。

數(shù)字孿生技術(shù)實際上是一系列技術(shù)的集合，可以讓物理圖書館中的實物在元宇宙空間中創(chuàng)造一個數(shù)字的克隆體，并將物理圖書館的實時狀態(tài)和外界環(huán)境全部復(fù)制給元宇宙中的克隆體。在建立元宇宙圖書館克隆體的過程中，3D掃描是一項關(guān)鍵性的技術(shù)。通過該技術(shù)，我們可以對物理圖書館或圖書館內(nèi)置設(shè)備進行掃描，獲得物體的三維立體結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而快速將圖書館的立體結(jié)構(gòu)參數(shù)轉(zhuǎn)換為計算機語言，并將這些數(shù)據(jù)信息映射到元宇宙中。物聯(lián)網(wǎng)將圖書館中的各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，將實體設(shè)備全面接入元宇宙圖書館，極大地拓展了圖書館元宇宙的規(guī)模，還可以把元宇宙圖書館中的信息傳遞到物理圖書館，實現(xiàn)了線上線下的雙向互動。

3.3 交互技術(shù)

交互技術(shù)可以承載大規(guī)模讀者進入元宇宙圖書館，并自由穿行于物理圖書館和元宇宙圖書館之間。虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，VR）、增強現(xiàn)實技術(shù)（Augmented Reality，AR）、混合現(xiàn)實技術(shù)（Mixed Reality，MR）、全息影像技術(shù)、腦機交互技術(shù)及傳感技術(shù)都將是建設(shè)元宇宙圖書館關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新的重點方向。

VR是指基于計算機模擬產(chǎn)生可交互的3D環(huán)境，通過對讀者感官的模擬，令其產(chǎn)生身臨其境于圖書館的臨場感。AR將數(shù)字圖書館的圖像等信息模擬仿真后“疊加”到物理圖書館，實現(xiàn)對物理圖書館的“增強”，從而讓兩個世界巧妙融合。基于混合現(xiàn)實技術(shù)設(shè)備，不僅能夠在讀者的視野中增添數(shù)字內(nèi)容，還可以優(yōu)化物理圖書館的視覺效果。全息影像技術(shù)可以讓讀者在不佩戴任何設(shè)備的條件下，裸眼看到圖書館生動的3D立體場景，使讀者完成現(xiàn)實與虛擬的互動。腦機交互技術(shù)可以根據(jù)讀者的指令形成生動有趣的閱讀場景，引發(fā)讀者的興趣，提高注意力，增進了學(xué)習(xí)和閱讀的效率，在元宇宙圖書館與讀者之間形成非?？焖?、便捷的交互方式。傳感技術(shù)為讀者提供更加真實有效的各種體感，提升讀者的體驗感。

3.4 人工智能技術(shù)

近年來，人工智能快速發(fā)展，在計算機視覺、機器學(xué)習(xí)、自然語言處理及智能語音等方面的技術(shù)突破及應(yīng)用創(chuàng)新層出不窮，計算機已經(jīng)完成了一些只有人才能完成的工作。人工智能是元宇宙圖書館基礎(chǔ)性技術(shù)之一，它將在元宇宙圖書館中實現(xiàn)人機交互、萬物泛在互聯(lián)。

計算機視覺是物理圖書館數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)，為元宇宙圖書館提供虛實結(jié)合的體驗感。機器學(xué)習(xí)是元宇宙圖書館中所有的系統(tǒng)和角色的技術(shù)支撐，極大地影響了元宇宙圖書館的運行效率和智慧化程度。自然語言處理可以為讀者之間、讀者與系統(tǒng)之間的語言識別和交流提供技術(shù)支撐。而智能語音保障了元宇宙圖書館與讀者之間，以及讀者與讀者之間最準(zhǔn)確的理解和交流。

3.5 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈技術(shù)源于比特幣，是比特幣的一個核心概念。區(qū)塊鏈去中心化的價值觀，與元宇宙圖書館“共創(chuàng)、共建、共享”的價值觀高度一致，相互成就。區(qū)塊鏈技術(shù)是元宇宙圖書館最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵的技術(shù)之一。它與元宇宙圖書館緊密交融，環(huán)環(huán)相扣。

哈希算法是一種單項密碼機制，在區(qū)塊鏈中保證信息不被篡改。時間戳技術(shù)保證每個區(qū)塊按照一定的次序相連，給區(qū)塊鏈上每一份數(shù)據(jù)都加上時間標(biāo)記。哈希算法和時間戳技術(shù)為元宇宙圖書館讀者提供原始數(shù)據(jù)的溯源和保密。數(shù)據(jù)傳播及驗證機制為元宇宙圖書館系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)傳輸及驗證提供網(wǎng)絡(luò)支撐。共識機制保證元宇宙圖書館讀者獲得的信息平等且透明。分布式存儲保障讀者及館員虛擬身份和信息存儲的安全。智能合約保障元宇宙圖書館的規(guī)則得以透明而公平地執(zhí)行。分布式賬本保障元宇宙圖書館中數(shù)據(jù)交換的同步性及交換過程的安全性。

4 結(jié)語

綜上所述，元宇宙圖書館是整合多種新技術(shù)而產(chǎn)生的現(xiàn)實與虛擬相結(jié)合的圖書館新形態(tài)。因此，加強技術(shù)創(chuàng)新是發(fā)展元宇宙圖書館的關(guān)鍵所在。持續(xù)不斷地加快推動網(wǎng)絡(luò)及運算技術(shù)、映射技術(shù)、交互技術(shù)、人工智能技術(shù)及區(qū)塊鏈技術(shù)等前沿數(shù)字技術(shù)的創(chuàng)新和融合在建設(shè)元宇宙圖書館的過程中至關(guān)重要。隨著新技術(shù)的發(fā)展和成熟，元宇宙圖書館將逐步變?yōu)楝F(xiàn)實。