基于虛擬現(xiàn)實技術的數(shù)字博物館建設研究

鄒超榮

（長沙民政職業(yè)技術學院，湖南 長沙 410004）

0 引 言

廣義的虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）包括增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）、混合現(xiàn)實（Mixed Reality，MR）以 及 拓 展 現(xiàn) 實（Extended Reality，XR）。2022年11月，多部門聯(lián)合印發(fā)《虛擬現(xiàn)實與行業(yè)應用融合發(fā)展行動計劃（2022—2026年）》，提出到2026年的虛擬現(xiàn)實發(fā)展目標，其中包括創(chuàng)新能力顯著增強、產(chǎn)業(yè)生態(tài)持續(xù)完善、融合應用成效凸顯。虛擬現(xiàn)實+文化旅游的應用場景推動了博物館行業(yè)的數(shù)字化、虛擬化發(fā)展。

1 虛擬現(xiàn)實的關鍵技術

虛擬現(xiàn)實技術是近眼顯示、渲染處理、壓縮編碼、感知交互等多種技術的融合。5G、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、大數(shù)據(jù)（big data）、區(qū)塊鏈（Blockchain）等新一代信息技術的發(fā)展，推動了虛擬現(xiàn)實技術與新一代信息技術的深度融合[1]。虛擬現(xiàn)實的關鍵技術包括近眼顯示、渲染處理、感知交互、網(wǎng)絡傳輸、內(nèi)容生產(chǎn)、編碼壓縮以及安全可信等。隨著虛擬現(xiàn)實相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，全產(chǎn)業(yè)鏈條供給能力不斷提升。在關鍵器件方面，虛擬現(xiàn)實專用處理芯片、4K新型微顯示器件、驅(qū)動芯片等關鍵器件發(fā)展迅速。在終端外設方面，一體式、分體式、車載式、云化終端虛擬現(xiàn)實設備發(fā)展迅速，裸眼觀看、沉浸式還音視音頻系統(tǒng)裝置得以發(fā)展，3D化、實時性、多任務虛擬現(xiàn)實操作系統(tǒng)研發(fā)生產(chǎn)能力大幅度提升。在業(yè)務運營平臺方面，沉浸式主題樂園、劇場、文化場館等線下體驗中心與云化虛擬現(xiàn)實線上服務平臺成為重要發(fā)展趨勢。在內(nèi)容生產(chǎn)工具方面，三維場景編輯器、虛擬現(xiàn)實視頻融合制播、3D超高清全景攝像機、三維掃描儀、動作捕捉外設等生產(chǎn)工具保障了虛擬現(xiàn)實內(nèi)容制作質(zhì)量。在專用信息基礎設施方面，圖形渲染、空間計算、云計算、邊緣計算、沉浸式計算等算力信息基礎設施不斷完善[2]。

2 數(shù)字博物館發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 數(shù)字博物館行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國博物館數(shù)量在不斷地增長，除了國家級博物館、省級市級博物館外，各民辦博物館也在蓬勃發(fā)展。人工智能、大數(shù)據(jù)、交互技術等新一代信息技術的發(fā)展，為數(shù)字博物館發(fā)展提供了技術支持。以技術驅(qū)動、創(chuàng)新變革為動力，推動數(shù)字博物館新平臺建設，能夠為大眾帶來沉浸式、互動式博物館展覽體驗。我國數(shù)字博物館建設開始于20世紀90年代。在21世紀，隨著新一代信息技術的發(fā)展，數(shù)字博物館迎來快速發(fā)展期，越來越多的實體博物館開始進行數(shù)字博物館建設。數(shù)字博物館還向數(shù)字文物影像展覽、藏品征集、藏品保管、藏品保護、展覽活動、專業(yè)研究及教育傳播等領域拓展。數(shù)字博物館建設過程中，以河南省、浙江省、廣東省為代表，其數(shù)字博物館建設走在全國前列。數(shù)字博物館依托物聯(lián)網(wǎng)、云計算、交互技術以及人工智能等技術，實現(xiàn)人機物的互聯(lián)，隨時掌握觀眾、藏品、展廳情況，推動博物館保護、管理、服務、展覽的智能化建設[3]。

2.2 數(shù)字博物館應用現(xiàn)狀

國內(nèi)外數(shù)字博物館應用都有自己的特點。國外數(shù)字博物館建設發(fā)展歷史較長，在虛擬內(nèi)容、互動展示、三維特效等方面有值得借鑒的經(jīng)驗。以紐約大都會藝術博物館為例，其博物館主頁設計、展出內(nèi)容簡潔，實現(xiàn)與實體博物館的高度關聯(lián)，還開展虛擬展示、虛擬團體旅游等活動。以大英博物館為例，其數(shù)字博物館主頁建設以實體博物館為基礎，進行虛擬展示建設，并可通過谷歌VR眼鏡完成參觀活動。以法國盧浮宮博物館為例，其數(shù)字博物館開設了在線虛擬游覽模塊，體驗者可根據(jù)自己的需求，自由選擇游覽視角和游覽區(qū)域，開展虛擬游覽活動。系統(tǒng)配備多種語言的3D參觀服務體系，運用交互技術、圖像繪制技術，實現(xiàn)博物館展品及建筑的重構。游覽者可通過線上游覽盧浮宮數(shù)字博物館，獲得沉浸式、交互式觀展體驗。此外，法國盧浮宮數(shù)字博物館還設有導航欄，包括導覽圖、團體參觀、玩轉(zhuǎn)盧浮宮、專題參觀路線、鎮(zhèn)館之寶及在線虛擬參觀等模塊，滿足用戶虛擬漫游與展覽體驗。從國外數(shù)字博物館的應用現(xiàn)狀來看，其頁面設計普遍簡潔，表現(xiàn)方式靈活多樣，并且運用虛擬現(xiàn)實、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術實現(xiàn)博物館的全方位、多角度數(shù)字化展示，增加交互、趣味活動，使參觀者能夠身臨其境地游覽數(shù)字博物館[4]。

經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)數(shù)字博物館的應用也已十分成熟，在個別領域已經(jīng)達到世界前列。以中國國家博物館為例，其數(shù)字博物館建設采用、文字、圖片、視頻的形式，實現(xiàn)與觀眾的線上互動，同時推出線上展廳，觀眾通過互聯(lián)網(wǎng)、App實現(xiàn)線上游覽博物館。以北京故宮博物館為例，其數(shù)字博物館主頁主要介紹博物館情況，設置數(shù)字資料館板塊，可以查閱博物館相關內(nèi)容。通過主題游覽模塊，觀眾可選擇自己喜歡的模塊進行線上游覽。以上海博物館為例，其在數(shù)字博物館的建設過程中充分運用虛擬現(xiàn)實技術、三維展示技術等，為用戶提供三維虛擬場景游覽、藏品展示參觀等內(nèi)容。以中國科普博覽館為例，其是我國最早使用虛擬現(xiàn)實技術的博物館，通過虛擬現(xiàn)實技術、三維展示技術、人工智能技術以多樣化的展示形式向大眾科普文化知識。國內(nèi)博物館充分利用虛擬現(xiàn)實的相關技術與設備，開展與博物館相關的特色主題展覽、將現(xiàn)實的博物館文物以立體性、交互性的方式進行數(shù)字化呈現(xiàn)，不斷提升博物館展品、建筑的修復與展覽水平[5]。

3 基于虛擬現(xiàn)實技術的數(shù)字博物館建設策略

3.1 虛擬現(xiàn)實技術在數(shù)字博物館建設中的優(yōu)勢

虛擬現(xiàn)實技術在博物館建設中有傳遞多元化、互動性增強、突破空間時間限制等優(yōu)勢。傳遞多元化是指，基于虛擬現(xiàn)實技術的數(shù)字博物館與實體博物館相比，解決了實體博物館場館環(huán)境、技術設施、文物條件自身等因素影響的展示限制問題。依托虛擬現(xiàn)實技術，構建數(shù)字資源平臺，能夠?qū)㈦y以展示的文物、建筑等虛擬化，完整地呈現(xiàn)給游覽者?；有栽鰪娛侵?，基于虛擬現(xiàn)實技術的數(shù)字博物館彌補了實體博物館互動性較弱的問題，體驗者能夠360度全方位地觀摩文物展品。觀眾在數(shù)字博物館不僅是觀展者，更是展品的體驗者與研究人員，可通過官方網(wǎng)站、App、公眾號等渠道反饋自己對數(shù)字博物館的意見和建議，實現(xiàn)數(shù)字博物館與用戶之間的交流互動。突破空間與時間的限制是指，基于虛擬現(xiàn)實技術的數(shù)字博物館突破了空間、時間對實體博物館的限制，帶給游覽者更加沉浸式、全方位的展品觀看體驗。參觀者可以通過官網(wǎng)、App、微信等平臺隨時隨地地游覽數(shù)字博物館，足不出戶，游覽到世界各地的數(shù)字博物館。

3.2 基于虛擬現(xiàn)實技術的數(shù)字博物館建設架構

基于虛擬現(xiàn)實技術的數(shù)字博物館架構普遍采用“1+1+2+4+3”的總體架構，如圖1所示，在虛擬現(xiàn)實技術基礎上，融合人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術，使數(shù)字博物館具備智慧服務、智慧管理、智慧決策等能力。1是指1套基礎設施、1套支撐體系，2是指2個平臺，包括數(shù)據(jù)管理平臺和應用支撐平臺，4是指4類智慧應用，包括智慧管理、智慧保護、智慧服務及智慧決策，3是指3個展示渠道，包括大屏、網(wǎng)站及微信小程序。

圖1 基于虛擬現(xiàn)實技術的數(shù)字博物館建設架構

3.3 基于虛擬現(xiàn)實技術的數(shù)字博物館建設內(nèi)容

1套基礎設施包括基于虛擬現(xiàn)實的網(wǎng)絡傳輸技術，5G、千兆寬帶等對虛擬現(xiàn)實的適配，使數(shù)字博物館具備構建全場景實時寬帶通信能力?；谔摂M現(xiàn)實的編碼壓縮、內(nèi)容生產(chǎn)、感知交互技術為數(shù)字博物館建設提供了超高清攝像頭、傳感終端等物聯(lián)網(wǎng)設備，基于虛擬現(xiàn)實的安全可信技術為數(shù)字博物館提供安全、安防、環(huán)境感知等保障。

1套支撐體系包括標準體系、安全體系、運營體系以及機制保障。虛擬現(xiàn)實技術在關鍵器件、終端外設、業(yè)務運營平臺、內(nèi)容生產(chǎn)工具、專業(yè)信息基礎設施的全鏈條供給能力大幅度提升，為數(shù)字博物館支撐體系建設提供了技術與設備支持。例如，虛擬現(xiàn)實業(yè)務運營平臺保障數(shù)字博物館運營體系的云化虛擬現(xiàn)實線上服務平臺、增強現(xiàn)實運營平臺建設。

2個平臺包括數(shù)據(jù)管理平臺和應用支撐平臺。數(shù)據(jù)管理平臺基于虛擬現(xiàn)實與大數(shù)據(jù)技術的融合應用，實現(xiàn)基礎支撐、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)共享與開放等功能。應用支撐平臺基于虛擬現(xiàn)實與網(wǎng)絡傳輸、內(nèi)容生產(chǎn)、壓縮編碼等關鍵技術的融合應用，實現(xiàn)流程審批、消息服務、統(tǒng)一用戶及權限管理、統(tǒng)一信息發(fā)布等功能。

4類智慧應用包括智慧管理、智慧保護、智慧服務及智慧決策等。AR、VR、MR等交互技術在藏品管理、展陳管理、文物保護、文物環(huán)境保護等方面發(fā)揮著關鍵性的作用，提升數(shù)字博物館在視覺、聽覺、觸覺等方面的交互性與沉浸感。基于虛擬現(xiàn)實+大數(shù)據(jù)+人工智能+云計算的技術融合，能夠提升數(shù)字博物館的智慧管理、智慧服務、智慧保護及智慧決策能力。

3個展示渠道包括大屏、網(wǎng)站以及微信小程序。通過這三個展示渠道，用戶可了解數(shù)字博物館的整體情況及各展品情況。同時，這三個展示渠道也是數(shù)字博物館對外發(fā)布新聞資訊、陳列展覽、活動通告的重要渠道，用戶可通過微信小程序進行票務預約和展覽活動預約。展示渠道的建設過程也離不開虛擬現(xiàn)實技術的支持，通過全息幻影成像、VR/AR/XR虛擬現(xiàn)實、裸眼3D投影、沉浸式環(huán)境交互、全景多聲道、VR動畫設計、VR交互體驗、XR沉浸式展陳等實現(xiàn)博物館主題與交互界面在文字圖像、界面色彩、整體版式等元素的統(tǒng)一，可提升數(shù)字博物館的沉浸感、交互性以及智能化水平。

4 結 語

多種沉浸式交互技術的發(fā)展與組合應用，必將推動數(shù)字博物館的進一步發(fā)展，在VR、AR、MR、XR等虛擬現(xiàn)實技術與人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術深入融合背景下，推動數(shù)字博物館在展演、藏品養(yǎng)護修復、游客體驗情緒、后期運營等方面向智能化與智慧化發(fā)展，不斷創(chuàng)新數(shù)字博物館的公共文化服務模式。