虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字博物館中的應(yīng)用與發(fā)展

徐貝

（鄭州大學(xué)，河南 鄭州 450001）

數(shù)字博物館是由現(xiàn)代信息技術(shù)與博物館業(yè)務(wù)相結(jié)合產(chǎn)生的，以實(shí)體博物館為基石，是實(shí)體博物館在互聯(lián)網(wǎng)的延伸。數(shù)字博物館突破了傳統(tǒng)博物館的時(shí)空界限，越來越受到大眾的青睞，為了更好地服務(wù)觀眾，發(fā)揮數(shù)字博物館的價(jià)值，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被引入數(shù)字博物館的建設(shè)中。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以制作虛擬展覽，可以將文物的結(jié)構(gòu)形態(tài)用更加豐富的形式展現(xiàn)出來，極大增強(qiáng)了數(shù)字博物館的互動(dòng)性與沉浸性，改變了以往數(shù)字博物館圖片式的展示方式，彌補(bǔ)了數(shù)字博物館缺乏真實(shí)性的缺點(diǎn)，為數(shù)字博物館帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，未來數(shù)字博物館的發(fā)展還有很大的進(jìn)步空間。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與數(shù)字博物館的結(jié)合

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和數(shù)字博物館

數(shù)字博物館是運(yùn)用數(shù)字、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將自然和人類文化遺產(chǎn)及其包含的一切信息以數(shù)字化的方式完整呈現(xiàn)于網(wǎng)絡(luò)上，包括數(shù)據(jù)的采集、整理、保存和展示。數(shù)字博物館的整體框架分為三個(gè)層次，分別是信息采集層、信息整合層、信息展示層。①與實(shí)體博物館相比較，數(shù)字博物館有其獨(dú)特的魅力：一是數(shù)字博物館利用技術(shù)手段對藏品的信息進(jìn)行全面采集，對藏品信息進(jìn)行高質(zhì)量的表達(dá)，大大提高了藏品資源的可讀性；二是數(shù)字博物館可以有效減少易損文物的展出時(shí)間，緩解了藏品保護(hù)與利用的矛盾；三是數(shù)字博物館突破了時(shí)空的界限，為公眾參觀瀏覽提供了極大的便利性，提高了博物館資源的開放性和利用性；四是數(shù)字博物館為觀眾提供了個(gè)性化的服務(wù)，觀眾可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行選擇與瀏覽；五是數(shù)字博物館為博物館與觀眾提供了雙向互動(dòng)的平臺(tái)，吸引了觀眾的注意力，實(shí)現(xiàn)了博物館與觀眾的高度互動(dòng)。

“虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)是指用計(jì)算機(jī)技術(shù)、電腦仿真、人工智能、顯示及網(wǎng)絡(luò)并行處理等最新的技術(shù)來模擬和虛構(gòu)現(xiàn)實(shí)社會(huì)的客觀事物，是一種模擬人類視覺、聽覺、力覺、觸覺等感知行為的高度逼真的人機(jī)交互技術(shù)?！雹谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最大特點(diǎn)就是沉浸性和交互性，強(qiáng)烈的臨場感讓觀眾身臨其境。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的逐步成熟與其獨(dú)特的優(yōu)勢，為建設(shè)數(shù)字博物館提供了極大的技術(shù)支持，為數(shù)字博物館的展示與傳播提供了新的途徑與視角，提高了數(shù)字博物館的建設(shè)水平與服務(wù)質(zhì)量。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字博物館中的應(yīng)用優(yōu)勢

1.2.1 共享豐富逼真的文物資源

傳統(tǒng)的實(shí)體博物館只能在固定時(shí)間、固定地點(diǎn)為觀眾提供服務(wù)，服務(wù)范圍有限，因場地、陳展設(shè)計(jì)、技術(shù)限制等問題，數(shù)以千萬的文物只有一部分可以在博物館中展出，還有絕大多數(shù)無法進(jìn)行展出，在文物庫房束之高閣。如果這些文物無法面向廣大群眾，就無法傳遞其真正的文化內(nèi)涵。隨著數(shù)字博物館的快速發(fā)展，觀眾可以隨時(shí)利用互聯(lián)網(wǎng)以及移動(dòng)終端參觀博物館，為公眾提供了便捷的參觀條件。不受空間的限制，一定程度上緩解了地區(qū)差異帶來的博物館資源分配不均的問題；不受博物館建筑空間的局限，數(shù)字博物館可以展出實(shí)體博物館無法展出的文物藏品，提高了藏品的利用率。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作文物的三維動(dòng)態(tài)影像，可以使觀眾清楚地看到文物的形態(tài)結(jié)構(gòu)與紋飾紋理，還可以深入挖掘文物的歷史價(jià)值、藝術(shù)價(jià)值、科學(xué)價(jià)值，用更加全面、生動(dòng)、引人入勝的方法展示出來。相較于靜態(tài)的圖片展示，3D的動(dòng)態(tài)展示更加逼真且全面地展示了文物的信息，如：一些古籍、手稿等，相對于靜態(tài)的圖片展示，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將其制作成真實(shí)的書本形式，觀眾可以自主翻頁、檢索，以便觀眾研究學(xué)習(xí)；帶蓋的文物，3D動(dòng)態(tài)模型可以讓觀眾將文物的蓋子打開，觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)；還可以模擬遺跡發(fā)掘的現(xiàn)場環(huán)境，讓觀眾有機(jī)會(huì)看到考古現(xiàn)場，了解現(xiàn)代考古、增強(qiáng)保護(hù)文物的意識(shí)。數(shù)字博物館以及虛擬技術(shù)的應(yīng)用，擴(kuò)大了文物資源整合的范圍，提供了個(gè)性化的服務(wù)，讓觀眾可以真正享受到這些豐富的文物資源，激發(fā)觀眾與文物互動(dòng)的熱情，更好地滿足觀眾對于文物的探索欲和求知欲，提高數(shù)字博物館的服務(wù)質(zhì)量，有利于實(shí)現(xiàn)博物館資源的全社會(huì)共享，提高博物館資源利用的公平性與開放性，吸引更多人關(guān)注和支持文博事業(yè)的發(fā)展。

1.2.2 降低文物損壞，保護(hù)易損文物

博物館收藏了從古至今人類社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中遺留下來的各類遺跡與遺物，受時(shí)間因素和保存環(huán)境影響，有些文物本身較為脆弱，易受損，需要嚴(yán)格控制保存環(huán)境的溫度和濕度，極為珍貴的文物還會(huì)限制展出次數(shù)，甚至不展出。例如，紙質(zhì)文物容易褪色、發(fā)黃和受到霉蟲的威脅，即使經(jīng)過修復(fù)也很難長期展出。對于不可移動(dòng)文物來講，一些古建筑歷經(jīng)千年，難以修繕，已經(jīng)不適宜觀眾參觀，尤其是一些古寺、古廟等多層的建筑，還存在一定的安全隱患。在這種情況下，數(shù)字博物館的數(shù)據(jù)保存與在線瀏覽就顯得極為重要了。實(shí)體博物館可以利用專業(yè)設(shè)備將文物實(shí)體資源轉(zhuǎn)換為數(shù)字資源，并加以完善處理，在虛擬技術(shù)的加持下，使不經(jīng)常展出的易損文物、不便參觀瀏覽的歷史古跡能被更多人看到。虛擬技術(shù)還可以作用于觀眾的聽覺、觸覺，讓觀眾聽到文物的聲音、感受到觸摸文物的感覺。觀眾可以360度觀看文物的細(xì)節(jié)，甚至可以“把玩文物”。一些不便參觀的古跡、古建筑等，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，按1∶1的比例建立三維模型，真實(shí)還原其內(nèi)外的結(jié)構(gòu)，利用全景虛擬，可以滿足參觀者零距離觀看與研究文物的愿望，使文物展示更加生動(dòng)具體。除此之外，等比的虛擬建模還可以助力文物修復(fù)者制訂修復(fù)方案，預(yù)設(shè)修復(fù)結(jié)果，在反復(fù)驗(yàn)證中得到最合適的修復(fù)方案，修復(fù)過程還可以錄制視頻，為以后的文物保護(hù)提供經(jīng)驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用不僅讓觀眾全方位感受文物，還妥善地處理了文物保護(hù)與利用的矛盾，實(shí)現(xiàn)了文物資源的永久保存，讓文明以信息化傳承。

1.2.3 逼真的參觀環(huán)境和互動(dòng)體驗(yàn)

觀眾在參觀瀏覽數(shù)字博物館時(shí)，缺乏實(shí)際參觀的真實(shí)體驗(yàn)，無法對單散的文物資源形成系統(tǒng)的知識(shí)概念。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于數(shù)字博物館中，在保證內(nèi)容真實(shí)性的基礎(chǔ)上，優(yōu)化空間展示的表達(dá)形式。例如，按照歷史發(fā)展脈絡(luò)、器物類別展示文物、制定固定主題整合文物資源等?！凹皶r(shí)與實(shí)體博物館進(jìn)行對比，做出改進(jìn)和調(diào)整，以更加合適的形式進(jìn)行展示，力求做到虛擬環(huán)境的‘物盡其用’‘因地制宜’。”③僅僅只展示圖片和文字的數(shù)字博物館難以吸引觀眾，發(fā)揮價(jià)值，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用其中后，多重的感官刺激提升了觀眾的沉浸感。自主選擇可以提升觀眾的互動(dòng)體驗(yàn)，觀眾可以自行瀏覽感興趣的內(nèi)容，可以在自主參觀中獲取更多的信息資源，并且不受時(shí)間地點(diǎn)以及設(shè)備的限制。良好的參觀環(huán)境以及互動(dòng)體驗(yàn)使觀眾主動(dòng)與博物館進(jìn)行互動(dòng)，提高了觀眾汲取知識(shí)的自主性與積極性，有助于數(shù)字博物館最大化發(fā)揮其社會(huì)價(jià)值。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字博物館中的應(yīng)用

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字博物館中的應(yīng)用現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字博物館中的應(yīng)用主要是三維物體的建模、紋理映射、虛擬全景技術(shù)。筆者總結(jié)了故宮博物院、中國國家博物館、上海博物館等10家博物館VR技術(shù)的開發(fā)使用情況（表1）。就目前的使用情況看，使用場景還是略顯單一，主要為藏品的3D展示和虛擬展廳的參觀游覽。

表1 數(shù)字博物館VR技術(shù)開發(fā)使用情況概覽

故宮博物院VR技術(shù)的開發(fā)與使用情況是目前最好的，不僅對可移動(dòng)文物做了較為全面的3D展示（圖1），還利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)了一系列以故宮為核心的應(yīng)用模式，如虛擬顯示節(jié)目《紫禁城·天子的宮殿》、虛擬展覽（圖2）、全景模擬參觀的全景故宮（圖3）和云游故宮，以及利用專用的VR設(shè)備讀取網(wǎng)頁鏈接，就可以跟隨虛擬導(dǎo)覽或自由參觀養(yǎng)心殿、倦勤齋等建筑的V故宮系列（圖4）。還開發(fā)了手機(jī)端可以使用的App，如提供全景虛擬漫游的故宮展覽、可以“把玩”所有故宮陶瓷的故宮陶瓷館等，符合時(shí)代發(fā)展的趨勢，為觀眾提供了更加便利的使用方式。

圖1 故宮博物院數(shù)字多寶閣

圖2 故宮博物院虛擬展覽

圖3 全景故宮

圖4 V故宮

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字博物館應(yīng)用中的問題與思考

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字博物館建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的重要作用，越來越多的博物館開始嘗試使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為博物館的數(shù)字化建設(shè)注入活力。但是從使用開發(fā)現(xiàn)狀我們也看到了以下幾方面的不足：

一是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)需要專業(yè)的技術(shù)人員，博物館的從業(yè)人員不具備專業(yè)的技術(shù)，這方面的業(yè)務(wù)博物館基本會(huì)選擇外包或者聯(lián)合其他機(jī)構(gòu)一起建設(shè)，需投入大量的資金，后期的運(yùn)營、維護(hù)成本也很高。而博物館可投用在這方面的資金有限，博物館應(yīng)該主動(dòng)尋求社會(huì)群體的支持，積極與相關(guān)機(jī)構(gòu)、企業(yè)等建立合作關(guān)系，申請專項(xiàng)資金等，多渠道、多途徑地籌集建設(shè)資金，為數(shù)字博物館的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

二是在采集文物數(shù)據(jù)時(shí)，對相關(guān)設(shè)備要求極高，不能對文物造成損壞，還要盡可能清晰、完整地采集所需要的信息，將文物的細(xì)微之處盡可能完美呈現(xiàn)。一方面，專業(yè)人員要積極攻克技術(shù)難題；另一方面，博物館要購買更加優(yōu)質(zhì)的設(shè)備，確保全面無損地采集文物的真實(shí)信息。

三是目前數(shù)字博物館使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)呈現(xiàn)出大館強(qiáng)、小館弱的狀態(tài)，整體發(fā)展不均衡，當(dāng)然這與缺少資金和人才有密不可分的關(guān)系，也與博物館的未來發(fā)展規(guī)劃有關(guān)。大館要積極主動(dòng)對小館數(shù)字化建設(shè)提供技術(shù)支持和經(jīng)驗(yàn)分享，促進(jìn)館際交流與幫扶，共同促進(jìn)中國博物館事業(yè)的發(fā)展。

四是承載數(shù)據(jù)的載體壽命有限，要注意及時(shí)備份和更換。數(shù)字化的數(shù)據(jù)容易被下載與復(fù)制，版權(quán)安全存在隱患。網(wǎng)絡(luò)安全也不容忽視，防范計(jì)算機(jī)病毒與黑客的入侵，選擇安全性、穩(wěn)定性高的服務(wù)器，建立防火墻，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份等，保障數(shù)字博物館信息的安全與運(yùn)行的穩(wěn)定。

五是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用場景略顯單一和局限，數(shù)字博物館并不只是實(shí)體博物館的復(fù)制和照搬，也不是館內(nèi)資訊的簡單傳遞。藏品展示與陳列展覽固然重要，但博物館功能的實(shí)現(xiàn)并不只局限于此，數(shù)字博物館的建設(shè)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用還有待突破和加強(qiáng)，積極創(chuàng)新VR技術(shù)的使用場景，開發(fā)新的使用項(xiàng)目，是數(shù)字博物館發(fā)展的趨勢。

3 未來數(shù)字博物館的發(fā)展方向

在利用VR技術(shù)建設(shè)數(shù)字博物館的過程中，要注意內(nèi)容的真實(shí)性，實(shí)體藏品是一切數(shù)據(jù)資源的根本，無論是文物本體，還是文物內(nèi)涵價(jià)值，都必須是真實(shí)的、有效的。數(shù)字博物館在展示設(shè)計(jì)上也要注意與實(shí)體博物館相聯(lián)系，文物的排列組合要有一定的脈絡(luò)和邏輯性。一些觀眾喜歡的臨時(shí)展覽，也可以在數(shù)字博物館中最大限度地保存，做到虛實(shí)結(jié)合。實(shí)體博物館與數(shù)字博物館是相互補(bǔ)充，而非相互替代，“數(shù)字博物館僅僅是實(shí)體博物館的‘翅膀’，而絕不是‘掘墓人’”④。

數(shù)字博物館在建設(shè)過程中需要大量專業(yè)的技術(shù)人才和博物館人員進(jìn)行建設(shè)、維護(hù)、更新，博物館要注重人才的培養(yǎng)，為數(shù)字博物館的建設(shè)配備堅(jiān)實(shí)的專業(yè)團(tuán)隊(duì)。數(shù)字博物館在建設(shè)時(shí)要充分考慮博物館的性質(zhì)與責(zé)任，防止文物資源被盜用，防止參觀人數(shù)過多導(dǎo)致網(wǎng)站崩潰。除了專業(yè)技術(shù)問題以外，還要考慮用戶的瀏覽習(xí)慣、參觀體驗(yàn)以及不同用戶的不同需求。例如，語言的多樣選擇、文字介紹分簡單和詳細(xì)兩版、界面簡單明了有特色、及時(shí)吸取觀眾意見進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)等。“相關(guān)研究人員應(yīng)充分研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的搭建和空間設(shè)計(jì)展示項(xiàng)目，做到合理利用展示空間，以及設(shè)計(jì)合理的展示視角與參觀者的空間尺度距離等問題。”⑤

數(shù)字博物館未來的發(fā)展建設(shè)要形成合力，各博物館之間交流建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，分享建設(shè)成果，各區(qū)域間大館幫扶小館，促進(jìn)數(shù)字博物館的整體和諧發(fā)展。館際聯(lián)合，創(chuàng)建數(shù)字博物館聯(lián)盟平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)入口與多個(gè)連接，不僅為觀眾的參觀提供便利，也為數(shù)字博物館的發(fā)展提供合作交流的平臺(tái)。博物館還應(yīng)積極尋求與社會(huì)機(jī)構(gòu)、企業(yè)等的合作，為數(shù)字博物館的發(fā)展尋助求力。

數(shù)字博物館在今后的建設(shè)中要綜合利用多種技術(shù)資源完善展示效果。虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）技術(shù)、視頻動(dòng)畫等多媒體技術(shù)都要綜合利用，“結(jié)合多元的展示形式、高效逼真的建模，真實(shí)的空間感與質(zhì)感設(shè)計(jì)，契合主題的光效與音效設(shè)計(jì)等”⑥，通過多重的感官刺激，為觀眾帶來沉浸式的參觀體驗(yàn)，給人身臨其境之感。在高速發(fā)展的信息化時(shí)代，數(shù)字博物館的發(fā)展是大勢所趨，各種信息技術(shù)的應(yīng)用，使數(shù)字博物館更具有真實(shí)的體驗(yàn)感，提高了觀眾參觀的趣味性和瀏覽量，擴(kuò)大了傳統(tǒng)博物館的服務(wù)范圍，能更好地服務(wù)于廣大人民群眾日益增長的文化需求和社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步。

注釋

①劉紹南.數(shù)字博物館系統(tǒng)架構(gòu)初探[J].東南文化，2010（4）：99-103.

②洪炳镕，蔡則蘇，唐好選.虛擬現(xiàn)實(shí)及其應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.

③⑤蘇燕，李光舉.淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字博物館空間設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國管理信息化，2019（12）：133-134.

④《博物館學(xué)概論》編寫組.博物館學(xué)概論[M].北京：高等教育出版社，2019.

⑥張?zhí)K卉.數(shù)字博物館的沉浸性研究[J].創(chuàng)意與設(shè)計(jì)，2013（2）：49-52.