智慧科技賦能中華傳統(tǒng)樂器文化傳承創(chuàng)新

一、項目概述

隨著互聯(lián)網與數字技術的迅猛發(fā)展，如何運用新興技術力量，推動文化、文物實現創(chuàng)新性的“活態(tài)傳承”，使深邃的文化遺產在數字時代煥發(fā)新生，成為當前備受矚目的熱點議題。

智慧型中國樂器博物館項目自2021年該項目啟動截至2024年9月，已經完成了三個階段的基礎建設工作，目前第四期建設正在積極推動中。已建設完成“1館3端7廳86件”（即1個博物館、3個客戶端、7個展廳、86件樂器），是具備虛擬全景體驗、虛擬仿真、智能交互、樂器科普與在線研學等功能為一體的數字化樂器博物館，搭建了一套完整的智慧型中國樂器博物館生態(tài)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可在VR端、PC端、移動端三平臺運行，同時具備“掃圖識器”“聽音識器”的AI識別功能，識別結果鏈接至“華夏民族樂器多媒體數據庫”（含歷史源流、制作工藝、演奏技法、音色庫、名家講壇、聲學分析報告等圖文影音資料）。

二、項目特色

（一）精準化供需對接，實現跨平臺操作

對比國內外樂器博物館及博物館中的樂器展覽與展品（如歐洲的線上樂器博物館MusicalInstrumentMuseumsOnline等），本項目同時開發(fā)多平臺多端口，形成兼容體系，保證該項目可持續(xù)發(fā)展?？赏ㄟ^計算機（鍵盤鼠標操作）、移動設備（觸摸屏操作）或VR設備（VR頭盔及數據手套）三類終端進入博物館。

其中，在計算機和移動設備端，用戶能夠享受到豐富的線上體驗，包括虛擬漫游博物館、觀賞樂器的圖文介紹、進行360度的細致觀察、體驗多媒體影音資料以及深入分析樂器的聲學特性；還能通過鼠標、鍵盤或觸摸屏模擬樂器演奏的現場感。VR端則配套VR頭顯、手柄、數據手套，可對樂器進行多模態(tài)感知交互，同時實現了實時演奏、視聽同步、高清3D成像等功能。

為實現數據在PC、VR可穿戴、移動各個平臺都能準確地讀取及加載，項目采用Unity3D跨平臺游戲引擎進行開發(fā)，針對各個平臺開發(fā)出不同的數據讀取及解析工具，實現模型數據、文本、圖片、音頻等在不同平臺下的準確呈現。

此外，對樂器相關知識建立多點鏈接，數據庫資料種類豐富、數量多，真正創(chuàng)造性地解決了圍繞樂器延伸知識的“理性、抽象的學術資源”與樂器本體的“大眾審美直覺和感性體驗”無法共存的矛盾痛點。

（二）強化科技支撐，提升AI智慧服務

“智慧型中國樂器博物館”目前建設有吹管樂器廳、拉弦樂器廳、彈撥樂器廳、打擊樂器廳四個常設

展廳，以及中華雅樂廳、新疆少數民族樂器廳、內蒙古少數民族樂器廳三個特色樂器廳，共收錄86件樂器，未來將持續(xù)建設新的展廳與樂器。為解決虛擬場館缺乏智慧服務的痛點，本案例針對電腦與移動設備端，開發(fā)了樂器圖像識別與音色識別的功能，通過構建對應模型訓練數據庫，利用機

器學習技術提取樂器的頻譜指紋與圖像特征。用戶可以通過上傳本地文件或即時錄音/拍照，精準識別出該樂器（準確率 95% 以上），并可鏈接至本項目建設的“華夏民族樂器多媒體數據庫”，學習與該樂器相關的圖文簡介、3D模型、名曲欣賞、名師講壇、制作工藝、聲學分析等內容。

該館利用虛擬現實、沉浸式視聽、多模態(tài)交互等科學技術，建立“人、物、多模態(tài)數據”三者之間的雙向多元信息交互通道，搭建了一套完整的智慧樂器博物館生態(tài)系統(tǒng)。其建構邏輯和相關技術可嵌套于博物館、文化館、非遺中心、教育游戲等場景中，并可針對各類藏品進行數字化展陳，開展云展覽、數字藝術、智慧服務等新業(yè)態(tài)。

（三）豐富展陳維度，挖掘中華文化基因內涵

為化解文物困于櫥窗、樂器限于器物層面的困境，在現藏樂器的基礎上，與大鐘寺古鐘博物館、天壇神樂署等單位建立合作，對更多樂器進行聲音采錄和3D掃描，建立了古樂器模型庫。以“視、聽、演奏”多功能為核心，將中國古代禮樂制度載體一一雅樂樂器（編鐘、篪、瑟等共15件），進行3D視覺仿真、高保真音色還原，復現古樂。

為了讓用戶沉浸式體驗不同樂器的擬真演奏，該項目配備了HTCVIVEPro虛擬現實系統(tǒng)和NoitomHi5數據手套，共同構成了一個沉浸式虛擬現實與體感互動系統(tǒng)。HTCVIVEPro包括一個頭戴式顯示設備和運動追蹤手柄，利用HTCLightinghous技術通過空間激光掃描實現對用戶位置和手勢的精確追蹤。而NoitomHi5數據手套則是為演奏中國傳統(tǒng)民族樂器而特別設計的傳感器，它通過捕捉指關節(jié)的彎曲變化，實時傳遞手指動作的彎曲程度和速度，以模擬真實的樂器演奏效果。①

為挖掘中國樂器的音樂文化基因，本項目對各類樂器進行了精細化錄音（含頭模采樣的高保真多錄音制式）。比如，編鐘以北京大鐘寺古鐘博物院收藏的“曾侯乙編鐘高精復制件”為原型進行建模，以專業(yè)演奏人員的實時演奏為音響樣本。采錄方式為使用主輔傳聲器同時進行采錄，分別采集了每枚鐘的正鼓音與側鼓音的立體聲音頻，并在編鐘演奏虛擬現實校核系統(tǒng)中采用雙聲道立體聲音頻格式，能有效提升用戶演奏時的真實感，最大程度還原我國古代編鐘“一鐘雙音”的獨特聲學特征。②

（四）鑄牢中華民族共同體意識，助力各民族非物質文化遺產創(chuàng)新性發(fā)展

為加強民族團結和促進少數民族文化的創(chuàng)新性發(fā)展，推進本館中樂器來源區(qū)域均衡發(fā)展，本項目致力于展示和保護中華民族樂器，尤其是少數民族樂器的多樣性和獨特性。除了集成性的吹、拉、彈、打展廳外，還建設有新疆少數民族樂器廳（收錄來自維吾爾族、哈薩克族、塔吉克族、烏孜別克族等少數民族樂器24件）、內蒙古少數民族樂器廳（蒙古族、滿族、鄂倫春族等樂器16件）。這些樂器不僅是音樂的載體，也是中華文化多樣性的見證。

聲音采錄方面，秉持“原生態(tài)”的核心理念，特邀中央民族大學、中央歌劇舞劇院等高校、院團的少數民族樂器演奏家進行樂器的專業(yè)錄音；同時，項目組深入新疆、內蒙古等地，聘請新疆木卡姆樂團演奏家、內蒙古藝術學院樂器演奏專業(yè)師生、通遼文化館的藝術家、呼和浩特大召寺的喇嘛以及非物質文化遺產的民間傳承人等，共同完成了剩余樂器的聲音錄制。同時錄制了訪談視頻，以豐富本項目的數據庫，實現了知識的傳遞與教學的互動。

視覺呈現方面，內蒙古少數民族樂器展廳進一步采用了模型動畫狀態(tài)機方式，對部分經典樂器（如雅托噶、馬頭琴、拖布秀爾、圖瓦三弦）進行了結構拆解與組裝互動體驗設計，使用戶能夠親手模擬觸碰并了解樂器的精妙構造。同時，結合了傳統(tǒng)攝影建模與先進的雙目結構激光點云技術，對樂器進行了無損高精度掃描，既保留了樂器的原始風貌，又完美再現了樂器的每一個細節(jié)，讓少數民族文化的瑰寶在數字世界中激發(fā)出新的生命力。

（五）發(fā)展數智教育新質生產力，打造AI數字音樂教師

為提升觀眾的參觀體驗，豐富博物館的展示形式與互動功能，智慧型中國樂器博物館引入數字人技術，在多個方面發(fā)揮了重要作用。數字人的角色設定為博物館的智能導覽員、講解員和AI數字音樂教師。不僅具備豐富的樂器知識，熟悉各個展廳的布局和展品信息，還深入了解樂器背后的文化內涵、歷史淵源以及制作工藝等。能夠以親切、生動的方式與觀眾進行交流互動，為用戶提供個性化的參觀服務。

AI教師搭載了先進的自然語言處理技術，能夠準確理解觀眾的語音提問和指令。自然語言處理技術是涵蓋計算機科學、語言學、人工智能等多領域的交叉學科，讓計算機能夠理解、生成和處理人類自然語言。通過聲學模型和語言模型的協(xié)同工作，準確地將觀眾的語音信號轉換為文本信息。然后通過基于卷積神經網絡（CNN）和循環(huán)神經網絡（RNN）的模型自動對詞法、句法進行分析，加強語義理解進而準確把握整句話的語義。

智慧型中國樂器博物館完善的樂器知識圖譜構建與推理算法為數字人提供了強大的知識儲備和智能推理、查詢能力，對用戶關于樂器的各類問題給出權威、全面且深入的解答。知識圖譜涵蓋了樂器的分類、歷史發(fā)展、演奏技巧、文化意義等多個方面的信息，以及與音樂、舞蹈、民俗等相關的知識關聯(lián)。

（六）后臺數據管理與服務效能

在智慧型中國樂器博物館的建設過程中，后臺數據管理與服務效能的優(yōu)化發(fā)揮了關鍵作用。后臺的數據管理不僅關乎用戶體驗，也直接影響到系統(tǒng)整體運營效率和數字化文化傳播的效果。

后臺數據管理涵蓋了數據采集、數據存儲、數據管理和數據分析等多個環(huán)節(jié)。樂器的數據信息，包括歷史背景、制作工藝、聲學特性等，通過高精度的3D掃描、音頻采錄、圖片建模等方式采集，并存儲于龐大的數據庫中。為確保數據的完整性和準確性，采用了分布式數據庫系統(tǒng)，以便更好地應對大規(guī)模數據的存儲和讀取需求。在這一過程中，數據的冗余備份和自動化管理技術得以應用，確保系統(tǒng)在高并發(fā)訪問的情況下依然能夠保持高效穩(wěn)定地運行。

在數據管理方面，系統(tǒng)采用了精細化的權限管理機制，確保不同角色的訪問者能夠獲得對應的操作權限。通過這樣的權限管理，智慧型中國樂器博物館后臺的數據的針對性、分層性以及安全性得到了有效保障。

數據分析與訪客統(tǒng)計模塊通過對訪客行為的實時數據分析，后臺生成詳細的用戶畫像和行為路徑，幫助系統(tǒng)了解用戶的偏好、訪問時長、瀏覽頻率等，為智慧型中國樂器博物館的內容優(yōu)化和展品布局提供重要參考。

三、經驗和總結

器以載道、以有形寓無形。樂器不僅是具有精湛材料工藝的物理發(fā)聲工具，更承載著深厚的民族文化、豐富的民風民俗以及精深的音樂藝術。“智慧型中國樂器博物館”是集樂器科普與教育、樂器演奏與教學、樂器材料與工藝、樂器聲學與科技、樂器考古與創(chuàng)新發(fā)展等多元為一體的虛擬空間。

未來幾年，本項目將與樂器博物館（實體）同步建設，互為支撐，協(xié)同發(fā)展虛實一體智慧型中國樂器博物館。在藏品管理、樂器策展、智能提升、服務效能等方面作出積極探索，構建樂器保護、研究、教學、演奏等多功能的虛實融合智慧平臺。

注釋：

① 參見付曉東，黃司祺.博物學、博物館與音樂元宇宙的融合研究——以“智慧型中國樂器博物館”為例[J].樂府新聲（沈陽音樂學院學報），2023，（03）：72-77.

② 參見李佳耕，付曉東.中國傳統(tǒng)打擊樂器演奏虛擬現實交互系統(tǒng)的研究——以編鐘為例[J].演藝科技，2022，（02）：62-69.

作者簡介：黃司祺，圖書館助理研究員付曉東，教授

注：本文為國家社科基金藝術學重點項目《中國古代音樂科學思想的實證性研究》（項目編號24AD010）的階段性成果。