虛擬現實（VR）在智慧博物館中的應用綜述

王春葉

摘 要：文章論述了當前智慧博物館中引入虛擬現實技術的必要性，闡述了國內虛擬現實技術研究現狀，并結合國內外應用該技術的成功案例加以分析。

關鍵詞：智慧博物館;虛擬現實;增強現實

隨著經濟的飛速發展，人們對文化的需求日益增多，國家也越來越重視文化的發展。2013年12月30日，習近平總書記在主持中共中央政治局第十二次集體學習時提出，要系統梳理傳統文化資源，讓收藏在禁宮里的文物、陳列在廣闊大地上的遺產、書寫在古籍里的文字都活起來。要以理服人，以文服人，以德服人，提高對外文化交流水平，完善人文交流機制，創新人文交流方式，綜合運用大眾傳播、群體傳播、人際傳播等多種方式展示中華文化魅力[1]。傳統的展覽方式一般是實物展覽配上展覽說明，這些展陳方式對于非專業人士來說索然無味。如何讓文物、遺產、文字活起來呢？隨著VR、AR、全息投影等技術的發展，將每一件展品放在一個情景里，讓公眾身臨其境，讓展覽變活成為了可能。

1 虛擬現實技術

1.1 虛擬現實的概念

虛擬現實（Virtual Reality，簡稱VR），又稱靈鏡技術，指用計算機技術產生“虛擬”的世界，讓體驗者能夠無限制、自由化地觀看，以獲得體驗的沉浸感[2]。VR技術誕生了20多年，被稱為21世紀計算機領域最新奇、最重要的研究之一[3]。VR技術具有沉浸感、交互感和仿真性。其中沉浸感可以使體驗者通過看、聽、摸、聞、嘗去感受由計算機虛擬產生的場景，體驗者可達到全身心投入如身臨其境的感覺。所謂的交互就是互相交流，交互的主體是人與機器，可產生人與機器的互動，人與機器到機器與人的互動，體驗者通過各種配套設備輸入信息，獲得想要的虛擬環境。仿真是指對現實生活的模擬，利用計算機構造模型去仿照現實世界，生成虛擬世界，VR技術正是讓體驗者感受到真實的虛擬世界[4]。

1.2 增強現實的概念

增強現實（Augmented Reality，簡稱AR）是通過計算機系統提供的信息增強用戶對現實世界感知的技術，在真實的世界里融入虛擬的信息，從而達到超越現實的感官體驗。在視覺化的增強現實中，用戶通過頭戴設備，可以在真實的世界中看到由計算機生成的場景，并且真實的世界和虛擬的場景很好地融合在一起，如同置身于那個環境。通過構造一個特定的場景，給人以身臨其境的感受，達到教育和學習的目的[5]。

AR與VR最大的區別就是，VR所構建的畫面是完全虛擬的世界，體驗者在頭盔內看到的影像全部都是由計算機虛擬的，而AR所構建的情景除了虛擬畫面還有他所在的現實空間。

2 智慧博物館中應用VR、AR的必要性

虛擬現實是科技發展的必然趨勢。21世紀以來，物聯網技術、云計算技術、移動互聯技術、大數據技術、人工智能技術的發展促進了人們對VR、AR技術的研究，應用的行業也越來越廣泛。2016年11月10日，劉延東副總理在聯合國教科文組織國際博物館高級別論壇的主旨發言中明確指出：“要發揮互聯網、大數據、數字化的優勢，建設智慧博物館，讓藏品跨越時空，飛入尋常百姓家。”[6]2016年12月6日，五部委印發《“互聯網+中華文明”三年行動計劃》，提出要鼓勵、支持智慧博物館建設[7]。所謂的智慧博物館建設就是將新技術、新理念應用于博物館的研究管理展示與教育中。

AR、VR等技術在智慧博物館中的應用，可以讓文物活起來，可以讓觀眾不再有地域、時間的限制。隨著觀眾的知識水平與知識結構發生變化、旅游業的持續高溫和觀眾素質提升，人們對博物館的展陳內容、手段及效果都有了更高的要求。虛擬現實多種體驗方式讓觀眾有更好的體驗，讓文物活起來，傳播好中華文明，講好中國故事。

虛擬現實打破了博物館的許多困境，如參展人數控制，游覽時間限制，還有近距離觀察甚至觸摸展品的愿望。實體博物館受到空間的限制可容納的觀眾數有限，而且深度游覽一個博物館需要幾天甚至幾周的時間，這對游客來說都是限制。還有的游客看到某件十分感興趣的物品想實際感受一下它的質地，但出于對文物的保護這顯然是被禁止的。在虛擬博物館中，觀眾可以不受地理位置、時間的限制，通過一定的設備，甚至連觸摸、放大觀察文物都能得到滿足。

3 虛擬現實的研究現狀

虛擬現實是1960年美國提出的概念。當時計算機硬件以及通信技術的不發達導致了虛擬現實技術并沒有流行。20世紀90年代后，隨著科技的進步，虛擬現實技術得到了越來越多的關注。

我國專家對虛擬現實的研究起步較晚，大約是從1992年開始的。在知網中以“虛擬現實”為主題進行搜索，有3萬多條結果，從1992年只有2篇文章到2018年的4350篇，基本呈逐年上升的趨勢。文章類型有對虛擬現實技術的綜述，也有虛擬現實在各行業的應用。代表性的單位有北京航空航天大學、浙江大學、中國科學院、北京理工大學等，這些單位先后成立了虛擬現實重點實驗室。我國虛擬現實技術最早應用在軍事、航空等尖端領域。2014年Oculus Rift頭盔顯示器的研制以及Facebook以20億美元收購Oculus標志著VR的應用開始由高端應用向高端和民用兩個方向發展。這在知網論文統計中也有所體現，2014年開始知網發文量呈直線劇增，2016年更被稱為VR元年。

4 虛擬現實在文博行業中的應用實例

4.1 盧浮宮

盧浮宮推出了在線虛擬參觀，滿足了世界各地的觀眾對盧浮宮的向往。打開盧浮宮的官方網站，安裝免費插件Quick-Time VR（第5或更高版本）即可瀏覽全景。該虛擬展廳有若干種語言版本，網站通過訪問者IP自適應。通過虛擬展廳我們可以瀏覽希臘、伊特魯里亞、羅馬的文物、工藝品、雕塑以及東方文物、埃及文物、素描和版畫八個藏品部門的45個虛擬展廳。我們可以沉浸式欣賞蒙娜麗莎、米羅的維納斯、勝利女神像等鎮館之寶[8]。

4.2 故宮博物院

2008年，北京故宮博物院與IBM公司合作，推出了“超越時空的紫禁城”網上虛擬體驗項目。該項目利用虛擬現實技術建起“虛擬數字故宮”，將故宮中的建筑和文物通過影像采集、數字處理、壓縮技術等制成三維形象，集成高清晰、超寬屏幕和環繞立體聲數字音響，使人們能夠隨意從各種角度觀看和欣賞建筑、文物。普通瀏覽者不用佩戴特殊的眼鏡或傳感手套，只要運用手中的鍵盤和鼠標就能走遍故宮[9]。

通過全景式圖像，游客如同置身于故宮，欣賞世界上規模最大、保存最完整的紫禁城宮殿建筑群。對于重要的文物和建筑都進行了標注和說明，游客可以更加直觀地了解它的用途。在該項目中還設有虛擬游戲，游客可以參與其中，如參加射箭、斗蟋蟀以及古代娛樂項目——圍棋，也可以參觀一些如“皇帝御膳”“宮廷繪畫”的場景[10]。

4.3 首都博物館婦好墓項目

2016年，由北京水晶石數字科技股份有限公司與首都博物館合作的“王后 母親 女將——紀念殷墟婦好墓考古發掘四十周年特展”之墓室復原，參觀者通過佩戴VR眼鏡、手機掃碼，可沉浸式體驗整個墓室空間細節和下葬過程，感受婦好墓的震撼場景[11]。

4.4 倫敦科學博物館

英國倫敦科學博物館開啟了讓蒂姆·皮克（Tim Peake）作向導帶你游覽外太空的虛擬現實體驗項目。蒂姆·皮克（Tim Peake）是歐洲宇航局的第一位英國宇航員，他曾經在國際空間站度過了6個月。體驗者帶上頭盔可以全視角感受作為宇航員在太空中穿梭的經歷。蒂姆·皮克評價該項目時說：“某一個人通過佩戴VR設備體驗我的第一次太空任務，這真得令人驚嘆，科學博物館的游客將體驗非常真實。”足見沉浸感十足[12]。

5 虛擬現實在博物館中的應用

5.1 應用在展覽設計中

博物館具有收藏、保護、展示、研究藏品的功能，展覽可通過運用增強現實、虛擬現實、全息投影等新技術創新展陳方式，讓文物活起來，讓觀眾融入到展覽中，吸引觀眾，達到教育目的。

5.2 社會教育中的應用

使用虛擬現實技術，觀眾通過虛擬現實頭盔，探索文物的歷史變遷，查看博物館藏品的3D掃描圖像，把游客傳送到歷史中，給予公眾更多的沉浸式和交互式體驗。不僅能讓觀眾看到自己想看的東西，還能讓觀眾參與其中，激發其學習興趣。

5.3 文物修復、保護中的應用

對于需要修復、保護的文物，利用虛擬現實技術可以在采集的模型上進行模擬修復，檢驗修復理念和方式，確定修復方案后再進行實際修復，提高文物保護修復的精確度。這對于不可移動文物修復（如古建筑修復）尤為重要。傳統的修復方式需要投入大量的人力、物力，且效率低下，也存在對文物的再次傷害。利用VR技術和高速三維掃描設備，可以快速對需要修復的古建筑建立詳細的立體影像，提供準確的定量分析，建立三維數據庫，保存文物建筑的各種空間關系，為選擇最佳的古建筑修繕保護方案提供視覺和數據方面的直觀依據[13]。

VR技術在智慧博物館中的應用可以按照分步走的模式逐步開展。

第一步，進行相應的硬件設施構建、基礎設施建設，同時著力培養相應人才。虛擬現實的應用對服務器、存儲設備、通信網絡等都有較高的要求，只有在這些軟硬件基礎設施都具備的情況下才可以開展。也可以提升體驗感受，比如構建虛擬化云計算平臺。

第二步，完成藏品的3D數據采集，場館環境虛擬化，構建虛擬化生態場景。博物館建筑、公共場所及基本陳列虛擬化。

第三步，有針對性地挑選展覽虛擬現實。對于傳統展示手法無法表現的可以優先借助于虛擬技術模擬復原、三維動態展示、局部細節放大等手段進行展示。可以較多運用交互式體驗、沉浸式體驗，激發觀眾興趣，達到更好的教育目的。

第四步，待虛擬現實技術消費更加平民化后，設計互動游戲、優化游覽體驗等完善虛擬化。

參考文獻

[1]潘婧瑤.習近平談文物保護工作的三句箴言[EB/OL].http：//politics.people.com.cn/n1/2016/0413/c1001-28273470.html.

[2]孫略.VR、AR與電影[J].北京電影學院學報，2016（3）：13-21.

[3]陸穎雋.虛擬現實技術在數字圖書館的應用研究[D].武漢：武漢大學，2013.

[4]劉慧.VR與AR技術對數字媒體藝術的影響[J].科技傳播，2016（23）：62-63.

[5]徐俊.增強現實（AR）技術在公共圖書館中的應用前景與風險分析[J].大學圖書情報學刊，2018（2）.

[6]劉延東副總理在聯合國教科文組織國際博物館高級別論壇的主旨發言.

[7]五部門聯合印發《“互聯網+中華文明”三年行動計劃》[EB/OL].http：//www.sach.gov.cn/art/2016/12/8/art_722_135614.html.

[8]盧浮宮博物館官方網站[EB/OL].https：//www.louvre.fr/zh.

[9]IBM打造“超越時空的紫禁城”虛擬世界發布[EB/OL].http：//smb.zol.com.cn/109/1090861.html.

[10]超越時空的紫禁城虛擬世界發布[EB/OL].http：//smb.zol.com.cn/topic/1085731.html.

[11]http：//www.capitalmuseum.org.cn/index.htm.

[12]http：//https：//www.sciencemuseum.org.uk/see-and-do/space-descent-vr-tim-peake.

[13]張學慧.從文物保護修復理念看博物館VR技術的應用前景[J].文物世界，2017（5）：65-67.