元宇宙視域下智慧圖書館的創新發展研究

田麗梅 廖 莎

（1.渤海大學 遼寧錦州 121000；2.湖南圖書館 長沙 410011）

1 如火如荼：元宇宙閃亮登場

伴隨著元宇宙概念在全世界持續火爆，一場基于信息（通過5G/6G 傳輸），以及互聯網（Web3.0）、人工智能、VR/AR/MR、區塊鏈等技術的數字信息技術革命沖擊著社會的各行各業。2021 年9 月，清華大學新媒體研究中心發布了《2020—2021 元宇宙發展研究報告》，報告提出新冠疫情加速了社會虛擬化，人類的線上生活由例外變為常態，人類現實生活開始大規模向虛擬世界遷移，2020 年將成為人類社會虛擬化的臨界點，為2021 年成為元宇宙元年做了鋪墊[1]。人們的生活重心不斷地向虛擬世界轉移，元宇宙為人類描畫出未來的數字化生存圖景，即構建一個與現實世界平行的虛擬數字世界。《報告》指出元宇宙是整合多種新技術而產生的新型虛實相融的互聯網應用和社會形態，它基于擴展現實技術提供沉浸式體驗，基于數字孿生技術生成現實世界的鏡像，基于區塊鏈技術搭建經濟體系，將虛擬世界與現實世界在經濟系統、社交系統、身份系統上密切融合，并且允許每個用戶進行內容生產和編輯[2]。聚焦圖書館服務場景，隨著智慧圖書館體系建設的不斷推進，建立圖書館智慧服務和管理架構被提上日程，元宇宙提供的多維度、全感官、沉浸式的人機交互新互聯網形態，為智慧圖書館創新智慧管理場景提供了戰略性的技術支持。

2 去偽存真：何為元宇宙？

2.1 元宇宙概念的“考古”

2021 年被稱為元宇宙元年。2021 年12 月，“元宇宙”相繼被列入由國家語言資源監測與研究中心發布的“2021年度十大網絡用語”，和《咬文嚼字》發布的“2021 十大流行語”中。元宇宙以其超出想象的爆發力，為人類社會實現“智慧 +”提供了革命性的創新路徑。那么該如何理解元宇宙的定義？國內專家眼中的概念是什么？關于“元宇宙”，比較受認可的思想源頭是美國數學家和計算機專家弗諾·文奇在其1981 年出版的小說《真名實姓》中，創造性地構思了一個通過腦機接口進入并獲得感官體驗的虛擬世界[3]。科幻作家尼爾·斯蒂芬森于1992 年在其著作《雪崩》中首次提出元宇宙概念：只要戴上耳機和目鏡，找到一個終端，就可以通過連接進入由計算機模擬的另一個三維現實，每個人都可以在這個與真實世界平行的虛擬空間中擁有自己的分身。這個虛擬空間被認為是“元宇宙”的元定義。著名經濟學家、數字資產研究院學術與技術委員會主席朱嘉明在《元宇宙通證》一書的序言中寫到：“2021 年語境下的‘元宇宙’的內涵已經超越了1992 年《雪崩》中所提到的元宇宙，吸納了信息革命、互聯網革命、人工智能革命，以及VR/AR/MR，特別是游戲引擎在內的虛擬現實技術革命的成果，向人類展現出構建與傳統物理世界平行的全息數字世界的可能性。”[4]北京大學新聞與傳播學院陳剛教授、董浩宇博士在START圖譜發表的同時，回答了什么是元宇宙，即利用科技手段進行鏈接與創造的，與現實世界映射與交互的虛擬世界，具備新型社會體系的數字生活空間[5]。

2.2 元宇宙的屬性特征

對于元宇宙的特征及屬性，現有的研究主要集中在被認為是“元宇宙第一股”的Roblox 公司提出的八大要素：身份、社交、沉浸感、低延遲、多元化、隨時隨地、經濟系統、文明。董浩宇認為，這些元宇宙要素更偏向商業與游戲。2021 年11 月18 日，他與陳剛教授發表了元宇宙特征與屬性START 圖譜，系統地界定了元宇宙的五大特征與屬性，即：社會與空間屬性（Social &Space），科技賦能的超越延伸（Technology Tension），人、機與人工智能共創（Artifical,Machine &AI），真實感與現實映射性（Reality &Reflection）以及交易與流通（Trade &Transaction）。START 也同時映射著元宇宙這五大特征與屬性的英文詞組首字母。該圖譜已完成即時區塊鏈確權，成為國內首次將元宇宙特性的學術研究成果，利用元宇宙特性，通過元宇宙平臺進行發布與同步完成學術成果確權的探索性實踐[5]。

2.3 元宇宙的特質要素

基于以上，我們可以看出元宇宙具備如下主要特質要素：首先，在時空維度上，元宇宙具備時間真實同步但空間虛擬創造的特性，它能夠實現虛擬空間與現實社會的高度互通。在元宇宙世界里，人們可以承載多重身份和價值，根植于現實世界的需求，穿梭在虛擬與現實世界之間。朱嘉明教授利用抽象代數的同態映射和同構模型解析了現實世界與虛擬世界之間存在的對稱和映射關系，即：元宇宙是現實世界R+虛擬世界R’之和。虛擬世界與現實世界相互平行、互相影響[4]。其次，在社交網絡模型中，元宇宙能夠提供豐富的線上社交場景，現實社交關系鏈也許會在虛擬世界發生轉移和重組[6]。尋求同好，知音共鳴，社交是人類生存的本能。在元宇宙世界里，現實世界的人類可憑借其“數字化身份”，體驗基于自身興趣圖譜的沉浸式社交場景，并且通過交流協作建立社交連接，進而強化元宇宙社交屬性。再次，從心流體驗視角分析，元宇宙可憑借5G/6G、VR、AR 等技術實現虛擬現實場景顯現，給用戶帶來感官上的沉浸式體驗。心流理論最早由美國心理學家米哈里·契克森米哈賴于1975 年提出，用于描述人全身心地投入某種活動，不受周圍環境等其他因素影響，并達到一種極致愉悅的心理狀態[7]。元宇宙世界中，用戶完成交互行為需要高技能支撐，沉浸式虛實共生界面、高度進化的通用人工智能以及去中心化互信生產關系讓用戶真正地感受元宇宙矩陣所帶來的沉浸體驗。最后，從概念的本質來看，元宇宙應用最大的潛在領域是教育，朱嘉明教授在接受中新經緯客戶端專訪時提出：人類進入到“生活就是學習，學習就是生活”的歷史階段，學習變成了終身的、全天候的內容。“university”和“metaverse”都是“universe”的衍生詞，大學建立的初衷是為了讓人們得到全面的教育，而元宇宙能夠為人們提供學習所需的技術基礎，由此元宇宙與教育之間有著緊密的關聯[8]。2021 年12 月14 日，“元宇宙教育實驗室”在中關村互聯網教育創新中心正式成立，來自學術界、產業界、媒體界的專家學者齊聚一堂，共同探討元宇宙時代的教育未來，見證“元宇宙＋教育”理念探索起步的創新時刻。元宇宙教育實驗室的成立旨在探索元宇宙與教育創新的結合，基于中關村和海淀區高精特新的創新基因和豐富的科研資源，推動元宇宙教育應用落地發展，與教育行業的各方力量一道，尋找實現教育資源普惠及推動教育公平的解決路徑，進而促進資源聚合共享，推動元宇宙教育在更多教育場域落地實踐[9]。

3 追根溯源：元宇宙與圖書館的歷史因緣

近來，元宇宙成為科技領域最火爆的概念之一，但在圖書館領域，這一概念還略顯生疏。透過現象看本質，元宇宙被概括為虛擬現實/增強現實（VR/AR）、區塊鏈、云計算、數字孿生等新技術的概念具化，是一個經典概念的重生。這樣一來，我們就能夠把圖書館的進化發展與元宇宙技術關聯起來。元宇宙旨在打破現實與虛擬的邊界，為用戶打造沉浸式體驗。應用到圖書館場景可解釋為圖書館利用智能技術構建可視化和立體化的虛擬服務環境，為用戶打造數字化、全息互動、深度沉浸的交流平臺。

據統計，較早明確提出虛擬圖書館概念的是大英圖書館外借部計算機與數據通信工作組負責人哈利（A.J.Harley）。1980 年，他在英國倫敦召開的 Aslib/IIS/LA聯合會議上發表了一篇名為《走向虛擬圖書館》（Towards the Virtual Library）的論文，其中對虛擬圖書館的描述為：“虛擬圖書館是用戶通過計算機信息檢索技術，可以迅速獲取比實際信息量大得多的信息集合。”[10]隨著以 Second Life（第二生命）為代表的虛擬世界蓬勃發展，圖書館行業也不甘落后，積極投身于在虛擬世界中建立自己的虛擬館。2006 年4 月，聯盟圖書館系統在 Second Life 中租用了一個小建筑物，建立了一個小型圖書館，用于探索虛擬世界中的圖書館服務[11]。麥克馬斯特大學圖書館于2006 年在Cybrary City 信息島中建立本校的虛擬圖書館，成為高校圖書館在Second Life 中的探索先驅[12]。哈佛大學、斯坦福大學、都柏林大學、伯克利大學等世界知名學府相繼在由聯盟圖書館系統（Alliance Library System,ALS）與聯機圖書館活動（Online Programming for All Libraries,OPAL）合作在Second Life 上建成的Cybrary City 信息島中設立分館[13]。2007 年1 月Sirsi Dynix 在美國圖書館協會仲冬會議上宣布將贊助聯盟圖書館系統的SL（Second Life）計劃——“信息島”及“青少年信息島”[14]。2009 年9 月25日，香港理工大學率先在中國建立了國內首個虛擬大學校園，該校的包玉剛圖書館也被搬進了虛擬世界，成為國內第一個建成的虛擬圖書館[15]。由此看來，圖書館與元宇宙的前身Second Life 早已產生交集。隨著虛擬現實和增強現實技術的快速發展，越來越多的圖書館積極投身于研究和探索VR/AR、人工智能以及數字孿生等技術在圖書館服務中的應用，為圖書館服務融入元宇宙奠定了理論實踐基礎。當前，以數字孿生、人工智能、虛擬現實、區塊鏈等為核心的新一代信息技術層出不窮，催生了圖書館服務向數字化、智能化、智慧化轉型的新模式，在技術演進和用戶需求的雙重驅動下，元宇宙集成和融合了全部的數字技術、數據中心和智能算力，為智慧圖書館的創新發展注入了新動力。綜上，元宇宙的前世今生對圖書館事業的發展產生了變革的影響，未來，圖書館界應關注元宇宙技術的實踐開發，為用戶打造具有數字化、網絡化、智能化、泛在化、可視化特征的智慧圖書館。

4 互學互鑒：元宇宙與智慧圖書館融合的機遇與挑戰

信息技術迭代發展，以物聯網、云計算、虛擬現實等科技感十足的新一代科技理念潤物無聲地改變著人們的生產和生活。圖書館也不例外，計算機的出現促進了傳統圖書館向現代圖書館的轉變，互聯網的發展促進了現代圖書館向數字圖書館的轉變，物聯網的發展、智慧化設備的普及以及大數據時代的到來讓智慧圖書館從理想變為現實，圖書館每一次形態的變革都離不開信息技術的驅動[16]。2020年突如其來的新冠疫情將人類社會推向虛擬化的臨界點，人們的線上生活從例外變為常態。恰逢其時，元宇宙集合了全新的數字技術為人類社會孿生出一個平行于物理空間的數字世界，種種變局為智慧圖書館的創新發展帶來了機遇與挑戰。

4.1 基于元宇宙的智慧圖書館發展機遇展望

4.1.1 打破空間限制，實現虛實共生

圖書館是一個不斷生長著的有機體，隨著時間的推移，其實體空間已經告急，加之讀者的多媒體閱讀需求，以數字信息技術為依托的虛擬空間建設成為智慧圖書館發展的必然趨勢。智慧圖書館節能低碳的綠色構建需求為元宇宙的進駐提供了展示的平臺，元宇宙憑借智能、綠色的發展理念，借由VR/AR 之力可為圖書館打造出讓用戶感受視覺沉浸與人工智能無縫交融的虛擬空間形態，助力智慧圖書館實現虛實共生、開放互聯的感知服務體驗。

4.1.2 消除信息鴻溝，促進數字包容

《公共圖書館服務發展指南》中提出：盡管信息技術發展迅速，但是世界上大多數人卻無法企及，信息富有和信息貧困的鴻溝繼續加大。公共圖書館非常重要的作用之一就是通過向公眾提供因特網的使用和傳統載體的信息來消除這個鴻溝[17]。由此看來，消除信息鴻溝，促進數字包容是建設智慧圖書館不可回避的問題。隨著技術智慧的迭代發展，信息設施發展不平衡，讀者數字素養層次分明。在此背景下，圖書館迫切需要依托智慧互聯手段，擴大知識服務覆蓋范圍，實現讓任何人群在任何時間和任何地點享用任何資源的夙愿。元宇宙作為新一代信息技術的集合體，利用5G 網絡和人工智能助力智慧圖書館的規模化場景應用建設，借助強大的算力進行智能挖掘和語義關聯，形成智慧化知識圖譜，為用戶營造虛實結合、動態交互、沉浸體驗的知識獲取與交流環境[18]。元宇宙圍繞區塊鏈技術倡導“去中心化”理念，強調資源的共享共創，其宗旨是消除主體間的數字鴻溝，促進數字包容，進而實現“讀者—知識—圖書館—時間—空間”的全息立體互聯互通[19]。此外，元宇宙還可以幫助實體圖書館解決文獻資源數字化、數字文獻資產確權以及提高數字原生人群對圖書館的黏性等諸多問題，為智慧圖書館的創新發展添柴加薪[20]。

4.2 元宇宙環境下智慧圖書館發展面臨的挑戰

凡事都有兩面性，元宇宙給智慧圖書館的建設帶來了發展機遇，但圖書館的智慧服務建立在大數據及互聯網技術的基礎之上，萬物互聯、大數據驅動，虛擬與現實交織融合迫使智慧圖書館聚焦網絡數字安全保護問題。即使元宇宙是數字化技術成熟發展到高級階段的產物，但網絡安全與數字安全問題仍不可回避，北京大學互聯網發展中心主任田麗在發布《中國大安全感知報告（2021）》時指出：公眾對于安全的體感正在從傳統的食品安全、出行安全、校園安全向人工智能安全、大數據安全、元宇宙安全等非傳統安全領域延伸[21]。此外，在知識產權層面，元宇宙的原創產品的著作權和交易體制彼此分離，面臨侵權風險[22]。

5 相得益彰：元宇宙視域下智慧圖書館創新發展路徑

如果說智能設備是建設智慧圖書館的重要手段，那么信息技術則是賦予圖書館智慧靈魂的動力源泉。元宇宙聚合多元技術手段，打造沉浸式體驗創新發展新形態，實現真實觸感的物理世界與虛實互動的感知世界高度融合。基于元宇宙技術的智慧圖書館在創新發展的道路上必將迎來轉段升級的躍升奇點。

5.1 元宇宙借助數字孿生和虛擬現實為智慧圖書館發展提供全景式新場域

數字孿生（Digital Twin，DT）作為元宇宙的核心技術之一，是實現物理世界與虛擬世界實時互動的重要技術。智慧圖書館融合數字孿生與虛擬現實/增強現實（VR/AR），以物理圖書館為映射對象，在虛擬空間中構建與物理實體進行實時雙向映射的DT 模型，實現對圖書館物理動態的全息仿真與監測管控，進而重塑智慧圖書館的場景應用格局。

5.1.1 虛實共生：提升智慧圖書館空間服務能力

元宇宙環境中的圖書館依托數字孿生技術生成生態空間的鏡像，營造虛實共生的智慧圖書館特性，以取之于現實物理空間的三維全景鏡像為背景，依托增強讀者用戶感知體驗的智能交互設備，生成融合情境預設與動態建模的服務場域，打造全息圖書館孿生空間，為讀者用戶提供沉浸式具身體驗。簡言之，智慧圖書館利用數字孿生技術以數字化方式創建實體圖書館各個場景要素的虛擬映射，借助多元數據和算法模型實現線上、線下數據流通的智慧孿生圖書館空間，進而為用戶提供全要素表達、全過程呈現、全周期可溯的虛擬漫游、沉浸閱讀、VR 導航等虛擬服務。用戶以元宇宙概念中的數字人身份遠程漫游于孿生的虛擬圖書館空間內，可隨意翻看館藏資源實現沉浸閱讀，借助虛擬現實裝備感受具身游覽般的真實體驗；數字人之間可互動交流，參與線上活動，進而實現社群效應和圖書館服務推廣的裂變效應，提升智慧圖書館空間服務能力。

5.1.2 數據賦能：提升智慧圖書館精準服務能力

數據資源是構建圖書館智慧服務的基礎。圖書館精準的智慧服務離不開用戶的各類數據資源，智慧圖書館可利用智能監測與數據挖掘技術采集用戶動態孿生數據資源，通過對用戶的運行軌跡進行宏觀認知和微觀體察，結合算法模型對數據進行自動分析和規律獲取，模擬規律仿真推演出用戶潛在知識服務需求，并形成個體數據集映射到圖書館虛擬空間內，同時嵌入匹配用戶畫像的定制網頁推薦提醒功能，實現資源服務與用戶需求的智能耦合，進而提升智慧圖書館精準服務能力。

5.2 元宇宙借助人工智能為智慧圖書館發展提供智能化新動力

如果說數字孿生為元宇宙圖書館創造出虛擬化身，那么人工智能則是元宇宙圖書館的最強大腦。元宇宙借助大數據人工智能技術能夠為智慧圖書館發展提供強大的智能化支撐。

5.2.1 智能感知：提升智慧圖書館公共文化服務能力

智能感知是人工智能技術的重要組成部分，機器具備了視覺、聽覺、觸覺等感知能力，可將多元數據結構化，并用人類熟悉的方式去溝通和互動[23]。將智慧圖書館賦予感知能力是提升服務效率的動力源泉。智慧圖書館依托萬物互聯之勢搭建智能平臺，實現資源、管理與服務的全方位感知。元宇宙環境下，資源和數據多元且龐雜，智慧圖書館依托人工智能搭建智能感知平臺，將散點的數據融合化，利用周密的算力體系對感知數據進行分析處理，進而提高智慧圖書館服務用戶的精準度。

5.2.2 認知智能：打造智慧圖書館沉浸式體驗服務的巔峰

達摩院2020 十大科技趨勢中提到：人工智能在“聽、說、看”等感知智能領域已經達到或超越了人類水準，認知智能將從認知心理學、腦科學及人類社會歷史中汲取靈感，并結合跨領域知識圖譜、因果推理、持續學習等技術，實現從感知智能到認知智能的關鍵突破[24]。在數字技術和用戶需求的雙重驅動下，圖書館界在認知智能提升智慧服務方面已經做了大量探索。初景利等在界定智慧圖書館定義時認為：智慧圖書館應該是通過人機交互的耦合方式致力于實現知識服務的高級圖書館形態[25]。智慧圖書館在認知智能技術的加持下，通過引入自然語言理解、物聯網及5G 通信等技術，將實現人與機器人交互共生的發展格局，用機器人的技術智慧，提升公共文化服務的“智商”和“情商”，跨越人機交互之間的“技術鴻溝”，進而提升數字化應用場景中讀者使用資源的便捷性[26]。隨著元宇宙概念的提出，腦機交互將成為下一代人機交互的主流方式。元宇宙需要沉浸感，腦機交互以采集人腦的腦電波信號的方式實現對虛擬場景的指揮，能產生更好的體驗感[27]。未來智慧圖書館將借助腦機交互技術為用戶提供一個沉浸體驗、具身交互的虛擬現實深度融合系統，讓用戶利用海量資源和技術工具實現“可見即可感知”“可想即可嘗試”的愿望，徹底打破現實與虛擬之間的壁壘，讓用戶真正地感受智慧圖書館沉浸式體驗服務的巔峰[28]。

5.3 元宇宙借助區塊鏈為智慧圖書館發展搭建安全可靠的信息共享通道

如果說數字孿生的擬真和人工智能的同步讓元宇宙的沉浸式體驗錦上添花，那么區塊鏈得天獨厚的安全機制將為元宇宙可信、有序的生態發展保駕護航。2021 年，區塊鏈被納入國家“十四五”規劃，該技術在數字產業化和產業數字化過程中發揮著重要作用。元宇宙借助區塊鏈賦能智慧圖書館創新發展，以保證數據和資源可信共享為基礎，為用戶提供安全可靠的生態服務環境。

5.3.1 可信共享：助力全民閱讀蓬勃發展

從2014 年至2021 年，全民閱讀已連續八年被寫入政府工作報告。區塊鏈技術的引入，必將為全民閱讀服務體系提供不可估量的技術支撐。區塊鏈以其天然的去中心化、分布式記賬和不易被篡改等特征，有效地解決了閱讀行為中參與度低和碎片化等問題。利用去中心化的區塊鏈技術對館藏資源進行分布式存儲，將數據資源散布到用戶可以任意獲取的信息節點上，運用不可篡改和共識機制構建一條安全可靠的信息通道，基于區塊鏈技術構建館藏資源系統的智慧圖書館，都可以被視為其中一個節點，運用P2P、共識機制及智能合約技術，推動節點之間的數據資源共享，能夠有效地破除“信息孤島”壁壘，促進信息的傳播與共享，進而為全民閱讀提供充足的精神食糧[29]。同時智慧圖書館利用分布式記賬技術將用戶的閱讀軌跡完整地封裝上鏈，建立分布式個性化閱讀標簽，通過可追溯特征形成廣泛的智權保護追蹤鑒證機制，激發用戶的參與熱情，助力全民閱讀蓬勃發展[30]。

5.3.2 完善監管：營造良好的數字生態環境

解決數字確權問題是賦能建立數字生態的前提。元宇宙以區塊鏈技術為底座，利用哈希算法對數字作品進行身份認證，同時借助非對稱加密技術確立數字作品與生產者之間的對應關系，用戶利用私鑰進行電子簽名，并通過共識機制進行約束以確保數字產品的電子身份不被篡改，完成數字資源在區塊鏈的確權。區塊鏈見證了數字資源的生產和交易管理的全過程，能夠有效地建立數字身份監管體系，實現數據的確權與可信共享，進而營造良好的數字生態環境[31]。

6 未來可期：助推公共文化服務數字化轉型

技術的發展是人類文明進化的動力。2021 年9 月26日，國家主席習近平在致2021 年世界互聯網大會烏鎮峰會的賀信中提出：數字技術正以新理念、新業態、新模式全面融入人類經濟、政治、文化、社會、生態文明建設各領域和全過程，給人類生產生活帶來廣泛而深刻的影響[32]。數字技術的快速發展使人類文明更上一層樓，以數字技術為基座的元宇宙將推動人類文明邁向新臺階。面對數字文明發展趨勢，智慧圖書館應順勢而為，以元宇宙底層技術為推手，以全國智慧圖書館體系建設項目和公共文化云項目為引領，推動公共文化數字化、網絡化、智能化發展取得新突破[33]。