基于虛擬現實技術的數字博物館建設研究

鄒超榮

（長沙民政職業技術學院，湖南 長沙 410004）

0 引 言

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

1 虛擬現實的關鍵技術

虛擬現實技術是近眼顯示、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）、大數據（big data）、區塊鏈（Blockchain）等新一代信息技術的發展，推動了虛擬現實技術與新一代信息技術的深度融合[1]。虛擬現實的關鍵技術包括近眼顯示、渲染處理、感知交互、網絡傳輸、內容生產、編碼壓縮以及安全可信等。隨著虛擬現實相關產業的發展，全產業鏈條供給能力不斷提升。在關鍵器件方面，虛擬現實專用處理芯片、4K新型微顯示器件、驅動芯片等關鍵器件發展迅速。在終端外設方面，一體式、分體式、車載式、云化終端虛擬現實設備發展迅速，裸眼觀看、沉浸式還音視音頻系統裝置得以發展，3D化、實時性、多任務虛擬現實操作系統研發生產能力大幅度提升。在業務運營平臺方面，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實線上服務平臺成為重要發展趨勢。在內容生產工具方面，三維場景編輯器、虛擬現實視頻融合制播、3D超高清全景攝像機、三維掃描儀、動作捕捉外設等生產工具保障了虛擬現實內容制作質量。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 數字博物館發展現狀

2.1 數字博物館行業發展現狀

我國博物館數量在不斷地增長，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展。人工智能、大數據、交互技術等新一代信息技術的發展，為數字博物館發展提供了技術支持。以技術驅動、創新變革為動力，推動數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展，數字博物館迎來快速發展期，越來越多的實體博物館開始進行數字博物館建設。數字博物館還向數字文物影像展覽、藏品征集、藏品保管、藏品保護、展覽活動、專業研究及教育傳播等領域拓展。數字博物館建設過程中，以河南省、浙江省、廣東省為代表，其數字博物館建設走在全國前列。數字博物館依托物聯網、云計算、交互技術以及人工智能等技術，實現人機物的互聯，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 數字博物館應用現狀

國內外數字博物館應用都有自己的特點。國外數字博物館建設發展歷史較長，在虛擬內容、互動展示、三維特效等方面有值得借鑒的經驗。以紐約大都會藝術博物館為例，其博物館主頁設計、展出內容簡潔，實現與實體博物館的高度關聯，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，其數字博物館開設了在線虛擬游覽模塊，體驗者可根據自己的需求，自由選擇游覽視角和游覽區域，開展虛擬游覽活動。系統配備多種語言的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字博物館，獲得沉浸式、交互式觀展體驗。此外，法國盧浮宮數字博物館還設有導航欄，包括導覽圖、團體參觀、玩轉盧浮宮、專題參觀路線、鎮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。從國外數字博物館的應用現狀來看，其頁面設計普遍簡潔，表現方式靈活多樣，并且運用虛擬現實、人工智能、物聯網等技術實現博物館的全方位、多角度數字化展示，增加交互、趣味活動，使參觀者能夠身臨其境地游覽數字博物館[4]。

經過多年的發展，國內數字博物館的應用也已十分成熟，在個別領域已經達到世界前列。以中國國家博物館為例，其數字博物館建設采用、文字、圖片、視頻的形式，實現與觀眾的線上互動，同時推出線上展廳，觀眾通過互聯網、App實現線上游覽博物館。以北京故宮博物館為例，其數字博物館主頁主要介紹博物館情況，設置數字資料館板塊，可以查閱博物館相關內容。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，其在數字博物館的建設過程中充分運用虛擬現實技術、三維展示技術等，為用戶提供三維虛擬場景游覽、藏品展示參觀等內容。以中國科普博覽館為例，其是我國最早使用虛擬現實技術的博物館，通過虛擬現實技術、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。國內博物館充分利用虛擬現實的相關技術與設備，開展與博物館相關的特色主題展覽、將現實的博物館文物以立體性、交互性的方式進行數字化呈現，不斷提升博物館展品、建筑的修復與展覽水平[5]。

3 基于虛擬現實技術的數字博物館建設策略

3.1 虛擬現實技術在數字博物館建設中的優勢

虛擬現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勢。傳遞多元化是指，基于虛擬現實技術的數字博物館與實體博物館相比，解決了實體博物館場館環境、技術設施、文物條件自身等因素影響的展示限制問題。依托虛擬現實技術，構建數字資源平臺，能夠將難以展示的文物、建筑等虛擬化，完整地呈現給游覽者。互動性增強是指，基于虛擬現實技術的數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，可通過官方網站、App、公眾號等渠道反饋自己對數字博物館的意見和建議，實現數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，基于虛擬現實技術的數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、App、微信等平臺隨時隨地地游覽數字博物館，足不出戶，游覽到世界各地的數字博物館。

3.2 基于虛擬現實技術的數字博物館建設架構

基于虛擬現實技術的數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，在虛擬現實技術基礎上，融合人工智能、大數據、云計算等信息技術，使數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，包括數據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、網站及微信小程序。

圖1 基于虛擬現實技術的數字博物館建設架構

3.3 基于虛擬現實技術的數字博物館建設內容

1套基礎設施包括基于虛擬現實的網絡傳輸技術，5G、千兆寬帶等對虛擬現實的適配，使數字博物館具備構建全場景實時寬帶通信能力。基于虛擬現實的編碼壓縮、內容生產、感知交互技術為數字博物館建設提供了超高清攝像頭、傳感終端等物聯網設備，基于虛擬現實的安全可信技術為數字博物館提供安全、安防、環境感知等保障。

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。虛擬現實技術在關鍵器件、終端外設、業務運營平臺、內容生產工具、專業信息基礎設施的全鏈條供給能力大幅度提升，為數字博物館支撐體系建設提供了技術與設備支持。例如，虛擬現實業務運營平臺保障數字博物館運營體系的云化虛擬現實線上服務平臺、增強現實運營平臺建設。

2個平臺包括數據管理平臺和應用支撐平臺。數據管理平臺基于虛擬現實與大數據技術的融合應用，實現基礎支撐、數據采集、數據治理、數據共享與開放等功能。應用支撐平臺基于虛擬現實與網絡傳輸、內容生產、壓縮編碼等關鍵技術的融合應用，實現流程審批、消息服務、統一用戶及權限管理、統一信息發布等功能。

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、文物環境保護等方面發揮著關鍵性的作用，提升數字博物館在視覺、聽覺、觸覺等方面的交互性與沉浸感。基于虛擬現實+大數據+人工智能+云計算的技術融合，能夠提升數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、網站以及微信小程序。通過這三個展示渠道，用戶可了解數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字博物館對外發布新聞資訊、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實技術的支持，通過全息幻影成像、VR/AR/XR虛擬現實、裸眼3D投影、沉浸式環境交互、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一，可提升數字博物館的沉浸感、交互性以及智能化水平。

4 結 語

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