數字化語境下元宇宙在博物館中應用

張 晴

（中國藝術科技研究所，北京 100007）

一、元宇宙及虛擬現實技術

什么是元宇宙？不同的視角有著不同的理解。從科幻和科學的視角，“元宇宙”更像游戲，物理空間的增強現實與虛擬空間的永久融合。第一階段從Game1.0 單機游戲時代，被嚴格設定在規則的新世界中進行游戲，玩家之間不產生任何的互動；第二階段Game2.0 網絡游戲時代，加入了社交的屬性，可實現小范圍的交互。此時的通信網絡和技術還不能承載太多人進行實時互動；第三階段Game3.0 游戲時代，技術有所發展但是只能做小范圍的互動和簡單交互；第四階段多人實時在線、可交互的元宇宙時代，可以承載同一空間內實時在線沉浸式體驗畫面效果、實現復雜的交互，當然這需要海量算力、算法支持。游戲是內容與現實世界脫節，而元宇宙時代是將用戶從體驗者變成內容的生產者，用戶有極高的自主性，自主性是元宇宙與游戲的本質區別。元宇宙中數字孿生是完全忠實反應現實世界（仿真世界）。

元宇宙帶來的是返祖現象，所謂“返祖”不是返農民，是返到農民之前。我們今天的認知結構是被馴化的結果，所以我們今天的認知結構是定數崇拜，萬物有定數是人的幻象。人類社會可以用三個字概括，第一個是“喊”，第二個是“寫”，第三個是“感”感覺感知。“農民”之前是靠喊，必須在場，用哲學術語叫“親在”。“感”超越了“寫”，主要是圖象思維。工業社會以后，很多事情不需要我們親自做了，亞當·斯密的分工理論告訴我們，我們不需要親自播種、親自紡紗織布，這是分工帶來的好處。元宇宙給我們提出來的問題就是我們可能出讓哪些東西不再需要親自去做。“元宇宙”實際上是六根感官重塑，就是重塑“眼耳鼻身舌意”，它的中心概念包括虛擬現實。馬克·扎克伯格在Facebook 改名Meta 時說“我們超越了今天，超越了屏幕的限制，超越了距離和物理的限制，走向了一個每個人都可以彼此在場、創造新機會和體驗新事物的未來。VR/AR 將會超越智能手機和個人電腦，成為下一代主流計算平臺。”

著名科學家錢學森把虛擬現實引擎 （virtual realityeng ineering）翻譯為“靈境技術”，以詩意的形式與之呼應。錢老在1994 年寫給戴汝為、汪成為、錢學敏的一封信中，他說：“靈境技術是繼計算機革命之后又一項革命性技術。它將引發一系列震撼全世界的變革。一定是人類歷史中的大事。”

中國工程院院士、阿里云創始人王堅認為“虛擬現實的物理學是‘心理學’。虛擬現實為人類打開一個新的世界，其最基本的道理都體現在心理學上，因為心理學是研究人的行為和心理活動的學科，其兩個核心是“心知”和“行為”，人的心知可以通過行為來進行分析研究。”克服困擾VR 的眩暈等諸多不適問題，虛擬現實技術的頭顯核心技術正在逐漸成熟，更高分辨率，更高刷新率的顯示圖像元，更高處理能力的專用芯片在快速迭代。人類真正本源的映射和呈現世界的方式，需要更本源的研究，更接近人的感知方式的技術。

人的體驗感是虛擬現實技術的核心。虛擬現實技術（VR）突破物理空間限制，實現無窮想像的數字交互空間，它更像是一個問題而不是一種技術描述，沒有限定實現的技術手段。VR/AR 作為新一代改變信息系統的形式，它是既電影屏幕、電視屏幕、移動屏幕的第四代VR、AR 屏，無屏之屏。人們在虛擬環境中工作、社交、娛樂、受教育，以真實世界為藍本，在增強視野中協同工作、交流。從人機“交互”到人機“共生”。“人與機器的界限不斷縮水，技術正在以前所未有的速度融入到生活的各個場景和方面。”

目前虛擬現實技術主要由程序設計者創造的虛擬現實環境來決定著用戶的反應，VR 大部分還處于低級別低智能時期。但是隨著虛擬現實技術不斷進步，人工智能技術的不斷提升，兩者結合出現類人智能體，與真實世界的人真假難辨，甚至比人類更“完美”的“數字人”，代替真實的人與用戶實現所有的交流。從基礎智能邁向高級智能，進入智能化的虛擬世界。基于大數據和互聯網數據的積累，使用VR 系統完成多人協同性交互成為主流，程式化VR 的個體構建到群體構建，虛擬現實演進為虛擬世界。

“VR 設備是初級元宇宙核心硬件載體，隨著VR設備逐步滿足經濟性、舒適性、沉浸性、互通性等需求，其硬件形態也將從目前的PC 機、一體機逐步往純頭顯（無手柄）以及云VR 方向演進”，解決Cloud VR 終端的無線化就能實現VR 的普及。

二、數字化時代的博物館業態

“博物館是為社會服務的非營利性常設機構，它研究、收藏、保護、闡釋和展示物質與非物質遺產。向公眾開放，具有可及性和包容性，博物館促進多樣性和可持續性。博物館以符合道德且專業的方式進行運營和交流，并在社區的參與下，為教育、欣賞、深思和知識共享提供多種體驗。”“無論在任何場景下，以任何形式出現，都是靠集合時空的‘碎片’事物編織出一個烏托邦幻境，來幫助人突破‘此時此地’的精神囚徒困境。”博物館是元宇宙應用的好地方好場景，元宇宙既有現實世界的數字化復制物，也有虛擬世界的創造物。結合文物產生的時空環境、文化生態、生活習俗等背景資料，再現文物時空場景接近人性和真實的全感官，營造全新的沉浸式體驗。擴展了展陳維度，使展示更為生動。具身在場的體驗感配合技術手段使用，產生不同尋常的視覺體驗。

“云端”、數字化轉型為博物館提供了新的發展機遇，各大博物館紛紛開展線上觀展。我國的博物館與時俱進，積極主動參與構建元宇宙，推動文化新業態的形成。

2021 年，中宣部、科技部、文旅部、國家文物局等中央9 部門聯合發布《關于推進博物館改革發展的指導意見》中提出了“加強博物館資源整合與協同創新。”2022 年5 月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發的《關于推進實施國家文化數字化戰略的意見》指出，“鼓勵各種藝術樣式運用數字化手段創新表現形態、豐富數字內容。培育以文化體驗為主要特征的文化新形態，創新呈現方式，推動中華文化瑰寶活起來。”“到2035年，建成物理分布、邏輯關聯、快速鏈接、高效搜索、全民共享、優秀創新成果享譽海內外。”從政策上指明了博物館發展方向。在5G 和數字技術引領的新時代背景下，博物館建設結合時代技術和新理念，為文化遺產開拓更為廣闊的空間和前景，為文物工作開創新局面。

（一）文物信息采集技術的更新

2018 年巴黎圣母院火災的消息震驚了全世界，值得慶幸的是巴黎圣母院之前進行了文物采集，可見文物信息采集與保存的重要性。激光三維信息掃描是一個全新、全面測繪、全信息的采集方式，激光三維信息采集設備在文物領域的應用大大提升了文物信息采集的信息量和覆蓋率，即“所見即所得”。

不同的文物對象使用的掃描儀類型也不同。站式激光三維掃描儀適用于高大建筑物和建筑群；背包式和車載式適合大場景；手持式適合碑刻和小型的可移動文物采集，近景攝影測量適合壁畫、彩畫、書畫等色彩信息強的文物和需要高清材質的文物。無人機及無人機攜帶激光雷達適用于空中采集。每一種設備技術各有優缺，相互配合著使用。對一組不可移動文物的信息采集需要兩到三種設備的相互配合才能完成。對文物信息的采集不但要選設備種類，而且根據文物類型、區位、結構特征等還要設計相應型號、精度的設備以及每一種設備具體配合作業方案和后期軟件的可承受能力。除此以外還有Noitom 系列為代表的慣性動作捕捉設備，為文物展示提供了更大空間和可能性。3D 打印機在文物的修復和仿真復制提供無限可能。3R（虛擬現實VR、增強現實AR、混合現實MR）在5G 的加持下，可以改變社會技術，對文物保護、闡釋、展示具有重要意義。（圖1）

圖1 五臺山龍泉寺牌樓激光三維掃描后3D 打印的部分樣品

（二）元宇宙助力博物館的發展

“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。就技術角度，擴展現實技術提供沉浸式體驗；數字孿生生成現實世界的鏡像；區塊鏈搭建分布式的經濟體系。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。元宇宙利用科技手段進行鏈接與創造實現現實世界的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”。隨著元宇宙技術的加速發展，博物館與新技術的進一步結合，呈現出新的模式和思路，虛擬空間中的博物館以全新的面貌重現在大眾面前。元宇宙的交互技術，通過計算機將現實與虛擬相結合，打造一個人機交互的虛擬環境，為人們提供沉浸式體驗。軟件交互有虛擬主機、VR/AR、觸覺、AI 計算實體等。元宇宙的數字孿生，生成現實世界的鏡像，構建三維的虛擬世界。元宇宙的區塊鏈，為元宇宙提供了一套經濟運行規則和構建數字資產。5G/6G 等通訊技術為元宇宙提供通信保障，承載高寬帶，實現低延遲高效的數據傳輸。計算中心滿足元宇宙對信息處理的巨量計算需求。邊緣計算、云計算等計算技術實現高效分配算力。元宇宙時代，人工智能（AI）可以代替人發揮一些關鍵生產要素的作用。

（三）元宇宙對物質與非物質遺產的作用

非物質遺產需要更多的人參與，社會化傳承。“元宇宙”提供了便捷手段和途徑，為非遺傳承提供永續載體與安全選擇。“元宇宙”可以充分滿足物質與非物質遺產的單一、唯一性的“全過程”體驗，包括文化遺產的物件、手工藝品、表演節目、民俗活動等等的設計、生產加工、互動、傳播等方面的需求。“元宇宙”為非遺融入大眾生活、時代進行保護，為構建都市、街區形態的文化生態提供了虛擬現實交互形態的可研對象和可行方案。現實實體是虛擬世界（元宇宙）的基礎，物質與非物質遺產文化為元宇宙提供了優良內容和文化精神。

（四）數字藏品NFT

數字藏品NFT（Non—Fungible Token）」是一種非同質數字資產，其所有權被記錄在區塊鏈上。中文的翻譯為非同質化代幣,具有不可替代、不可分割、獨一無二等特點。NFT 的出現，在某種程度上解決了傳統藝術領域的防偽難題，NFT 藝術品所有權和流通過程均被永久、去中心化地記錄在區塊鏈上。可以理解為一種“虛擬資產或實物資產的數字所有權證書”。NFT其實是結合區塊鏈技術+元宇宙概念所形成的一種虛擬“商品”。GUCCI 基于XR、VR 技術，建立起虛擬的穿戴體驗，實現了品牌與用戶之間的互動，推出了首款數字虛擬球鞋Gucci Virtual 25（圖2）。為弘揚中華文明傳播敦煌文化，央數藏推出“夢回敦煌，神鹿為伴”敦煌神鹿呦呦系列數字藏品并以發售（圖3）。

圖2 首款數字虛擬球鞋Gucci Virtual 25

圖3 “敦煌神鹿呦呦3 號藏品”

三、結語

元宇宙應用還處在發展期，元宇宙博物館設計要考慮在技術、設計、標準等多方面的挑戰。前端應用方面內容應用之間的互通互聯，顯示方面三維展方式與視覺疲勞、聽覺再現，交互方面多模態交互的準確性，后端系統方面，元宇宙內容的創建、充實、共享，平臺的互聯互通等等。功能方面，平衡用戶和博物館的需求，數字藏品的價值。社會層面，信息安全、知識產權、個人信息保護、標準競爭、經濟競爭等方面。總之，元宇宙博物館應用是一個面向用戶的交互系統，設計需要考慮用戶，采用“以人為本”的設計手段，達到有用、好用、易用的目的。設計在技術創新的同時，要重點考慮用戶的認知、社交、學習特性，也需要注意元宇宙應用對用戶和社會的潛在負面影響。