數字孿生賦能的智慧圖書館虛擬閱讀空間構建研究

摘要：數字孿生技術為智慧圖書館空間的構建提供了全新的視野。文章闡述了數字孿生技術相關概念及內涵，分析了數字孿生技術驅動的智慧圖書館閱讀空間變革。重點從邊緣端孿生空間、霧端孿生空間和智慧圖書館生態系統三個層級構建了基于數字孿生技術的智慧圖書館虛擬閱讀空間應用模型

并提出優化策略。

關鍵詞：數字孿生；智慧圖書館；虛擬閱讀空間

中圖分類號：G203.6"" 文獻標識碼：A

DOI：10.13897/j.cnki.hbkjty.2023.0037

在人工智能和信息技術的推動下，圖書館主動探索新技術的融入與應用，打造出利用大數據、云計算和AI技術構建的虛擬閱讀空間，為用戶提供資源獲取、信息共享、互動交流等服務。

近年來，智慧圖書館虛擬空間的開發是學者們關注的熱點領域，新技術融入于智慧圖書館服務的研究層出不窮。朱藝雯指出，智慧圖書館要堅持以人為本，提升用戶的閱讀體驗，提高智慧管理和服務成效［1］。王家玲提出了基于5G技術的圖書館導航服務、智慧場館、機器人服務等應用［2］。樊孟松提出將全息投影技術應用于智慧圖書館虛擬閱讀空間的構建，形成沉浸式的閱讀推廣模式［3］。寧波圖書館結合VR技術的優勢，在開展圖書館虛擬空間服務過程中，通過用戶調查、主題篩選、自制VR等方式，提升圖書館服務質量。

探究新技術與智慧圖書館的融合是當前的研究趨勢，構建智慧圖書館虛擬閱讀空間是數字時代背景下的必然要求。本文聚焦于數字孿生技術，探究數字孿生技術為虛擬閱讀空間構建帶來的機遇。

1 相關概念闡述

1.1 數字孿生的內涵與特征

數字孿生（Digital Twins，簡稱DT）又被稱為數字鏡像。美國國家航天局認為數字孿生是通過物理模型和傳感器數據構建完整映射的虛擬模型，以此反映實體全生命周期［2］。隨著生物識別與傳感技術的發展，數字孿生的內涵得到豐富，數字孿生不僅能夠通過工業物聯網來獲取機械體信息，還可以通過人像或者情緒識別來獲取生物體的信息［1］。因此，數字孿生技術能夠實現精準模擬實體，能夠在數據的驅動下創建仿真模型?？梢哉f，數字孿生是一種面向復雜系統的可視化管理工具，為實體對象提供智能化的服務方案。

在長期的實踐中可以發現，數字孿生具有以下幾點突出的特征：第一，虛實共生。數字孿生技術應用于實體的數字化映射，即將實體原型表現為數字模型，虛擬空間與實體空間保持同步動態更新。通過數字線程技術，數字孿生能夠完成數據的雙向自行流動，完成虛實高效協同和智能決策的循環迭代，進而形成虛實共生的形態。第二，虛擬仿真。在網絡技術高速發展的今天，數據傳輸與云計算分布式實時渲染技術日臻成熟，支撐數字孿生擁有更多的應用場景，也使數字孿生構建的虛擬空間更加細致且多樣化，在完成特定目標任務時，模型表征與事實信息的匹配度越高，模型的精準性就越強，數字孿生能夠根據實體對象的不同發展階段，提供不同的數字孿生體。第三，深度洞察。數字孿生構建的虛擬實體具備對知識、技能自主學習的能力［4］，在先進技術驅動下，共生知識空間被開發出來，任何事物都可以孿生。傳統行業可以依據機械體信息和生物體信息構建虛擬化身，并借助人工智能的訓練進行自主學習與深度洞察，與自然人交互學習，進而滿足人們的特定需求。

1.2 虛擬閱讀空間概述

智慧圖書館虛擬閱讀空間是一種通過利用大數據、云計算、AI技術等各種先進技術所構建而成的集數字閱讀資源獲取與利用、信息共享、數字閱讀、交流學習、應用創新等服務于一體的圖書館服務空間［3］。

從數字技術角度來看，智慧圖書館虛擬閱讀空間充分利用信息與通訊技術能夠進行遠程資源獲取和服務獲?。粡母兄慕嵌葋砜?，智慧圖書館虛擬閱讀空間能夠把任何知識有機結合起來，將用戶群體、資源、圖書館空間、圖書館服務串聯，形成深刻的感知，使用戶能夠得到更加精準和貼心的服務［5］。因此，智慧圖書館虛擬閱讀空間是一種數字化、網絡化的服務模式，是數字技術發展的時代產物。

智慧圖書館虛擬閱讀空間具有知識共享性、服務高效性和使用便利性的特點。第一，知識共享性。智慧圖書館虛擬閱讀空間具有數字化、智能化的基本屬性，能夠通過網絡將獨立的信息資源、用戶和圖書館進行互聯，將所有的信息進行深度挖掘和有機整合，實現了數據連接與知識共享。實際上，知識共享正是虛擬空間服務內容之一，智慧圖書館虛擬閱讀空間為用戶提供全方位和一體化的服務，使用戶能夠在使用圖書館功能時節省更多的時間，獲取更加精準的資源。第二，服務高效性。與傳統圖書館相比，智慧圖書館虛擬閱讀空間在資源構建、信息服務等方面是以大數據為基礎的，能夠高效便捷整合大量數據源。同時，智慧圖書館虛擬閱讀空間運用了智能技術，使空間服務和場景構建能夠適應數字化時代發展趨勢，高負荷運載的信息量能夠被智慧圖書館處理得井然有序，這就大大提高了圖書館的服務效率。第三，使用便利性。智慧圖書館虛擬閱讀空間突破了物理條件的限制，人們可以在任意場合任意時間享受到智慧圖書館的數字化資源與虛擬場景服務，不僅使用戶對圖書館的使用更加便利，也可以為館員在智能化和自主化的基礎上實現便捷且高效的管理［6］。

2 數字孿生技術驅動的智慧圖書館閱讀空間變革

數字孿生技術通過對人、機、物、環境的數字映射，能夠降低圖書館的能耗，驅動智慧圖書館精細化、可視化管理。數字孿生技術促使圖書館虛擬閱讀空間與物理空間映射交互，在此過程中不斷迭代優化，使智慧圖書館呈現出以下幾點變革：

2.1 技術賦能，打破傳統條件限制

空間的缺乏是當前圖書館發展面臨的重要問題。隨著時代的發展，大量資源的產生，圖書館在資源的保存、管理等方面面臨著嚴峻的挑戰。將數字孿生技術應用在智慧圖書館空間建設中，能夠打造虛擬映射，形成數字層面的圖書館空間孿生體，不僅可以減少實物對空間資源的需求，而且還能借助物聯網、云計算等技術實現對圖書館實體的高度還原，使智慧圖書館空間服務打破傳統條件限制。在數字孿生技術驅動下，用戶能夠置身虛擬空間內，體驗同線下閱讀一樣的沉浸感受。美國賓漢姆頓大學應用數字孿生技術，開發了較為成熟的閱讀交互體驗系統，實際上就是發揮了數字孿生技術的虛實共生特點，使用戶能夠在終端設備上閱讀館藏實體古籍［7］，一方面為用戶提供了便利，另一方面也對古籍起到較好的保護作用，緩解了圖書館空間不足的問題。

2.2 優化服務，提升用戶閱讀興趣

數字孿生技術賦予智慧圖書館更多的可能，使圖書館能夠開發出全新的服務，提升用戶閱讀興趣。具體來說，利用數字孿生技術，智慧圖書館營造沉浸式的閱讀氛圍，通過情景構建和互動交流，使用戶能夠遠程參與到閱讀和交流的過程中來。智慧圖書館虛擬閱讀空間不僅能夠將實體的出版物數字化，更是將其立體化呈現，是虛擬世界的三維視圖，智慧圖書館的空間布局、館內構造、全景視圖可以被用戶盡收眼底，使其感受前所未有的全新體驗。同樣的，在數字孿生技術驅動下的智慧圖書館虛擬閱讀空間中，也可以舉辦讀書沙龍、新書品鑒等活動，用戶能夠在虛擬空間中積極參與，增強圖書館服務的趣味性和多樣性。

2.3 轉型升級，營造智慧圖書館服務新業態

數字孿生技術在其他領域的廣泛應用，為智慧圖書館帶來了靈感，促使智慧圖書館服務不斷優化升級，加速了閱讀服務系統的迭代與完善。通過數字孿生技術與智慧圖書館虛擬閱讀空間的深度融合，能夠催生出新的閱讀服務價值體系與業態模式，這不僅僅體現在打破傳統限制的服務上，還表現在多源數據的高效融合。例如，智慧圖書館可以發揮自身知識共享性的顯著特征，打造相應的地方特色文化虛擬閱讀空間，將圖書館數據化資源同當地風景資源或建筑資源整合起來，形成虛擬映射，用戶在閱讀文字的同時，也能夠感受與此對應的風景和名勝古跡，實現虛擬空間的文旅融合［8］，使閱讀變得更加立體并充滿體驗感，形成多感官聯動的全新閱讀業態。數字孿生技術驅動智慧圖書館拓展虛擬閱讀空間的功能，使虛擬閱讀空間愈加豐富。

3 基于數字孿生技術的智慧圖書館虛擬閱讀空間應用模型

數字孿生存在兩個空間：物理空間和數字空間；存在三個元素：數據、模型和軟件；存在四大需求：實時需求、精確映射、容錯能力和隱私安全；存在五個層次：物理層、數據層、模型層、功能層和應用層。在數字孿生技術賦能下，智慧圖書館將用戶層、邊緣層統一，形成邊緣孿生空間，實現了用戶在虛擬空間中的信息共享與合作；將邊緣端孿生數據整理并上傳到霧端，霧端使用邊緣端數據訓練個性化模型，提升數據識別和場景治理的精準度，霧端通過部署云端個性化模型保證虛擬閱讀空間的運行速度；最終，智慧圖書館生態系統通過深度學習、數據傳輸等，完成虛擬空間與物理空間的映射，開發豐富的虛擬空間功能（見圖1）。

3.1 邊緣孿生空間

邊緣孿生空間可以應用智能設備記錄生物體的行動數據，例如VR和AR設備、智能手環、智能眼鏡等，用戶數據經過傳感網絡和邊緣硬件設備傳送到系統，形成基于用戶的全域感知，智慧圖書館以此為依據為用戶構建相應的虛擬閱讀場景。例如，虛擬空間下的閱讀活動、講座論壇等，能夠實現用戶之間的交流，驅動信息數據的交換與流通。此外，數字孿生技術具有深度洞察的功能，可以敏感捕捉用戶數據的變化，并對用戶行為進行精準預測，進一步對數據進行采集分析與上傳，不斷動態完善場景構建。邊緣孿生空間使讀者可隨時隨地借助智能手機、可穿戴設備進行沉浸式虛擬閱讀；也可以推動智慧圖書館通過評估虛擬閱讀場景與讀者個性化閱讀需求間的匹配度，對虛擬閱讀服務方案不斷優化；能夠大幅度降低圖書館的成本，提高圖書館虛擬服務的精準性，達到提升用戶滿意度的目的。

3.2 霧端孿生空間

數字孿生技術的虛實共生與虛擬仿真特征能夠將圖書館實體資源復制為虛擬格式，這就可以實現虛擬空間的館際互通、服務共享。在霧端孿生空間，智慧圖書館可以同博物館、檔案館等機構建立起協同機制，將各類型、各場景的實體資源組成大規模的集成式的孿生空間［9］。一方面，霧端孿生空間大量吸收存儲數據，實現資源的深度挖掘和有效配置，打破原有機構之間的壁壘，為用戶提供更全面的智慧服務。另一方面，霧端孿生空間可以監控下級場景，通過對比分析模型，預測潛在風險，并規避風險。因此，數字孿生技術驅動下的智慧圖書館虛擬閱讀空間構建，突破了圖書館自身的限制，形成了更加廣泛的協同網絡，將下級的知識資源、服務內容映射到虛擬空間。霧端孿生空間的重點是整合不同主體的功能，為用戶打造互通互聯、多種類型的智慧服務，使虛擬空間的服務更加具有針對性和多元化。圖書館可以將虛擬閱讀空間從館內延伸至館外，可以通過與學校、社會機構的合作為用戶提供多元化的創客空間服務。例如，針對不同用戶群的需求提供專題創新服務，指導用戶進行協同創造從而將創意變為現實。

3.3 智慧圖書館生態系統

智慧圖書館生態系統用以連接外部生態系統與用戶生態系統。數字孿生技術要求智慧圖書館生態系統必須是開放的，用以實現虛擬學習空間的實時更新與各項預測管理。此外，智慧圖書館以服務用戶為核心，需要對用戶進行精準分析以便提供個性化、智能化服務。在智慧圖書館生態系統，智能服務根據用戶數據深度學習，形成與用戶閱讀需求適配的虛擬閱讀解決方案，進一步精準匹配虛擬閱讀資源，智能生成虛擬閱讀場景，同時智慧感知用戶的閱讀狀態、智慧分析用戶閱讀障礙，保障用戶在虛擬閱讀空間中獲得較好的使用體驗。

4 數字孿生賦能下智慧圖書館虛擬閱讀空間優化策略

4.1 優化技術，更新系統與軟件

數字孿生賦能的智慧圖書館核心特色是先進的技術，圖書館通過對物理空間和實體資源的數字化處理，形成數字孿生體，為用戶構建虛擬的閱讀空間。因此，智慧圖書館要重視優化數據，保持系統與軟件的更新迭代。一方面，智慧圖書館應該優化軟件層，提升對數據加工處理和分析的能力，使用戶生態系統與外部生態系統能夠實現無障礙的交流匹配，充分發揮智慧圖書館自主學習和智能服務的優勢，提高用戶對虛擬閱讀空間的使用滿意度。另一方面，智慧圖書館應該優化系統層，使服務系統能夠承載大規模用戶對虛擬空間資源或服務的同時應用，靈活分區處理各類數據，兼容物聯網、云計算、數據庫系統、人工智能多種操作模塊，形成綜合的虛擬空間應用平臺［10］，利用數字孿生的虛擬仿真、實時交互特征，消除用戶使用的割裂感和生硬感，進一步保障智慧圖書館虛擬閱讀空間的服務質量。

4.2 豐富數據，擴大數據存儲

數據是智慧圖書館構建虛擬閱讀空間的物質基礎，數字孿生技術也是以數據為單位進行處理與運算的，以保障智慧圖書館的高效運行。因此，圖書館應該重視數據層的建設，豐富數據來源，擴大數據存儲。在數字孿生視域下，智慧圖書館數據來源有以下幾種：第一，用戶數據。分為用戶的基本數據和行為數據，記錄用戶的閱讀偏好與歷史行為，能夠形成較為全面的用戶畫像，是圖書館完善虛擬閱讀空間的風向標。第二，實體圖書館的數據。這是形成虛擬映射的基礎。數字孿生技術動態復現實體圖書館的狀態軌跡并產生實時衍生數據，是虛擬閱讀空間建設的原型。第三，管理與優化數據。這是基于智慧圖書館深度學習、神經網絡等技術特點而形成的具有指導性和策略性的數據庫，能夠幫助圖書館精準預測，為智慧圖書館優化虛擬閱讀空間提供科學依據。

4.3 完善應用，創新服務內容

不同于傳統圖書館的閱讀空間服務，虛擬閱讀空間具有靈活性、便捷性等優勢，但也存在若干缺點。智慧圖書館要結合先進的技術，以數字孿生為驅動力，突破虛擬閱讀空間的發展瓶頸，增強用戶在虛擬空間的體驗感，通過開發完善應用，適配更多的智能終端設備，使用戶能夠具有沉浸式、真實感的閱讀體驗，在虛擬空間也能感受到物理空間的閱讀樂趣和操作感受。例如，將3D建模改為空間跟蹤技術與AI技術相結合的空間數據場景，用戶只需要佩戴VR設備即可瞬間置身虛擬圖書館中，用戶能夠走動、伸手翻閱書籍、觀賞實物展品、與其他用戶面對面交流，在鏡像孿生體中完成一系列真實的閱讀行為。

5 結語

數字孿生技術打破了圖書館空間服務的壁壘，推動智慧圖書館向更高階的信息化、智能化、數字化發展。圖書館要抓住機遇，以數字孿生為支點，深度融合各項先進的技術，配合人工智能與VR功能，充分發揮虛擬閱讀空間的資源優勢和服務優勢，強化資源數字化和虛實結合的服務能力，為用戶提供前所未有的閱讀體驗。

參考文獻

［1］朱藝雯.數字孿生技術驅動下智慧圖書館場景化服務模式研究

［J］.互聯網周刊，2022（24）：25-27.

［2］梁榮賢，凌征強，于興尚.數字孿生技術驅動下的新型智慧圖書館建設［J］.圖書館，2022（11）：51-56.

［3］于東顏.元宇宙視域下圖書館虛擬閱讀空間構建研究［J］.河北科技圖苑，2022，35（6）：47-50，71.

［4］王家玲，王偉赟.基于數字孿生技術的圖書館精準服務研究［J］.新世紀圖書館，2022（6）：49-53.

［5］樊孟松.數字孿生技術驅動下的智慧圖書館場景構建［J］.圖書情報導刊，2022，7（2）：1-9.

［6］李林.5G+VR/AR技術驅動的圖書館虛擬閱讀空間構建研究［J］.圖書館學刊，2022，44（1）：68-72.

［7］牛青.數字孿生圖書館：未來圖書館發展的新變革［J］.四川圖書館學報，2021（6）：11-14.

［8］鄧李君，楊文建.基于PEST-SWOT分析的智慧圖書館空間功能定位研究［J］.新世紀圖書館，2021（2）：31-38.

［9］趙藝揚.數字孿生圖書館：基于數字孿生技術的新型智慧圖書館建設［J］.出版廣角，2020（10）：79-81.

［10］孔繁超.基于數字孿生技術的智慧圖書館空間重構研究［J］.情報理論與實踐，2020，43（8）：146-151.

作者簡介：

侯習哲（1989），女，山東省濱州市圖書館館員。研究方向：數字圖書館服務與建設。

（收稿日期：2023-03-10 責任編輯：馬玉娟）

Research on the Construction of Virtual Reading Space of Smart

Library Empowered by Digital Twin

Hou Xi-zhe

Abstract：Digital twin technology provides a new vision for the construction of smart library space. This paper expounds the relevant concepts and connotation of digital twin technology， and analyzes the transformation of smart library reading space driven by digital twin technology. The application model of virtual reading space of smart library based on digital twin technology is constructed from three levels： edge twin space， fog twin space and smart library ecosystem. Finally， several optimization strategies are proposed.

Keywords： Digital Twin; Smart Library; Virtual Reading Space