基于文博行业IP定制的沉浸式VR体验技术研发与应用研究——以秦始皇帝陵博物院兵马俑VR体验中心为例

毕颖华

(西安未来彩蛋孵化器有限公司， 西安 710061)

中国是历史悠久的文明古国，在时代发展的长河中，中华民族创造并留下了丰富多彩的文化遗产。随着时代的进步和人民群众受教育水平的不断提高，人们越来越认识到文博行业的重要性。文博行业事关文化传承、历史延续，事关社会发展、文明进步，事关民族团结、国家统一。大力发展文博事业是全社会的共同义务。

根据党的十八大报告“促进文化和科技融合，发展新型文化业态”的要求，深度挖掘文博资源的价值内涵和文化元素，准确把握文化发展的新趋势，紧紧抓住现代科技迅猛发展的新机遇，是对新时代文化科技工作者的新要求。

以“文化+科技+创意=无限可能”为发展目标，秦始皇帝陵博物院于2017年正式开启兵马俑VR体验中心项目，历经两年时间，项目于2019年5月顺利落地运营，成为国内首家文博行业的大型VR体验场所。

1 文博行业科技融合发展的研究现状

文化遗产是中国的超级 IP，具备独一无二的资源特性和强大号召力。文博IP需要数字创意及实现，而数字创意的实现终究是需要展示和体验的。传统文化如今所遭遇的压力并不是文化本身的危机，而是传播形式上的困境。立足这一点，创新传统文化的传播形式，将之与新的科学技术与流行文化元素相嫁接，就成为当下发展弘扬和传播传统文化的一个重要突破口。

1.1 文化科技融合发展的概念与应用形式

文化与科技融合的本质是以科技为手段，以文化为内容，二者相互渗透，使业态之间的资源重组，从而形成新产业模式的动态过程[1-2]。其特征可以从3个方向理解：从时间上，文化知识的接收由整块时间逐步向碎片化时间和整块时间相结合转变；从空间上，文化的传播突破了空间地域的限制；从内容上，文化借力科技，兼容并包，在文化传承过程中不断实现创新[3]。

从文化与科技融合的案例上看，一些学者以具体文化遗产项目为研究对象，探究科技与文化遗产的融合过程中如何实现文化遗产更好地传承发展。章立等[4]以惠山泥人为研究对象，从保护和传播两个方面分析了三维影像采集技术、增强现实交互技术及互联网传播手段在惠山泥人文化遗产保护中的实现方案。张效娟[5]研究了青海刺绣艺术与科技的融合发展，利用数字化保护服务，刺绣艺术实现了学习和传承、保护和记录、归档和存储、服务和管理四大方面的创新，有助于文化遗产的共享与传承。

1.2 文化科技融合发展的功能与作用

一种观点认为文化科技融合发展有助于实现文化遗产的保护和发展的平衡。一是通过现代科技手段可以记录或复原文化遗产的产生、发展、创新的过程，较为准确地描述文化遗产的真实特征，削弱了对原生态文化遗产的肆意改造，从而使文化遗产的保存得以实现。二是科技提升了文化遗产的表现手法，创新了其展现形式，使其能够更好地被受众所吸收。三是扩大了文化遗产的传播范围，新技术传播手段扩大了受众的数量，有助于促进文化认同，提升文化自信。四是二者融合推动了信息技术在文化遗产中的运用，推动了文化遗产信息管理系统的建设[6-7]。

此外，文化科技融合发展也有助于在充分发挥文化遗产的文化作用基础上，推动文化产业高质量发展，实现经济收益。尹宏[8]认为文化科技融合通过技术扩散、价值链提升和利益协同3个路径作用于文化产业。一方面文化科技融合提高了文化产业的创新能力，如虚拟现实技术对文化遗产的实体进行模拟，实现了文化的遗产的交互功能，使其价值得以充分发挥。另一方面，文化科技融合发展优化了文化产业结构，更新了文化产品的供给模式，在满足传统消费需求的基础上，还不断创造新的消费需求，突破传统行销服务模式的时空与区域限制，拓展了文化产品供给渠道[9]。

1.3 文化科技融合发展的趋向

周全明[10]认为文博行业科技融合发展必定向更加开放、更加科学、更加自主的方向发展，在融合的宽度、长度和深度上必定会进一步拓展和深化。新兴科技在文化领域的运用，将全面更新文化产业的发展格局，如VR虚拟现实、人工智能等技术将向文化领域快速渗透，二者将逐步深度融合，使文化科技共享互联从理念向实践机制转变[11]。

综合已有文献可以发现，现有研究对文化科技融合发展集中在理论探讨，而很少对文化科技融合发展的具体应用方式及其实际效益情况做出评估。

2 研究区概况及研究方法

2.1 研究区概况

秦始皇帝陵博物院坐落于中国陕西西安，陕西历史文化遗产资源种类繁多，省会西安市更是十三朝政治经济中心和古丝绸之路的起点，除了有秦始皇陵等历代文化大场景外，还有大唐芙蓉园等现代文化大场景，形成了多个国际知名文化 IP 和世界级大型文化旅游窗口。

这些文化资源不仅是人类文化、历史、社会和经济发展领域必不可少的宝贵财富，也是国家文化产业的重要内容和创意来源。利用信息技术开发陕西省内历史文化遗产资源，拓展历史文化遗产消费市场，不仅可以推动地方经济增长，还可以满足文化产业的需要，实现文化和科技的紧密结合，全方面提升文化艺术产业高新科技自主创新能力。

2.2 研究方法

以文博行业的科技应用发展为主题，在梳理关于本论题相关文献的基础上，通过对秦始皇帝陵博物院兵马俑VR体验中心项目运营情况的调研及对景区、项目负责人的半结构式访谈，获取大量一手资料和数据，以项目的成功落地深层次地论证在文博行业实现文化、科技产业融合的可能性和未来发展空间。

3 兵马俑VR体验中心科技文化融合发展现状

本项目聚焦兵马俑(秦始皇陵)世界著名文化IP，开展文化大场景沉浸化体验共性技术研发与应用示范研发，是信息技术在文化遗产中的应用和发展，符合陕西地方资源的现状，同时也是贯彻执行国家文化发展战略和加强文化科技深度融合的具体体现。

3.1 项目可行性分析

3.1.1 技术的关键性分析

随着VR/AR、人工智能、5G等新一代信息技术的发展，文化大场景沉浸式体验需求愈发旺盛。文化大场景沉浸式体验系统的构建主要涉及大场景虚拟再现与VR展示、动态数字交互、5G云平台等技术。

本项目基于以上技术手段的已有基础研究，在技术层面还实现了以下方面的研发与应用尝试：

1)大场景虚拟再现与VR展示方面。项目基于VR/AR等技术手段，开发可交互式的与著名文化IP(如兵马俑)相关的历史事件、文化典故、典型场景等VR/AR内容，为了达到逼真的效果，空间对象的姿态估计尤为重要，因此，项目在已有研究的基础上继续开展了姿态估计技术的研发。

2)动态数字交互方面。项目采取眼动追踪技术和基于大数据的个性化推荐系统以实现场景中的动态数字交互问题，为用户提供方便快捷的交互模式，并且引入基于大数据的推荐方法，根据用户兴趣推荐热点和个性化信息，提供用户定制的文化大场景沉浸式体验。

3)5G云平台技术方面。项目研究基于人工智能的云边协同运算，可以实时或更快地进行数据处理和分析，满足虚拟现实任务中的敏捷联接、实时业务和数据优化问题。

3.1.2 市场需求分析

1)历史文化积淀方面。文化陕西是历史悠久的文博大省，文化旅游资源丰富。其拥有的秦、汉、唐历史在我国文明史上有着无可比拟的地位，且众多的博物馆、历史遗迹、文化遗产等散落其中，是知名的“世界旅游目的地”，在此发展科技文化产业具有广泛的国际国内游客基础。

2)技术发展应用方面。虚拟现实技术近年来获得了突飞猛进的发展，各地博物馆纷纷尝试VR相关应用，对“无法还原的历史场景、无法复原的文化遗迹”进行生动、真实、丰富的交互性体验。陕西独有的文化资源特性，可以与虚拟现实的技术特征完美结合。

3)文化创收探索方面。文化消费是近年来博物馆行业的关键词之一，作为社会公共资源的博物馆行业，“如何创、如何收”，依然在探索的初期。博物馆具有丰富的文化元素，潜藏着巨大的社会价值及经济价值。尝试虚拟现实领域的知识产权运营(IP运营)是博物馆行业在文化创收大环境下的一项全新的探索之路。就博物院本身而言，也会增加新的品牌亮点，吸引游客参观体验，带动游览区的整体品质提升和区域旅游业的发展，延伸产业链条。

3.2 项目的主要内容和创新点

3.2.1 主要内容

项目依托5G构建专用的云VR平台，开展基于激光扫描的真实文物复原及数字化大场景再现技术研究；在此基础上，应用动态数字交互技术和个性化推荐系统提升临场体验；最终开发出兵马俑虚拟现实(VR)游览系统、VR体验管理系统和智能VR体验舱，并进行示范应用。最终形成可复制的基于文博行业IP定制的沉浸式VR体验解决方案。

项目研究内容与总体技术路线如图1所示。主要研究与开发内容如下：

图1 项目研究内容与总体技术路线

1)研究基于激光扫描的数字化大场景再现与VR展示技术。研究基于三维激光扫描仪进行遗址的点云数据采集、拼接与处理，三维模型重建及在Unity3D中实现情景再现。并进行秦始皇陵相关的历史故事、重要事件的VR内容开发。研究基于物体6D姿态估计的VR展示技术，在VR展示的过程中，虚拟内容可以根据用户的状态自适应的调整自身以及相对场景的姿态，提升VR展示效果。

2)研究复杂大型文化场景中的动态数字交互技术。研究基于眼动追踪和大数据的推荐系统的动态数字交互技术，在复杂大型文化场景捕捉用户感兴趣信息，并利用这些信息建立用户模型，提供个性化文化信息。

3)依托5G、云计算等构建专用的云VR平台。研究基于人工智能的云边协同运算，解决VR内容集中传输带来的网络高负载问题和海量VR数据带来的计算压力问题，并进行基于中心云的云VR内容中心、云VR业务中心和云VR管理中心的开发以及基于边缘节点的数据计算与存储工作。

4)建成适应于开放性文化场所的沉浸式体验系统。项目致力于提供基于文博行业IP定制的VR体验整体解决方案，旨在助力文化的数字化与大众化，应用最前沿的VR技术，融合移动互联，实现虚拟参观，为博物馆增添新的生机，建立以“文化+科技+创意”为核心的新形式文化旅游创新项目。

3.2.2 关键创新点

1)基于物体姿态估计的虚拟场景融合展示技术(图2)。将大型场景复原与物体姿态估计相结合，研究面向开放、复杂场景下的6D物体姿态估计方法，通过获得物体模型与场景间的相对姿态，利用计算机自动化的根据用户的状态将VR内容与三维场景相融合，实现逼真的融合效果。

图2 基于激光扫描的大场景再现与 VR/AR 展示技术路线图

2)基于眼动追踪、物体检测以及大数据文化遗产个性化推荐的数字动态交互技术(图3)。捕捉用户在VR场景中的感兴趣数据，通过文化遗产领域数据内在的特性挖掘构建各个实体之间的关联关系。并根据用户的需求构建不同的用户模型和推荐模型，同交叉融合的方式进行自适应内容推荐。

图3 动态数字交互技术路线图

3)云计算与边缘协同计算打破了传统“云-边-端”模式，进阶成为更加全局化的分布式节点组合形态(图4)。为分担中心云节点的压力，引入边缘计算，节点负责自己范围内的数据计算和存储，处理后的数据从边缘节点汇聚集到中心云，云计算完成大数据分析挖掘和数据共享。同时将训练升级后的算法推送到前端，使前端设备更新升级，完成自主学习闭环。

图4 基于人工智能的云边协同计算技术路线图

3.3 项目的经济及社会效益分析

3.3.1 市场前景

3.3.1.1 示范意义及推广价值

秦始皇帝陵博物院兵马俑VR体验中心项目是文博行业主动迎接科技文化融合，助力文化新消费改革的创新实践。

现已落地运营的“兵马俑VR影院”证明，为文博行业IP定制设计的VR影院解决方案具备可行性，随着项目研发的深入，将为现有影院注入新技术，并将进一步发挥其作为国内首家文博行业大型VR体验场所的引领作用，对文博旅游产业的发展具有巨大的示范意义。

下一步，项目团队也计划将这一模式复制运用到国内其他的文博项目中，依托“兵马俑VR影院”的成功案例，助力博物馆文化体验转型升级。

3.3.1.2 项目的可推广性

随着数字化技术的迅猛发展，越来越多的新媒体开始进入人们的正常生活，并逐渐影响和改变着人们对艺术和文化领域的认知。以人工智能、互联网+智能终端、大数据、物联网、新材料技术等为代表的现代科技使文化发展出现了重大机遇。而VR技术的兴起和应用，让博物馆有了新的生机。因此，借助科技力量，一种以物、人、数据动态双向多元传播为核心的智慧博物馆建设工作已在全国推展开来，但普遍存在内容空洞、信息匮乏等缺憾；信息单向传递导致的时效性、真实性、交互性和现场体验感不强，观众反馈差。为了更好地服务社会大众，提高文化传播的效率，建立更加符合现代人文交流方式的博物馆展陈技术势在必行。

现阶段虚拟现实和增强现实对大众的吸引力不断上升，从某种程度上来说， “VR+旅游”已经算是普及，在各大文旅小镇、主题乐园、旅游综合体、景区商业街，VR体验店层出不穷。但是经过调研，发现现阶段市场上的VR体验店在项目内容上大同小异，同质化严重，缺乏创新。即使是在客流量丰富的旅游场景，也很难逃离这一发展障碍。依此，秦始皇帝陵博物院开创行业先例，与VR技术团队合作，聘请专业影片制作团队，深挖文化内涵，达到功能互补、情景再现、体验升级的效果，进而实现经济效益与社会效益的有机统一。

3.3.2 项目经济效益预测

项目主要收入是VR影院门票收入。“兵马俑VR影院”于2019年5月对外公测。截至2019年12月底，共接待游客15万余人次，实现营收963万元。

受疫情影响，2020年2月至6月停运，自2020年7月恢复运营以来，截至当年9月底，已接待游客近16万人次，实现营收993万元。

随着项目成果的应用，正常时期年游客接待量有望达到40万人次，年销售收入预期突破2 000万元。2021—2023年预测如表1、表2所示。

表1 2021—2023年VR影院盈利能力预测

表2 2021—2023年项目总收入和项目周边及衍生收入预测

随着文博行业IP定制的VR影院解决方案在全国文博行业范围内的复制及推广，计划在全国重点博物馆和文化旅游景区新建2家与现有场馆类似规模的VR影院，进一步提升公司盈利能力。

3.3.3 项目社会效益分析

兵马俑虚拟现实体验中心项目在前期对游客、馆方工作人员以及同行进行了深入调研，影片的脚本和场馆设计也是在对游客数据调研并详尽分析后确定的。“一切以史实为依据、一切以游客为中心”是该项目的指导思想。

兵马俑虚拟现实体验中心的落成是全国乃至全球文博系统的首家VR(虚拟现实)影院。基于秦始皇陵博物院在整个文博行业中的影响力，该项目无疑将会成为行业的标杆，起到极大的宣传和示范作用，促进景区提升整体品质和内在服务，助力景区打造新的亮点和品牌形象。

4 风险分析与控制

4.1 风险分析

1)技术风险。可能存在技术落后、平台日常维护、突发系统故障、黑客异常攻击、核心技术泄漏等由于技术性因素导致的体验中心无法正常使用或者不能适应新的环境所带来的风险。

2)管理风险。管理风险包括战略决策、管理授权决策、业务发展决策等不同层次的决策风险。一般来说，越是上层的决策，影响越深远，严重程度越大，但往往不易马上表现出来，较难觉察；越是低层的决策，影响就越小，危害小，但往往能立即显示出来，表现为直接的经济损失。

3)市场风险。由于市场正处于孵化期，类似项目也处于开发阶段，针对科技手段的不断变化，能否维持项目的更新迭代；旅游景区也属于服务行业，无法跟上市场的脉搏，影响服务品质的升级。

4.2 风险规避措施

目前，项目对于各类风险均划定了风险等级，并设置了风险前的预警机制、风险中的处理机制及风险后的管理机制。

对于技术风险，主要靠资金解决硬件问题、机制解决软件问题，加大对新技术的研发投入，提高系统平台的安全性、适用性。技术泄漏的风险从法律上严格管控，从人员上进行层级管理。

对于管理风险，主要靠提高管理层的资源整合能力、市场的敏锐度以及对于商业模式落地、优化的能力；人才层面主要靠有竞争力的薪酬体系吸引人、有感染力的企业文化凝聚人，保障优秀人才在这里发挥最大的潜能和价值。

对于市场风险，主要靠提升管理层的格局、商业模式设计能力及运营层最大的执行能力，坚持“顺应市场发展，打造核心竞争力，在激励性的市场环境中创新商业模式”为原则，提前布局，始终处于市场领先地位。

5 结论

发展历史文化消费市场，特别是将现代科技与传统文化遗产融合发展，对地方经济增长和文化产业的高质量发展都有重要的推动作用。秦始皇帝陵博物院兵马俑VR体验中心项目依托5G技术构建专用的云VR平台，研究基于激光扫描的真实文物复原及数字化大场景再现技术，在此基础上，应用动态数字交互技术和个性化推荐系统提升临场体验，开发出兵马俑虚拟现实(VR)完整运营系统，并进行示范应用，最终形成可复制的基于文博行业IP定制的沉浸式VR体验解决方案，项目市场需求广阔，预期盈利能力较强且风险可控。

根据现已落地运营的“兵马俑VR影院”经验，为文博行业IP定制设计的VR影院解决方案具备可行性，这是文博行业主动参与文化科技融合，助力文化新消费改革的创新性探索，同时也对相关文博产业的发展具有巨大的示范意义。