基于虚拟现实技术的数字博物馆建设研究

邹超荣

（长沙民政职业技术学院，湖南 长沙 410004）

0 引 言

广义的虚拟现实（Virtual Reality，VR）包括增强现实（Augmented Reality，AR）、混合现实（Mixed Reality，MR）以 及 拓 展 现 实（Extended Reality，XR）。2022年11月，多部门联合印发《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026年）》，提出到2026年的虚拟现实发展目标，其中包括创新能力显著增强、产业生态持续完善、融合应用成效凸显。虚拟现实+文化旅游的应用场景推动了博物馆行业的数字化、虚拟化发展。

1 虚拟现实的关键技术

虚拟现实技术是近眼显示、渲染处理、压缩编码、感知交互等多种技术的融合。5G、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、大数据（big data）、区块链（Blockchain）等新一代信息技术的发展，推动了虚拟现实技术与新一代信息技术的深度融合[1]。虚拟现实的关键技术包括近眼显示、渲染处理、感知交互、网络传输、内容生产、编码压缩以及安全可信等。随着虚拟现实相关产业的发展，全产业链条供给能力不断提升。在关键器件方面，虚拟现实专用处理芯片、4K新型微显示器件、驱动芯片等关键器件发展迅速。在终端外设方面，一体式、分体式、车载式、云化终端虚拟现实设备发展迅速，裸眼观看、沉浸式还音视音频系统装置得以发展，3D化、实时性、多任务虚拟现实操作系统研发生产能力大幅度提升。在业务运营平台方面，沉浸式主题乐园、剧场、文化场馆等线下体验中心与云化虚拟现实线上服务平台成为重要发展趋势。在内容生产工具方面，三维场景编辑器、虚拟现实视频融合制播、3D超高清全景摄像机、三维扫描仪、动作捕捉外设等生产工具保障了虚拟现实内容制作质量。在专用信息基础设施方面，图形渲染、空间计算、云计算、边缘计算、沉浸式计算等算力信息基础设施不断完善[2]。

2 数字博物馆发展现状

2.1 数字博物馆行业发展现状

我国博物馆数量在不断地增长，除了国家级博物馆、省级市级博物馆外，各民办博物馆也在蓬勃发展。人工智能、大数据、交互技术等新一代信息技术的发展，为数字博物馆发展提供了技术支持。以技术驱动、创新变革为动力，推动数字博物馆新平台建设，能够为大众带来沉浸式、互动式博物馆展览体验。我国数字博物馆建设开始于20世纪90年代。在21世纪，随着新一代信息技术的发展，数字博物馆迎来快速发展期，越来越多的实体博物馆开始进行数字博物馆建设。数字博物馆还向数字文物影像展览、藏品征集、藏品保管、藏品保护、展览活动、专业研究及教育传播等领域拓展。数字博物馆建设过程中，以河南省、浙江省、广东省为代表，其数字博物馆建设走在全国前列。数字博物馆依托物联网、云计算、交互技术以及人工智能等技术，实现人机物的互联，随时掌握观众、藏品、展厅情况，推动博物馆保护、管理、服务、展览的智能化建设[3]。

2.2 数字博物馆应用现状

国内外数字博物馆应用都有自己的特点。国外数字博物馆建设发展历史较长，在虚拟内容、互动展示、三维特效等方面有值得借鉴的经验。以纽约大都会艺术博物馆为例，其博物馆主页设计、展出内容简洁，实现与实体博物馆的高度关联，还开展虚拟展示、虚拟团体旅游等活动。以大英博物馆为例，其数字博物馆主页建设以实体博物馆为基础，进行虚拟展示建设，并可通过谷歌VR眼镜完成参观活动。以法国卢浮宫博物馆为例，其数字博物馆开设了在线虚拟游览模块，体验者可根据自己的需求，自由选择游览视角和游览区域，开展虚拟游览活动。系统配备多种语言的3D参观服务体系，运用交互技术、图像绘制技术，实现博物馆展品及建筑的重构。游览者可通过线上游览卢浮宫数字博物馆，获得沉浸式、交互式观展体验。此外，法国卢浮宫数字博物馆还设有导航栏，包括导览图、团体参观、玩转卢浮宫、专题参观路线、镇馆之宝及在线虚拟参观等模块，满足用户虚拟漫游与展览体验。从国外数字博物馆的应用现状来看，其页面设计普遍简洁，表现方式灵活多样，并且运用虚拟现实、人工智能、物联网等技术实现博物馆的全方位、多角度数字化展示，增加交互、趣味活动，使参观者能够身临其境地游览数字博物馆[4]。

经过多年的发展，国内数字博物馆的应用也已十分成熟，在个别领域已经达到世界前列。以中国国家博物馆为例，其数字博物馆建设采用、文字、图片、视频的形式，实现与观众的线上互动，同时推出线上展厅，观众通过互联网、App实现线上游览博物馆。以北京故宫博物馆为例，其数字博物馆主页主要介绍博物馆情况，设置数字资料馆板块，可以查阅博物馆相关内容。通过主题游览模块，观众可选择自己喜欢的模块进行线上游览。以上海博物馆为例，其在数字博物馆的建设过程中充分运用虚拟现实技术、三维展示技术等，为用户提供三维虚拟场景游览、藏品展示参观等内容。以中国科普博览馆为例，其是我国最早使用虚拟现实技术的博物馆，通过虚拟现实技术、三维展示技术、人工智能技术以多样化的展示形式向大众科普文化知识。国内博物馆充分利用虚拟现实的相关技术与设备，开展与博物馆相关的特色主题展览、将现实的博物馆文物以立体性、交互性的方式进行数字化呈现，不断提升博物馆展品、建筑的修复与展览水平[5]。

3 基于虚拟现实技术的数字博物馆建设策略

3.1 虚拟现实技术在数字博物馆建设中的优势

虚拟现实技术在博物馆建设中有传递多元化、互动性增强、突破空间时间限制等优势。传递多元化是指，基于虚拟现实技术的数字博物馆与实体博物馆相比，解决了实体博物馆场馆环境、技术设施、文物条件自身等因素影响的展示限制问题。依托虚拟现实技术，构建数字资源平台，能够将难以展示的文物、建筑等虚拟化，完整地呈现给游览者。互动性增强是指，基于虚拟现实技术的数字博物馆弥补了实体博物馆互动性较弱的问题，体验者能够360度全方位地观摩文物展品。观众在数字博物馆不仅是观展者，更是展品的体验者与研究人员，可通过官方网站、App、公众号等渠道反馈自己对数字博物馆的意见和建议，实现数字博物馆与用户之间的交流互动。突破空间与时间的限制是指，基于虚拟现实技术的数字博物馆突破了空间、时间对实体博物馆的限制，带给游览者更加沉浸式、全方位的展品观看体验。参观者可以通过官网、App、微信等平台随时随地地游览数字博物馆，足不出户，游览到世界各地的数字博物馆。

3.2 基于虚拟现实技术的数字博物馆建设架构

基于虚拟现实技术的数字博物馆架构普遍采用“1+1+2+4+3”的总体架构，如图1所示，在虚拟现实技术基础上，融合人工智能、大数据、云计算等信息技术，使数字博物馆具备智慧服务、智慧管理、智慧决策等能力。1是指1套基础设施、1套支撑体系，2是指2个平台，包括数据管理平台和应用支撑平台，4是指4类智慧应用，包括智慧管理、智慧保护、智慧服务及智慧决策，3是指3个展示渠道，包括大屏、网站及微信小程序。

图1 基于虚拟现实技术的数字博物馆建设架构

3.3 基于虚拟现实技术的数字博物馆建设内容

1套基础设施包括基于虚拟现实的网络传输技术，5G、千兆宽带等对虚拟现实的适配，使数字博物馆具备构建全场景实时宽带通信能力。基于虚拟现实的编码压缩、内容生产、感知交互技术为数字博物馆建设提供了超高清摄像头、传感终端等物联网设备，基于虚拟现实的安全可信技术为数字博物馆提供安全、安防、环境感知等保障。

1套支撑体系包括标准体系、安全体系、运营体系以及机制保障。虚拟现实技术在关键器件、终端外设、业务运营平台、内容生产工具、专业信息基础设施的全链条供给能力大幅度提升，为数字博物馆支撑体系建设提供了技术与设备支持。例如，虚拟现实业务运营平台保障数字博物馆运营体系的云化虚拟现实线上服务平台、增强现实运营平台建设。

2个平台包括数据管理平台和应用支撑平台。数据管理平台基于虚拟现实与大数据技术的融合应用，实现基础支撑、数据采集、数据治理、数据共享与开放等功能。应用支撑平台基于虚拟现实与网络传输、内容生产、压缩编码等关键技术的融合应用，实现流程审批、消息服务、统一用户及权限管理、统一信息发布等功能。

4类智慧应用包括智慧管理、智慧保护、智慧服务及智慧决策等。AR、VR、MR等交互技术在藏品管理、展陈管理、文物保护、文物环境保护等方面发挥着关键性的作用，提升数字博物馆在视觉、听觉、触觉等方面的交互性与沉浸感。基于虚拟现实+大数据+人工智能+云计算的技术融合，能够提升数字博物馆的智慧管理、智慧服务、智慧保护及智慧决策能力。

3个展示渠道包括大屏、网站以及微信小程序。通过这三个展示渠道，用户可了解数字博物馆的整体情况及各展品情况。同时，这三个展示渠道也是数字博物馆对外发布新闻资讯、陈列展览、活动通告的重要渠道，用户可通过微信小程序进行票务预约和展览活动预约。展示渠道的建设过程也离不开虚拟现实技术的支持，通过全息幻影成像、VR/AR/XR虚拟现实、裸眼3D投影、沉浸式环境交互、全景多声道、VR动画设计、VR交互体验、XR沉浸式展陈等实现博物馆主题与交互界面在文字图像、界面色彩、整体版式等元素的统一，可提升数字博物馆的沉浸感、交互性以及智能化水平。

4 结 语

多种沉浸式交互技术的发展与组合应用，必将推动数字博物馆的进一步发展，在VR、AR、MR、XR等虚拟现实技术与人工智能、大数据、云计算等信息技术深入融合背景下，推动数字博物馆在展演、藏品养护修复、游客体验情绪、后期运营等方面向智能化与智慧化发展，不断创新数字博物馆的公共文化服务模式。