数字化语境下元宇宙在博物馆中应用

张 晴

（中国艺术科技研究所，北京 100007）

一、元宇宙及虚拟现实技术

什么是元宇宙？不同的视角有着不同的理解。从科幻和科学的视角，“元宇宙”更像游戏，物理空间的增强现实与虚拟空间的永久融合。第一阶段从Game1.0 单机游戏时代，被严格设定在规则的新世界中进行游戏，玩家之间不产生任何的互动；第二阶段Game2.0 网络游戏时代，加入了社交的属性，可实现小范围的交互。此时的通信网络和技术还不能承载太多人进行实时互动；第三阶段Game3.0 游戏时代，技术有所发展但是只能做小范围的互动和简单交互；第四阶段多人实时在线、可交互的元宇宙时代，可以承载同一空间内实时在线沉浸式体验画面效果、实现复杂的交互，当然这需要海量算力、算法支持。游戏是内容与现实世界脱节，而元宇宙时代是将用户从体验者变成内容的生产者，用户有极高的自主性，自主性是元宇宙与游戏的本质区别。元宇宙中数字孪生是完全忠实反应现实世界（仿真世界）。

元宇宙带来的是返祖现象，所谓“返祖”不是返农民，是返到农民之前。我们今天的认知结构是被驯化的结果，所以我们今天的认知结构是定数崇拜，万物有定数是人的幻象。人类社会可以用三个字概括，第一个是“喊”，第二个是“写”，第三个是“感”感觉感知。“农民”之前是靠喊，必须在场，用哲学术语叫“亲在”。“感”超越了“写”，主要是图象思维。工业社会以后，很多事情不需要我们亲自做了，亚当·斯密的分工理论告诉我们，我们不需要亲自播种、亲自纺纱织布，这是分工带来的好处。元宇宙给我们提出来的问题就是我们可能出让哪些东西不再需要亲自去做。“元宇宙”实际上是六根感官重塑，就是重塑“眼耳鼻身舌意”，它的中心概念包括虚拟现实。马克·扎克伯格在Facebook 改名Meta 时说“我们超越了今天，超越了屏幕的限制，超越了距离和物理的限制，走向了一个每个人都可以彼此在场、创造新机会和体验新事物的未来。VR/AR 将会超越智能手机和个人电脑，成为下一代主流计算平台。”

著名科学家钱学森把虚拟现实引擎 （virtual realityeng ineering）翻译为“灵境技术”，以诗意的形式与之呼应。钱老在1994 年写给戴汝为、汪成为、钱学敏的一封信中，他说：“灵境技术是继计算机革命之后又一项革命性技术。它将引发一系列震撼全世界的变革。一定是人类历史中的大事。”

中国工程院院士、阿里云创始人王坚认为“虚拟现实的物理学是‘心理学’。虚拟现实为人类打开一个新的世界，其最基本的道理都体现在心理学上，因为心理学是研究人的行为和心理活动的学科，其两个核心是“心知”和“行为”，人的心知可以通过行为来进行分析研究。”克服困扰VR 的眩晕等诸多不适问题，虚拟现实技术的头显核心技术正在逐渐成熟，更高分辨率，更高刷新率的显示图像元，更高处理能力的专用芯片在快速迭代。人类真正本源的映射和呈现世界的方式，需要更本源的研究，更接近人的感知方式的技术。

人的体验感是虚拟现实技术的核心。虚拟现实技术（VR）突破物理空间限制，实现无穷想像的数字交互空间，它更像是一个问题而不是一种技术描述，没有限定实现的技术手段。VR/AR 作为新一代改变信息系统的形式，它是既电影屏幕、电视屏幕、移动屏幕的第四代VR、AR 屏，无屏之屏。人们在虚拟环境中工作、社交、娱乐、受教育，以真实世界为蓝本，在增强视野中协同工作、交流。从人机“交互”到人机“共生”。“人与机器的界限不断缩水，技术正在以前所未有的速度融入到生活的各个场景和方面。”

目前虚拟现实技术主要由程序设计者创造的虚拟现实环境来决定着用户的反应，VR 大部分还处于低级别低智能时期。但是随着虚拟现实技术不断进步，人工智能技术的不断提升，两者结合出现类人智能体，与真实世界的人真假难辨，甚至比人类更“完美”的“数字人”，代替真实的人与用户实现所有的交流。从基础智能迈向高级智能，进入智能化的虚拟世界。基于大数据和互联网数据的积累，使用VR 系统完成多人协同性交互成为主流，程式化VR 的个体构建到群体构建，虚拟现实演进为虚拟世界。

“VR 设备是初级元宇宙核心硬件载体，随着VR设备逐步满足经济性、舒适性、沉浸性、互通性等需求，其硬件形态也将从目前的PC 机、一体机逐步往纯头显（无手柄）以及云VR 方向演进”，解决Cloud VR 终端的无线化就能实现VR 的普及。

二、数字化时代的博物馆业态

“博物馆是为社会服务的非营利性常设机构，它研究、收藏、保护、阐释和展示物质与非物质遗产。向公众开放，具有可及性和包容性，博物馆促进多样性和可持续性。博物馆以符合道德且专业的方式进行运营和交流，并在社区的参与下，为教育、欣赏、深思和知识共享提供多种体验。”“无论在任何场景下，以任何形式出现，都是靠集合时空的‘碎片’事物编织出一个乌托邦幻境，来帮助人突破‘此时此地’的精神囚徒困境。”博物馆是元宇宙应用的好地方好场景，元宇宙既有现实世界的数字化复制物，也有虚拟世界的创造物。结合文物产生的时空环境、文化生态、生活习俗等背景资料，再现文物时空场景接近人性和真实的全感官，营造全新的沉浸式体验。扩展了展陈维度，使展示更为生动。具身在场的体验感配合技术手段使用，产生不同寻常的视觉体验。

“云端”、数字化转型为博物馆提供了新的发展机遇，各大博物馆纷纷开展线上观展。我国的博物馆与时俱进，积极主动参与构建元宇宙，推动文化新业态的形成。

2021 年，中宣部、科技部、文旅部、国家文物局等中央9 部门联合发布《关于推进博物馆改革发展的指导意见》中提出了“加强博物馆资源整合与协同创新。”2022 年5 月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于推进实施国家文化数字化战略的意见》指出，“鼓励各种艺术样式运用数字化手段创新表现形态、丰富数字内容。培育以文化体验为主要特征的文化新形态，创新呈现方式，推动中华文化瑰宝活起来。”“到2035年，建成物理分布、逻辑关联、快速链接、高效搜索、全民共享、优秀创新成果享誉海内外。”从政策上指明了博物馆发展方向。在5G 和数字技术引领的新时代背景下，博物馆建设结合时代技术和新理念，为文化遗产开拓更为广阔的空间和前景，为文物工作开创新局面。

（一）文物信息采集技术的更新

2018 年巴黎圣母院火灾的消息震惊了全世界，值得庆幸的是巴黎圣母院之前进行了文物采集，可见文物信息采集与保存的重要性。激光三维信息扫描是一个全新、全面测绘、全信息的采集方式，激光三维信息采集设备在文物领域的应用大大提升了文物信息采集的信息量和覆盖率，即“所见即所得”。

不同的文物对象使用的扫描仪类型也不同。站式激光三维扫描仪适用于高大建筑物和建筑群；背包式和车载式适合大场景；手持式适合碑刻和小型的可移动文物采集，近景摄影测量适合壁画、彩画、书画等色彩信息强的文物和需要高清材质的文物。无人机及无人机携带激光雷达适用于空中采集。每一种设备技术各有优缺，相互配合着使用。对一组不可移动文物的信息采集需要两到三种设备的相互配合才能完成。对文物信息的采集不但要选设备种类，而且根据文物类型、区位、结构特征等还要设计相应型号、精度的设备以及每一种设备具体配合作业方案和后期软件的可承受能力。除此以外还有Noitom 系列为代表的惯性动作捕捉设备，为文物展示提供了更大空间和可能性。3D 打印机在文物的修复和仿真复制提供无限可能。3R（虚拟现实VR、增强现实AR、混合现实MR）在5G 的加持下，可以改变社会技术，对文物保护、阐释、展示具有重要意义。（图1）

图1 五台山龙泉寺牌楼激光三维扫描后3D 打印的部分样品

（二）元宇宙助力博物馆的发展

“元宇宙是整合多种新技术而产生的新型虚实相融的互联网应用和社会形态。就技术角度，扩展现实技术提供沉浸式体验；数字孪生生成现实世界的镜像；区块链搭建分布式的经济体系。虚拟世界与现实世界在经济系统、社交系统、身份系统上密切融合，并且允许每个用户进行内容生产和编辑。元宇宙利用科技手段进行链接与创造实现现实世界的映射与交互的虚拟世界，具备新型社会体系的数字生活空间”。随着元宇宙技术的加速发展，博物馆与新技术的进一步结合，呈现出新的模式和思路，虚拟空间中的博物馆以全新的面貌重现在大众面前。元宇宙的交互技术，通过计算机将现实与虚拟相结合，打造一个人机交互的虚拟环境，为人们提供沉浸式体验。软件交互有虚拟主机、VR/AR、触觉、AI 计算实体等。元宇宙的数字孪生，生成现实世界的镜像，构建三维的虚拟世界。元宇宙的区块链，为元宇宙提供了一套经济运行规则和构建数字资产。5G/6G 等通讯技术为元宇宙提供通信保障，承载高宽带，实现低延迟高效的数据传输。计算中心满足元宇宙对信息处理的巨量计算需求。边缘计算、云计算等计算技术实现高效分配算力。元宇宙时代，人工智能（AI）可以代替人发挥一些关键生产要素的作用。

（三）元宇宙对物质与非物质遗产的作用

非物质遗产需要更多的人参与，社会化传承。“元宇宙”提供了便捷手段和途径，为非遗传承提供永续载体与安全选择。“元宇宙”可以充分满足物质与非物质遗产的单一、唯一性的“全过程”体验，包括文化遗产的物件、手工艺品、表演节目、民俗活动等等的设计、生产加工、互动、传播等方面的需求。“元宇宙”为非遗融入大众生活、时代进行保护，为构建都市、街区形态的文化生态提供了虚拟现实交互形态的可研对象和可行方案。现实实体是虚拟世界（元宇宙）的基础，物质与非物质遗产文化为元宇宙提供了优良内容和文化精神。

（四）数字藏品NFT

数字藏品NFT（Non—Fungible Token）」是一种非同质数字资产，其所有权被记录在区块链上。中文的翻译为非同质化代币,具有不可替代、不可分割、独一无二等特点。NFT 的出现，在某种程度上解决了传统艺术领域的防伪难题，NFT 艺术品所有权和流通过程均被永久、去中心化地记录在区块链上。可以理解为一种“虚拟资产或实物资产的数字所有权证书”。NFT其实是结合区块链技术+元宇宙概念所形成的一种虚拟“商品”。GUCCI 基于XR、VR 技术，建立起虚拟的穿戴体验，实现了品牌与用户之间的互动，推出了首款数字虚拟球鞋Gucci Virtual 25（图2）。为弘扬中华文明传播敦煌文化，央数藏推出“梦回敦煌，神鹿为伴”敦煌神鹿呦呦系列数字藏品并以发售（图3）。

图2 首款数字虚拟球鞋Gucci Virtual 25

图3 “敦煌神鹿呦呦3 号藏品”

三、结语

元宇宙应用还处在发展期，元宇宙博物馆设计要考虑在技术、设计、标准等多方面的挑战。前端应用方面内容应用之间的互通互联，显示方面三维展方式与视觉疲劳、听觉再现，交互方面多模态交互的准确性，后端系统方面，元宇宙内容的创建、充实、共享，平台的互联互通等等。功能方面，平衡用户和博物馆的需求，数字藏品的价值。社会层面，信息安全、知识产权、个人信息保护、标准竞争、经济竞争等方面。总之，元宇宙博物馆应用是一个面向用户的交互系统，设计需要考虑用户，采用“以人为本”的设计手段，达到有用、好用、易用的目的。设计在技术创新的同时，要重点考虑用户的认知、社交、学习特性，也需要注意元宇宙应用对用户和社会的潜在负面影响。