图书馆虚拟数字人：内涵特征、信息模型与应用场景研究

2024-04-09张鹏

河北科技图苑 2024年1期

摘要：图书馆数字化转型必然要求信息技术与图书馆业务的深度融合，而虚拟数字人作为元宇宙技术的重要应用，如何创新图书馆服务已成为学界重点关注的问题。在概述数字人概念、特征、技术、现状的基础上，提出图书馆虚拟数字人的概念，并阐述图书馆虚拟数字人的内涵特征、信息模型、应用场景。图书馆虚拟数字人以“数字替身”的身份为图书馆知识服务和资源利用等提供更智能化和人性化的途径，在替代馆员、知识组织、服务提供、智能咨询、阅读推广、情境陪伴、素养提升、品牌塑造等方面有广泛的应用前景，为用户带来全新体验，有效提升图书馆的智慧化程度和服务质量。

关键词：智慧图书馆；虚拟数字人；数字化转型；智慧服务

中图分类号：G251.2 文献标识码：A

DOI：10.13897/j.cnki.hbkjty.2024.0015

0 引言

数字化转型是数字化浪潮下图书馆主动识变、求变、应变的战略性变革。数字化生存环境正在形成，无论是社会环境、政策环境还是产业环境，都要求图书馆加速实施数字化转型［1］。图书馆数字化转型是在社会数字化背景下，由图书馆所拥有的资源数字化、服务方式在线化和服务内容虚拟化等因素而导致的图书馆事业及其关联机构的转型与发展现象［2］。当前，我国图书馆正处于数字化转型的早期阶段，推进图书馆信息化建设，实施图书馆数字化战略，深度融合信息技术与图书馆业务创新已成为学界和业界共识。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，要促进文化机构数字化转型升级，培育发展新动能，集成全息呈现、数字孪生、多语言交互、高逼真、跨时空等新型体验技术，大力发展线上线下一体化、在线在场相结合的数字化文化新体验［3］。国家政策进一步推动图书馆数字化转型的进程，而元宇宙技术的出现将使图书馆的存在形态和服务方式产生重大变革，其中虚拟数字人技术作为落地应用的重要切入点受到广泛关注［4］。

1 虚拟数字人简述

1.1 虚拟数字人的起源和概念

上世纪六十年代，波音公司研发了首个人形的数字人（波音人， Boing Man），被认为是虚拟数字人研究的起源，随后医学领域开始基于计算机图像技术和视觉艺术打造虚拟人体用于生物医学研究［5］。虚拟数字人也被称为“数字人”或“虚拟人”，是指存在于虚拟世界中，基于计算机图形学、图形渲染、动作捕捉、深度学习、语音合成等技术打造的，具有外

★基金项目：本文系辽宁省高等学校图书情报工作委员会课题“虚实交织元宇宙图书馆的应用场域与未来图景研究”（LTZ202301）研究成果之一。貌特征、表演能力、交互能力等人类特征的复合体［6］。虚拟数字人有三种类型：第一种是数字孪生体，即将生活中的真人进行原比例的数字化复现［7］，其目的是通过数字化连接数字世界与物理世界；第二种是虚拟人，即人类创造的虚拟形象，可以呈现人体的形态与变化，但一般无需关联物理世界；第三种是数智人，即综合自然智能和人工智能，可以与用户自主交互并进行自主决策的一套方法体系［8］。元宇宙概念打通了人工智能、虚拟技术、增强现实、神经科学、区块链技术等众多领域，未来随着一系列前沿技术大爆发，以及多元异构主体涌现，元宇宙会进一步走向一个众创的、虚实共生的世界。

1.2 虚拟数字人的技术架构

虚拟数字人基础技术架构包括“五横两纵”。“五横”是指用于虚拟数字人制作与交互的五大技术模块，即人物生成、人物表达、合成显示、识别感知和分析决策，“两纵”是指 2D和3D虚拟数字人。其中，人物生成即人物建模，当前建模技术主要包括静态扫描建模和动态光场重建，目前主流技术为静态扫描，而具有高视觉保真度的动态光场三维重建技术不仅可以重建人物的几何模型，还可一次性获取动态的人物模型数据，并高品质重现不同视角下观看人体的光影效果，成为虚拟数字人建模重点发展方向。人物表达需要生成语音和动画，其中动画生成则包含驱动技术和渲染技术两大部分。驱动技术方面，计算机视觉技术及其应用逐渐成熟，可实现虚拟数字人多角度动作捕捉与追踪，其捕捉精度也持续完善；渲染技术方面，硬件能力与算法的突破大幅提升了渲染速度与效果，使得虚拟数字人更為真实。

1.3 虚拟数字人的应用现状

目前，虚拟数字人在外貌精度和交互方式上都有了很大提升，应用难度不断降低，应用领域日渐多元。目前，虚拟数字人的类型主要包含：（1）偶像型：是进行偶像活动的虚拟人，拥有明确的虚拟设定和作品产出，比真人偶像更趋完美，是IP（Intellectual Property）运营的表现形态［9］，如IP孵化机构孵化的网红——会捉妖的虚拟美妆达人“柳夜熙”；（2）助手型：是指虚拟数字人（也称智能助理或虚拟机器人）代替真人提供不同场景的个性化服务，如智能客服、虚拟医生、虚拟导游、智能理财顾问等；（3）载体型：是指将虚拟数字人作为IP与用户合作进行塑造、开发和创作，如已经诞生10年的虚拟歌手“洛天依”，其“主唱”的绝大多数歌曲由其粉丝基于情感自发创作［10］；（4）替身型：即真人的数字分身，可在虚拟世界和现实世界间相互叠加转化［11］。

2 图书馆虚拟数字人内涵及作用

2.1 图书馆虚拟数字人的内涵

高度拟人化的虚拟数字人可以完成对馆员和用户的模仿，进而创造二者交互的新形态，促进服务模式的变革。此外，在图书馆服务过程中，虚拟数字人还可以突破原有的实体书刊服务、工具软件服务、网页在线服务等形式，再造知识资源的组织呈现方式和服务提供方式，为用户及其他利益相关方提供智能化、个性化的服务，从而成为图书馆专有的智慧服务体。

本文认为图书馆虚拟数字人是通过构建馆员的虚拟形象，让其以“数字替身”的身份为图书馆的知识服务和资源利用等提供更智能化和人性化的途径：（1）形式上，图书馆虚拟数字人将模拟馆员的感知、认知、形态及服务方式，作为馆员的代理人从事智能助手、信息咨询等工作，与实体机器人、网页在线服务相比，图书馆虚拟数字人的感官和感知都更加拟人化；（2）功能上，图书馆虚拟数字人主要是作为“数字替身”在馆员和用户之间进行信息交互，在交流互动、资源形态、信息表现、情感流动等方面为用户提供全新的体验，满足用户沉浸式、智能化、个性化、去中心化的需求。

2.2 图书馆虚拟数字人的作用

商业领域的虚拟数字人一般通过咨询、客服、播报或推送等方式开展用户服务。在图书馆，虚拟数字人主要模仿館员服务用户，因而可以构建虚拟馆员、虚拟助手等角色创新服务模式。图书馆虚拟数字人主要包含三个方面的主要特征：

2.2.1 信息交互方面

信息交互角色多元，虚拟数字人技术将创造性的解构图书馆传统的信息交互和流动关系，真人和虚拟人的职能更为多元，交互边界将被进一步扩展。例如，虚拟助手配合真实馆员可以实现全天候的服务，这种虚拟助手既可以是馆员，也可以是机器，甚至可以是用户。而当用户作为虚拟助手时，用户间的交互就发生了，这种交互方式以用户熟悉或习惯的方式从而弥补了馆员服务的固化，更易形成虚拟社群，进而提升图书馆服务质量。信息交互虚实融合，虚拟馆员与真实馆员是平等的、统一的、融合的。虚拟馆员作为全面客观承载真实馆员能力、情感和知识的载体，其拟人化形态不仅不会损耗原有馆员和用户间的真实情感交互，还可以进一步增强二者间的情感连接，提升用户体验。

2.2.2 知识情境方面

对于用户来说，具象化的知识比抽象的知识更易接受。图书馆虚拟数字人可以再现真实场景，并通过虚实相融的方式向用户传播知识、提供服务，使用户具有身临其境的现场感，进而与知识同频共振。虚拟数字人可以有力支撑图书馆的内容创新、资源重组、数据赋能、服务重塑、情境重构等，用户也可以成为图书馆资源和知识的提供者，从而打破了传统资源生成途径，通过去中心化的UGC（User Generated Content）形成良好的开放生态，提升图书馆资源供给。

2.2.3 技术实现方面

图书馆虚拟数字人展现的是馆员的个性化形态，包含兴趣爱好、知识背景、性别年龄等。虚拟数字人可以打破用户对传统馆员的认知偏差和刻板印象，实现对图书馆员个性的深层表达和充分展现。就技术层面而言，图书馆虚拟数字人可以依据用户画像的相关结果，在智能管理和服务系统的帮助下，因人定制个性化适应性服务。图书馆虚拟数字人承担的智能助手、虚拟馆员等职能可以有效减少真实馆员的重复性劳动，通过对领域知识、用户数据等的不断学习和持续训练可以实现迭代或进化，进而使其与用户的交互更为真实可信。

3 图书馆虚拟数字人的信息模型及其相关应用

数字化的本质是技术赋能的新思维模式和组织迭代，而数字化转型需要对信息和数据进行全生命周期治理，包括信息和数据的获取、处理、交互和呈现等［12］。相比传统的网页服务，虚拟数字人呈现的是具有视听等感官功能的多模态交互。因此，本研究认为虚拟数字人的信息模型应分为信息获取、处理和交互三个阶段。在第一和第三阶段，虚拟数字人的信息表达包含文本、语音、影像、动作等在内的多模态形式；第二阶段是动态合成第一阶段获取的数据；第三阶段结合智能管理和服务平台、知识图谱等技术实现智能或人工形式的多模态交互。基于虚拟数字人信息处理的过程，结合图书馆发展需要以及用户对海量个性化数据的需求，本文构建了图书馆虚拟数字人信息模型（见图1）。

构建图书馆虚拟数字人信息模型后，还需要解决其安全性、效率和满意度等问题。比如，是否能保护沉浸式环境下馆员和用户的隐私，是否能平衡去中心化资源供给下的质量和成本，信息模型是否能支撑有效的多模态数据融合。因此，图书馆虚拟数字人还需考虑融合其他现代信息技术。

图1 图书馆虚拟数字人信息模型（1）区块链技术。图书馆服务场景中的数据采集过程需要缜密、完善的身份认证机制，保证用户拥有唯一的真实身份，规避虚假用户信息。区块链无法篡改的智能合约机制及可追溯性，能够保证图书馆虚拟数字人与真实的馆员和用户相对应，从而确保信息流动过程中的稳定、完整、有序、真实和安全，因此图书馆也可以通过终端设备来进行用户信息获取与身份认证。

（2）动作捕捉技术。动作捕捉技术可以多视角、多方位的全面获取馆员和用户表情、脸像、动作、行为等数据。当前常用的动作捕捉技术包括机械式、电磁式、传感器式、光学式、声学式等［13］。图书馆可以采用性价比较高的计算机视觉动作捕捉技术，提高虚拟数字人的动画制作效率。

（3）表情合成技术。图书馆虚拟数字人的形象与服务、表达和内容应虚实统一，决定其是否能够有效完成情感投射。除传统的基于映射和基于建模学习的表情合成方法外，当前发展较为迅速的是基于深度学习的AI精细化合成技术，如基于自注意力机制和谱归一化的生成式对抗网络（GAN）表情合成方法［14］。该研究结果可输出更加真实的虚拟数字人表情细节，图像质量也更高，而且在虚拟数字人直播过程中，一旦出现画面延迟，该技术可以自动完成表情修补，保证馆员情绪与情感的完整性和连续性。

（4）数据融合技术。图书馆要实现智能化、个性化服务，就需要融合多模态信息，构建数字模型。融合知识图谱技术与专家知识库，可以对知识进行理解，并建立知识之间的关联，实现自主服务［15］。同时，可以运用情感计算技术，构建融入馆员情绪、心理、认知等数据的个性化模型，保证图书馆较为完整的智能性。

4 图书馆虚拟数字人的应用场景

基于图书馆虚拟数字人的主要特征，为进一步协同图书馆员、知识情境和用户，提升图书馆服务质量，本文构建了图书馆虚拟数字人的内部关系（见图2）：（1）基于虚实融合、角色多元的特征，馆员和用户间呈现新的信息交互形式，进而推动了服务方式的拓展和创新，如真实馆员和虚拟馆员协同的服务形式、个性化的虚拟智能助手等，体现了个性化服务的途径；（2）基于开放生态、沉浸感知的特征，鼓励馆员和用户共同参与沉浸式知识资源和学习创作，进而创造出丰富且高度契合用户需求的图书馆资源形态；（3）基于因人定制、持续进化的特征，可以将图书馆服务过程中产生的数据进行充分融合，实现对馆员和用户的精准画像，进而为用户定制适应性服务。

图书馆虚拟数字人是现代信息科技的融合体，将在一定程度上颠覆图书馆的知识生产和服务模式，形成以数据为核心的智能化知识生产与服务生态。基于图书馆虚拟数字人的内部关系，结合国内外图书馆已有的虚拟数字人应用实践，本研究认为图书馆虚拟数字人在替代馆员、知识组织、服务提供、智能咨询、阅读推广、情境陪伴、素养提升、品牌塑造等方面有广泛的应用前景，可以有效提升图书馆的智慧化程度和服务质量。

4.1 替代馆员

图书馆虚拟数字人将为图书馆的数字化转型提供新的契机。图书馆工作人员将其预设数据事先输入至虚拟数字人的数据库中，利用其深度学习技术和交互分析能力为用户提供即时、虚拟、更具深度的问答服务，不断积累的服务数据可持续更新虚拟数字人数据库，使其越用越聪明［16］。与真实馆员相比，图书馆虚拟数字人在工作强度、学习知识、管控流程、处理数据、服务意识等方面有显著优势。图书馆虚拟数字人能够将其在用户画像、基础知识、数据关联、资源评估等方面的模型和规范嵌入传统的图书馆工作流程，改善当前图书馆服务标准不一、服务绩效模糊的现状，提升图书馆服务的标准化水平。同时，图书馆虚拟数字人的实践应用，将真正把用户吸纳到图书馆知识生产与服务体系之中，消除图书馆和用户间的障碍，达到共建共享的高级服务阶段。

4.2 知识组织

在人工智能和机器学习算法的支撑下，图书馆虚拟数字人以海量知识资源为基础，可以构建大范围、无边界、可拓展的知识结构，并经过持续的学习和训练，达到整合、发现和创造新的知识，进而为用户带来更大价值的知识增量。首先，图书馆虚拟数字人可以呈现和表达多语种、跨媒体的融合化内容，为用户提供全新的感官体验；其次，图书馆虚拟数字人可以根据用户的学科背景、知识水平、兴趣爱好、性别年龄等为其定制资源内容，实现个性化的按需定制；再次，图书馆虚拟数字人可以通过语义分析及对信源的控制，规避各种类型的不良信息，构建安全健康的知识生态。

4.3 优化服务

图书馆虚拟数字人可以充分利用智能交互手段，为用户提供适应性服务。图书馆虚拟数字人通过对用户行为数据的监控和分析，向用户提供个性化的知识、工具和指导。如真实馆员和虚拟数字人可以并行服务，不仅可以拓宽服务方式，还可以创造丰富的知识情境，为用户的学习和发展提供支持的同时，也使得图书馆提供个性化、适应性服务的复杂性进一步降低。另外，通过数据的不断积累，可以推动图书馆虚拟数字人系统的持续进化和升级，提高图书馆的智慧化程度。

4.4 智能咨询

智能咨询是图书馆虚拟数字人中较为广泛的一种应用。图书馆可以结合自身特征，对虚拟数字人进行图书馆专业知识、交流沟通话术、业务工作流程、常见问题解决方案等方面的系统训练，坚持履行及时、主动、持续的适应性服务理念，帮助用户解决资源选择、使用和评价过程中可能遇到的各种问题，还可对潜在用户着重进行资源推荐、信息推送等活动，激发潜在用户阅读兴趣，促成资源使用行为，也要面向用户适时地提供各种资源、工具、产品和活动，提升用戶留存率。

4.5 阅读推广

与传统的真人阅读推广相比，图书馆虚拟数字人不仅在知识资源储备和提炼方面有着巨大优势，而且在人物形态、声音、技能和性格方面更具新鲜度和亲和力，可以让用户在尽可能短的时间内掌握图书的核心思想、重要内容和相关知识，极大地提升用户的知识获取效率，有效帮助用户建构自身的知识结构，及时准确地响应和反馈，还能极大的提升用户满意度和获得感。从交互视角来看，传统的阅读推广工作难以逐一满足用户的交互需求，而图书馆虚拟数字人可以凭借算法模型对海量反馈信息进行内容分析，精准定位用户的高频需求并实时满足。

4.6 情境陪伴

图书馆虚拟数字人是情感化设计的产物，其清晰人设和逼真形象，使其与用户之间更易建立一种情感连接关系［17］。同时，情境识别和情绪体验也是图书馆虚拟数字人智慧的重要体现，虚拟数字人可以通过用户的语言、声音、脸像、体态和环境等信息来推断用户的生理状态及其所处的场景氛围，进而在情感计算（Affective Computing）的支持下实现人机交互，掌握用户习惯，理解用户真实需求。用户在图书馆虚拟数字人陪伴过程形成深度的、持续的情感连接和依附，将极大地增加用户黏性，提升图书馆知识传播效能。

参考文献

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