虚拟现实技术在数字博物馆中的应用与发展
时间：2023-04-19 08:15:03 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
徐贝
（郑州大学，河南 郑州 450001）
数字博物馆是由现代信息技术与博物馆业务相结合产生的，以实体博物馆为基石，是实体博物馆在互联网的延伸。数字博物馆突破了传统博物馆的时空界限，越来越受到大众的青睐，为了更好地服务观众，发挥数字博物馆的价值，虚拟现实技术被引入数字博物馆的建设中。利用虚拟现实技术可以制作虚拟展览，可以将文物的结构形态用更加丰富的形式展现出来，极大增强了数字博物馆的互动性与沉浸性，改变了以往数字博物馆图片式的展示方式，弥补了数字博物馆缺乏真实性的缺点，为数字博物馆带来了新的发展机遇，未来数字博物馆的发展还有很大的进步空间。
1.1 虚拟现实技术和数字博物馆
数字博物馆是运用数字、网络技术，将自然和人类文化遗产及其包含的一切信息以数字化的方式完整呈现于网络上，包括数据的采集、整理、保存和展示。数字博物馆的整体框架分为三个层次，分别是信息采集层、信息整合层、信息展示层。①与实体博物馆相比较，数字博物馆有其独特的魅力：一是数字博物馆利用技术手段对藏品的信息进行全面采集，对藏品信息进行高质量的表达，大大提高了藏品资源的可读性；
二是数字博物馆可以有效减少易损文物的展出时间，缓解了藏品保护与利用的矛盾；
三是数字博物馆突破了时空的界限，为公众参观浏览提供了极大的便利性，提高了博物馆资源的开放性和利用性；
四是数字博物馆为观众提供了个性化的服务，观众可以根据自己的需求进行选择与浏览；
五是数字博物馆为博物馆与观众提供了双向互动的平台，吸引了观众的注意力，实现了博物馆与观众的高度互动。
“虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是指用计算机技术、电脑仿真、人工智能、显示及网络并行处理等最新的技术来模拟和虚构现实社会的客观事物，是一种模拟人类视觉、听觉、力觉、触觉等感知行为的高度逼真的人机交互技术。”②虚拟现实技术的最大特点就是沉浸性和交互性，强烈的临场感让观众身临其境。
虚拟现实技术的逐步成熟与其独特的优势，为建设数字博物馆提供了极大的技术支持，为数字博物馆的展示与传播提供了新的途径与视角，提高了数字博物馆的建设水平与服务质量。
1.2 虚拟现实技术在数字博物馆中的应用优势
1.2.1 共享丰富逼真的文物资源
传统的实体博物馆只能在固定时间、固定地点为观众提供服务，服务范围有限，因场地、陈展设计、技术限制等问题，数以千万的文物只有一部分可以在博物馆中展出，还有绝大多数无法进行展出，在文物库房束之高阁。如果这些文物无法面向广大群众，就无法传递其真正的文化内涵。随着数字博物馆的快速发展，观众可以随时利用互联网以及移动终端参观博物馆，为公众提供了便捷的参观条件。不受空间的限制，一定程度上缓解了地区差异带来的博物馆资源分配不均的问题；
不受博物馆建筑空间的局限，数字博物馆可以展出实体博物馆无法展出的文物藏品，提高了藏品的利用率。利用虚拟现实技术制作文物的三维动态影像，可以使观众清楚地看到文物的形态结构与纹饰纹理，还可以深入挖掘文物的历史价值、艺术价值、科学价值，用更加全面、生动、引人入胜的方法展示出来。相较于静态的图片展示，3D的动态展示更加逼真且全面地展示了文物的信息，如：一些古籍、手稿等，相对于静态的图片展示，利用虚拟现实技术将其制作成真实的书本形式，观众可以自主翻页、检索，以便观众研究学习；
带盖的文物，3D动态模型可以让观众将文物的盖子打开，观察内部结构；
还可以模拟遗迹发掘的现场环境，让观众有机会看到考古现场，了解现代考古、增强保护文物的意识。数字博物馆以及虚拟技术的应用，扩大了文物资源整合的范围，提供了个性化的服务，让观众可以真正享受到这些丰富的文物资源，激发观众与文物互动的热情，更好地满足观众对于文物的探索欲和求知欲，提高数字博物馆的服务质量，有利于实现博物馆资源的全社会共享，提高博物馆资源利用的公平性与开放性，吸引更多人关注和支持文博事业的发展。
1.2.2 降低文物损坏，保护易损文物
博物馆收藏了从古至今人类社会生产活动中遗留下来的各类遗迹与遗物，受时间因素和保存环境影响，有些文物本身较为脆弱，易受损，需要严格控制保存环境的温度和湿度，极为珍贵的文物还会限制展出次数，甚至不展出。例如，纸质文物容易褪色、发黄和受到霉虫的威胁，即使经过修复也很难长期展出。对于不可移动文物来讲，一些古建筑历经千年，难以修缮，已经不适宜观众参观，尤其是一些古寺、古庙等多层的建筑，还存在一定的安全隐患。在这种情况下，数字博物馆的数据保存与在线浏览就显得极为重要了。实体博物馆可以利用专业设备将文物实体资源转换为数字资源，并加以完善处理，在虚拟技术的加持下，使不经常展出的易损文物、不便参观浏览的历史古迹能被更多人看到。虚拟技术还可以作用于观众的听觉、触觉，让观众听到文物的声音、感受到触摸文物的感觉。观众可以360度观看文物的细节，甚至可以“把玩文物”。一些不便参观的古迹、古建筑等，可以利用虚拟现实技术，按1∶1的比例建立三维模型，真实还原其内外的结构，利用全景虚拟，可以满足参观者零距离观看与研究文物的愿望，使文物展示更加生动具体。除此之外，等比的虚拟建模还可以助力文物修复者制订修复方案，预设修复结果，在反复验证中得到最合适的修复方案，修复过程还可以录制视频，为以后的文物保护提供经验。虚拟现实技术的应用不仅让观众全方位感受文物，还妥善地处理了文物保护与利用的矛盾，实现了文物资源的永久保存，让文明以信息化传承。
1.2.3 逼真的参观环境和互动体验
观众在参观浏览数字博物馆时，缺乏实际参观的真实体验，无法对单散的文物资源形成系统的知识概念。将虚拟现实技术用于数字博物馆中，在保证内容真实性的基础上，优化空间展示的表达形式。例如，按照历史发展脉络、器物类别展示文物、制定固定主题整合文物资源等。“及时与实体博物馆进行对比，做出改进和调整，以更加合适的形式进行展示，力求做到虚拟环境的‘物尽其用’‘因地制宜’。”③仅仅只展示图片和文字的数字博物馆难以吸引观众，发挥价值，将虚拟现实技术应用其中后，多重的感官刺激提升了观众的沉浸感。自主选择可以提升观众的互动体验，观众可以自行浏览感兴趣的内容，可以在自主参观中获取更多的信息资源，并且不受时间地点以及设备的限制。良好的参观环境以及互动体验使观众主动与博物馆进行互动，提高了观众汲取知识的自主性与积极性，有助于数字博物馆最大化发挥其社会价值。
2.1 虚拟现实技术在数字博物馆中的应用现状
虚拟现实技术在数字博物馆中的应用主要是三维物体的建模、纹理映射、虚拟全景技术。笔者总结了故宫博物院、中国国家博物馆、上海博物馆等10家博物馆VR技术的开发使用情况（表1）。就目前的使用情况看，使用场景还是略显单一，主要为藏品的3D展示和虚拟展厅的参观游览。
表1 数字博物馆VR技术开发使用情况概览
故宫博物院VR技术的开发与使用情况是目前最好的，不仅对可移动文物做了较为全面的3D展示（图1），还利用虚拟现实技术开发了一系列以故宫为核心的应用模式，如虚拟显示节目《紫禁城·天子的宫殿》、虚拟展览（图2）、全景模拟参观的全景故宫（图3）和云游故宫，以及利用专用的VR设备读取网页链接，就可以跟随虚拟导览或自由参观养心殿、倦勤斋等建筑的V故宫系列（图4）。还开发了手机端可以使用的App，如提供全景虚拟漫游的故宫展览、可以“把玩”所有故宫陶瓷的故宫陶瓷馆等，符合时代发展的趋势，为观众提供了更加便利的使用方式。
图1 故宫博物院数字多宝阁
图2 故宫博物院虚拟展览
图3 全景故宫
图4 V故宫
2.2 虚拟现实技术在数字博物馆应用中的问题与思考
虚拟现实技术在数字博物馆建设中发挥着不可替代的重要作用，越来越多的博物馆开始尝试使用虚拟现实技术，为博物馆的数字化建设注入活力。但是从使用开发现状我们也看到了以下几方面的不足：
一是虚拟现实技术需要专业的技术人员，博物馆的从业人员不具备专业的技术，这方面的业务博物馆基本会选择外包或者联合其他机构一起建设，需投入大量的资金，后期的运营、维护成本也很高。而博物馆可投用在这方面的资金有限，博物馆应该主动寻求社会群体的支持，积极与相关机构、企业等建立合作关系，申请专项资金等，多渠道、多途径地筹集建设资金，为数字博物馆的发展奠定坚实的物质基础。
二是在采集文物数据时，对相关设备要求极高，不能对文物造成损坏，还要尽可能清晰、完整地采集所需要的信息，将文物的细微之处尽可能完美呈现。一方面，专业人员要积极攻克技术难题；
另一方面，博物馆要购买更加优质的设备，确保全面无损地采集文物的真实信息。
三是目前数字博物馆使用虚拟现实技术呈现出大馆强、小馆弱的状态，整体发展不均衡，当然这与缺少资金和人才有密不可分的关系，也与博物馆的未来发展规划有关。大馆要积极主动对小馆数字化建设提供技术支持和经验分享，促进馆际交流与帮扶，共同促进中国博物馆事业的发展。
四是承载数据的载体寿命有限，要注意及时备份和更换。数字化的数据容易被下载与复制，版权安全存在隐患。网络安全也不容忽视，防范计算机病毒与黑客的入侵，选择安全性、稳定性高的服务器，建立防火墙，及时进行数据备份等，保障数字博物馆信息的安全与运行的稳定。
五是虚拟现实技术的使用场景略显单一和局限，数字博物馆并不只是实体博物馆的复制和照搬，也不是馆内资讯的简单传递。藏品展示与陈列展览固然重要，但博物馆功能的实现并不只局限于此，数字博物馆的建设与虚拟现实技术的使用还有待突破和加强，积极创新VR技术的使用场景，开发新的使用项目，是数字博物馆发展的趋势。
在利用VR技术建设数字博物馆的过程中，要注意内容的真实性，实体藏品是一切数据资源的根本，无论是文物本体，还是文物内涵价值，都必须是真实的、有效的。数字博物馆在展示设计上也要注意与实体博物馆相联系，文物的排列组合要有一定的脉络和逻辑性。一些观众喜欢的临时展览，也可以在数字博物馆中最大限度地保存，做到虚实结合。实体博物馆与数字博物馆是相互补充，而非相互替代，“数字博物馆仅仅是实体博物馆的‘翅膀’，而绝不是‘掘墓人’”④。
数字博物馆在建设过程中需要大量专业的技术人才和博物馆人员进行建设、维护、更新，博物馆要注重人才的培养，为数字博物馆的建设配备坚实的专业团队。数字博物馆在建设时要充分考虑博物馆的性质与责任，防止文物资源被盗用，防止参观人数过多导致网站崩溃。除了专业技术问题以外，还要考虑用户的浏览习惯、参观体验以及不同用户的不同需求。例如，语言的多样选择、文字介绍分简单和详细两版、界面简单明了有特色、及时吸取观众意见进行优化升级等。“相关研究人员应充分研究虚拟现实技术的搭建和空间设计展示项目，做到合理利用展示空间，以及设计合理的展示视角与参观者的空间尺度距离等问题。”⑤
数字博物馆未来的发展建设要形成合力，各博物馆之间交流建设经验，分享建设成果，各区域间大馆帮扶小馆，促进数字博物馆的整体和谐发展。馆际联合，创建数字博物馆联盟平台，实现一个入口与多个连接，不仅为观众的参观提供便利，也为数字博物馆的发展提供合作交流的平台。博物馆还应积极寻求与社会机构、企业等的合作，为数字博物馆的发展寻助求力。
数字博物馆在今后的建设中要综合利用多种技术资源完善展示效果。虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术、增强现实（Augmented Reality，AR）技术、视频动画等多媒体技术都要综合利用，“结合多元的展示形式、高效逼真的建模，真实的空间感与质感设计，契合主题的光效与音效设计等”⑥，通过多重的感官刺激，为观众带来沉浸式的参观体验，给人身临其境之感。在高速发展的信息化时代，数字博物馆的发展是大势所趋，各种信息技术的应用，使数字博物馆更具有真实的体验感，提高了观众参观的趣味性和浏览量，扩大了传统博物馆的服务范围，能更好地服务于广大人民群众日益增长的文化需求和社会的发展进步。
注释
①刘绍南.数字博物馆系统架构初探[J].东南文化，2010（4）：99-103.
②洪炳镕，蔡则苏，唐好选.虚拟现实及其应用[M].北京：国防工业出版社，2005.
③⑤苏燕，李光举.浅谈虚拟现实技术在数字博物馆空间设计中的应用[J].中国管理信息化，2019（12）：133-134.
④《博物馆学概论》编写组.博物馆学概论[M].北京：高等教育出版社，2019.
⑥张苏卉.数字博物馆的沉浸性研究[J].创意与设计，2013（2）：49-52.
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