虚拟现实（VR）在智慧博物馆中的应用综述
王春叶
（中国国家博物馆，北京 100006）
摘 要： 文章论述了当前智慧博物馆中引入虚拟现实技术的必要性，阐述了国内虚拟现实技术研究现状，并结合国内外应用该技术的成功案例加以分析。
关键词： 智慧博物馆；虚拟现实；增强现实
随着经济的飞速发展，人们对文化的需求日益增多，国家也越来越重视文化的发展。2013年12月30日，习近平总书记在主持中共中央政治局第十二次集体学习时提出，要系统梳理传统文化资源，让收藏在禁宫里的文物、陈列在广阔大地上的遗产、书写在古籍里的文字都活起来。要以理服人，以文服人，以德服人，提高对外文化交流水平，完善人文交流机制，创新人文交流方式，综合运用大众传播、群体传播、人际传播等多种方式展示中华文化魅力[1]。传统的展览方式一般是实物展览配上展览说明，这些展陈方式对于非专业人士来说索然无味。如何让文物、遗产、文字活起来呢？随着VR、AR、全息投影等技术的发展，将每一件展品放在一个情景里，让公众身临其境，让展览变活成为了可能。
在我国，小麦的面积和总产仅次于水稻和玉米，为第三大粮食作物，在国民经济中占有重要地位。面粉颜色是小麦品质评价的重要指标，而籽粒黄色素含量是影响面粉颜色的主要因素。因此，研究小麦籽粒黄色素含量形成机制及其相关基因，对我国小麦面粉颜色品质改良具有重要意义。
1 虚拟现实技术
1.1 虚拟现实的概念
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR），又称灵镜技术，指用计算机技术产生“虚拟”的世界，让体验者能够无限制、自由化地观看，以获得体验的沉浸感[2]。VR技术诞生了20多年，被称为21世纪计算机领域最新奇、最重要的研究之一[3]。VR技术具有沉浸感、交互感和仿真性。其中沉浸感可以使体验者通过看、听、摸、闻、尝去感受由计算机虚拟产生的场景，体验者可达到全身心投入如身临其境的感觉。所谓的交互就是互相交流，交互的主体是人与机器，可产生人与机器的互动，人与机器到机器与人的互动，体验者通过各种配套设备输入信息，获得想要的虚拟环境。仿真是指对现实生活的模拟，利用计算机构造模型去仿照现实世界，生成虚拟世界，VR技术正是让体验者感受到真实的虚拟世界[4]。
1.2 增强现实的概念
增强现实（Augmented Reality，简称AR）是通过计算机系统提供的信息增强用户对现实世界感知的技术，在真实的世界里融入虚拟的信息，从而达到超越现实的感官体验。在视觉化的增强现实中，用户通过头戴设备，可以在真实的世界中看到由计算机生成的场景，并且真实的世界和虚拟的场景很好地融合在一起，如同置身于那个环境。通过构造一个特定的场景，给人以身临其境的感受，达到教育和学习的目的[5]。
AR与VR最大的区别就是，VR所构建的画面是完全虚拟的世界，体验者在头盔内看到的影像全部都是由计算机虚拟的，而AR所构建的情景除了虚拟画面还有他所在的现实空间。
2 智慧博物馆中应用VR、AR的必要性
虚拟现实是1960年美国提出的概念。当时计算机硬件以及通信技术的不发达导致了虚拟现实技术并没有流行。20世纪90年代后，随着科技的进步，虚拟现实技术得到了越来越多的关注。
图2给出了GaAs晶体体内椭圆主轴y”和z”指向随太赫兹振幅的变化.从图2可以看出，椭圆主轴y”和z”指向随太赫兹振幅的变化趋势不同.当E0(0.1 ,0.5)范围内时，z”轴指向与y”指向恰好相反，随着太赫兹振幅的增大，y”指向慢慢增大，但是z”指向随着太赫兹振幅的增大而慢慢减小.当E0(0.5,2.0)区间时，y”指向和z”指向的变化趋势恰好相反.
通过全景式图像，游客如同置身于故宫，欣赏世界上规模最大、保存最完整的紫禁城宫殿建筑群。对于重要的文物和建筑都进行了标注和说明，游客可以更加直观地了解它的用途。在该项目中还设有虚拟游戏，游客可以参与其中，如参加射箭、斗蟋蟀以及古代娱乐项目——围棋，也可以参观一些如“皇帝御膳”“宫廷绘画”的场景[10]。
2008年，北京故宫博物院与IBM公司合作，推出了“超越时空的紫禁城”网上虚拟体验项目。该项目利用虚拟现实技术建起“虚拟数字故宫”，将故宫中的建筑和文物通过影像采集、数字处理、压缩技术等制成三维形象，集成高清晰、超宽屏幕和环绕立体声数字音响，使人们能够随意从各种角度观看和欣赏建筑、文物。普通浏览者不用佩戴特殊的眼镜或传感手套，只要运用手中的键盘和鼠标就能走遍故宫[9]。
虚拟现实打破了博物馆的许多困境，如参展人数控制，游览时间限制，还有近距离观察甚至触摸展品的愿望。实体博物馆受到空间的限制可容纳的观众数有限，而且深度游览一个博物馆需要几天甚至几周的时间，这对游客来说都是限制。还有的游客看到某件十分感兴趣的物品想实际感受一下它的质地，但出于对文物的保护这显然是被禁止的。在虚拟博物馆中，观众可以不受地理位置、时间的限制，通过一定的设备，甚至连触摸、放大观察文物都能得到满足。
3 虚拟现实的研究现状
虚拟现实是科技发展的必然趋势。21世纪以来，物联网技术、云计算技术、移动互联技术、大数据技术、人工智能技术的发展促进了人们对VR、AR技术的研究，应用的行业也越来越广泛。2016年11月10日，刘延东副总理在联合国教科文组织国际博物馆高级别论坛的主旨发言中明确指出：“要发挥互联网、大数据、数字化的优势，建设智慧博物馆，让藏品跨越时空，飞入寻常百姓家。”[6]2016年12月6日，五部委印发《“互联网+中华文明”三年行动计划》，提出要鼓励、支持智慧博物馆建设[7]。所谓的智慧博物馆建设就是将新技术、新理念应用于博物馆的研究管理展示与教育中。
3.问题的设置必须有一定的针对性和适度性。教师在进行课堂问题设置的时候，必须根据数学科目的特点进行，保证课堂问题设置的针对性和适度性。适度性指的是教师在进行问题设置时，必须根据实际教学内容和教学目标进行，仔细分析教材，这样设置出来的问题不仅能够反映出学生学习数学知识的发展过程，还能够确保其满足学生的学习需要，难度不会过于简单也不会太大，这样学生的学习兴趣才会更加容易被激发出来。针对性就是教师在设置问题时，应该特别注意学习中重难点的关系，这样学生便能够不断加深对知识的记忆和理解，更好地突破学习中的难点，提高自己的数学成绩。
我国专家对虚拟现实的研究起步较晚，大约是从1992年开始的。在知网中以“虚拟现实”为主题进行搜索，有3万多条结果，从1992年只有2篇文章到2018年的4350篇，基本呈逐年上升的趋势。文章类型有对虚拟现实技术的综述，也有虚拟现实在各行业的应用。代表性的单位有北京航空航天大学、浙江大学、中国科学院、北京理工大学等，这些单位先后成立了虚拟现实重点实验室。我国虚拟现实技术最早应用在军事、航空等尖端领域。2014年Oculus Rift头盔显示器的研制以及Facebook以20亿美元收购Oculus标志着VR的应用开始由高端应用向高端和民用两个方向发展。这在知网论文统计中也有所体现，2014年开始知网发文量呈直线剧增，2016年更被称为VR元年（图1）。
4 虚拟现实在文博行业中的应用实例
4.1 卢浮宫
卢浮宫推出了在线虚拟参观，满足了世界各地的观众对卢浮宫的向往。打开卢浮宫的官方网站，安装免费插件Quick-Time VR（第5或更高版本）即可浏览全景。该虚拟展厅有若干种语言版本，网站通过访问者IP自适应。通过虚拟展厅我们可以浏览希腊、伊特鲁里亚、罗马的文物、工艺品、雕塑以及东方文物、埃及文物、素描和版画八个藏品部门的45个虚拟展厅。我们可以沉浸式欣赏蒙娜丽莎、米罗的维纳斯、胜利女神像等镇馆之宝[8]。
4.2 故宫博物院
硝酸甘油主要用于缓解心绞痛，作舌下含服，迅速达到血药浓度高峰，因而心绞痛的患者外出时会随身携带硝酸甘油以备急需，但硝酸甘油见光易分解，应放在棕色瓶内，存放于干燥处。另外，硝酸甘油还易潮解失效，因而瓶子上端会塞有纸团，以隔绝药片与瓶口空气的接触，避免潮解。
学案导学教学中的导即开导、启迪之意，导学不是传统教学意义上的辅导教学，这里的导学是以学案为依托、以素质教育为指导、以培养学生的创新能力为目的，对学生的导思、导读、导练的过程。
图1
AR、VR等技术在智慧博物馆中的应用，可以让文物活起来，可以让观众不再有地域、时间的限制。随着观众的知识水平与知识结构发生变化、旅游业的持续高温和观众素质提升，人们对博物馆的展陈内容、手段及效果都有了更高的要求。虚拟现实多种体验方式让观众有更好的体验，让文物活起来，传播好中华文明，讲好中国故事。
4.3 首都博物馆妇好墓项目
2016年，由北京水晶石数字科技股份有限公司与首都博物馆合作的“王后 母亲 女将——纪念殷墟妇好墓考古发掘四十周年特展”之墓室复原，参观者通过佩戴VR眼镜、手机扫码，可沉浸式体验整个墓室空间细节和下葬过程，感受妇好墓的震撼场景[11]。
博物馆具有收藏、保护、展示、研究藏品的功能，展览可通过运用增强现实、虚拟现实、全息投影等新技术创新展陈方式，让文物活起来，让观众融入到展览中，吸引观众，达到教育目的。
4.4 伦敦科学博物馆
英国伦敦科学博物馆开启了让蒂姆·皮克（Tim Peake）作向导带你游览外太空的虚拟现实体验项目。蒂姆·皮克（Tim Peake）是欧洲宇航局的第一位英国宇航员，他曾经在国际空间站度过了6个月。体验者带上头盔可以全视角感受作为宇航员在太空中穿梭的经历。蒂姆·皮克评价该项目时说：“某一个人通过佩戴VR设备体验我的第一次太空任务，这真得令人惊叹，科学博物馆的游客将体验非常真实。”足见沉浸感十足[12]。
5 虚拟现实在博物馆中的应用
5.1 应用在展览设计中
那么它究竟是神言呢还是絮咿？按照罗兰·巴特的意见，絮咿犹如婴儿的语言，只是提出“无耻”的要求，将口腹之悦与语言之悦掺和混淆了。 而“要求”所处的区域乃是政治，絮咿之文与政治之文都是“冷感”的。 冷感意味着只是按照理性(利益)要求而为，是“受写作之纯粹需要的影响而形成”的，所以絮咿之文“仅仅是语言的泡沫而已”[6]9，既不能给人真正的愉悦，也不能让人陶醉。
5.2 社会教育中的应用
使用虚拟现实技术，观众通过虚拟现实头盔，探索文物的历史变迁，查看博物馆藏品的3D扫描图像，把游客传送到历史中，给予公众更多的沉浸式和交互式体验。不仅能让观众看到自己想看的东西，还能让观众参与其中，激发其学习兴趣。
5.3 文物修复、保护中的应用
对于需要修复、保护的文物，利用虚拟现实技术可以在采集的模型上进行模拟修复，检验修复理念和方式，确定修复方案后再进行实际修复，提高文物保护修复的精确度。这对于不可移动文物修复（如古建筑修复）尤为重要。传统的修复方式需要投入大量的人力、物力，且效率低下，也存在对文物的再次伤害。利用VR技术和高速三维扫描设备，可以快速对需要修复的古建筑建立详细的立体影像，提供准确的定量分析，建立三维数据库，保存文物建筑的各种空间关系，为选择最佳的古建筑修缮保护方案提供视觉和数据方面的直观依据[13]。
VR技术在智慧博物馆中的应用可以按照分步走的模式逐步开展。
第一步，进行相应的硬件设施构建、基础设施建设，同时着力培养相应人才。虚拟现实的应用对服务器、存储设备、通信网络等都有较高的要求，只有在这些软硬件基础设施都具备的情况下才可以开展。也可以提升体验感受，比如构建虚拟化云计算平台。
第二步，完成藏品的3D数据采集，场馆环境虚拟化，构建虚拟化生态场景。博物馆建筑、公共场所及基本陈列虚拟化。
第三步，有针对性地挑选展览虚拟现实。对于传统展示手法无法表现的可以优先借助于虚拟技术模拟复原、三维动态展示、局部细节放大等手段进行展示。可以较多运用交互式体验、沉浸式体验，激发观众兴趣，达到更好的教育目的。
第四步，待虚拟现实技术消费更加平民化后，设计互动游戏、优化游览体验等完善虚拟化。
参考文献
[1]潘婧瑶.习近平谈文物保护工作的三句箴言[EB/OL].http://politics.people.com.cn/n1/2016/0413/c1001-28273470.html.
[2]孙略.VR、AR与电影[J].北京电影学院学报，2016（3）：13-21.
[3]陆颖隽.虚拟现实技术在数字图书馆的应用研究[D].武汉：武汉大学，2013.
[4]刘慧.VR与AR技术对数字媒体艺术的影响[J].科技传播，2016（23）：62-63.
[5]徐俊.增强现实（AR）技术在公共图书馆中的应用前景与风险分析[J].大学图书情报学刊，2018（2）.
[6]刘延东副总理在联合国教科文组织国际博物馆高级别论坛的主旨发言.
[7]五部门联合印发《“互联网+中华文明”三年行动计划》[EB/OL].http://www.sach.gov.cn/art/2016/12/8/art_722_135614.html.
[8]卢浮宫博物馆官方网站[EB/OL].https://www.louvre.fr/zh.
[9]IBM打造“超越时空的紫禁城”虚拟世界发布[EB/OL].http://smb.zol.com.cn/109/1090861.html.
[10]超越时空的紫禁城虚拟世界发布[EB/OL].http://smb.zol.com.cn/topic/1085731.html.
[11]http://www.capitalmuseum.org.cn/index.htm.
[12]http://https：//www.sciencemuseum.org.uk/see-anddo/space-descent-vr-tim-peake.
[13]张学慧.从文物保护修复理念看博物馆VR技术的应用前景[J].文物世界，2017（5）：65-67.
【作者简介】 王春叶，中国国家博物馆馆员。