元宇宙視域下的智慧圖書館服務模式與技術框架研究

　　摘 要：[目的/意義]元宇宙的出現為智慧圖書館服務模式的改進提供了一種全新的思路和方法。[方法/過程]文章在述評元宇宙概念及其研究現狀的基礎上，構建了圖書館元宇宙體系架構，探討了物理層、軟件層、數據層、規則層、應用層和交互層 6 個層次的功能。 [結果/結論]認為元宇宙能對智慧圖書館服務產生積極的促進和影響，并對元宇宙視角下智慧圖書館建設需要解決的問題進行了分析，以期為元宇宙在智慧圖書館中的應用研究提供借鑒參考。

　　關鍵詞：元宇宙;智慧圖書館;服務模式;虛擬現實;區塊鏈

　　李默 情報理論與實踐2022-01-11 11:49

　　2021 年可以被看作元宇宙元年，隨著元宇宙概念第一股 Roblox 公司在 3 月成功登錄紐交所，蘋果、Facebook、谷歌、華為、微軟、字節跳動等巨頭也都開始對元宇宙進行投資，元宇宙成為了 2021 年科技領域最火爆的概念之一，而且迅速引起了科技界、金融界、思想界和文化界等多個領域的關注和探討。簡單來說，元宇宙是映射現實世界的在線虛擬世界，它通過吸納人工智能、虛擬現實、信息通信、互聯網等多種技術革命成果，最終構建出與傳統物理世界平行的全息數字世界。另外，從智慧圖書館發展的歷程來看，未來智慧圖書館的服務和資源將廣泛存在于物理空間、虛擬空間和用戶個體三者之中，實現三方之間的同步互聯和融合互動將促進圖書館智慧生態的進化。元宇宙具有感知性、共享性、收斂性和物理持久性等特征，基于元宇宙視角，探究其對智慧圖書館服務模式的改進，設計基于元宇宙概念的技術框架，對圖書館智慧服務的進一步發展具有一定的理論價值和實踐意義。

　　1 元宇宙概述

　　“元宇宙”(Metaverse)一詞出自作家 N. Stephenson 撰寫的科幻小說《雪崩》，書中將元宇宙描寫成一個平行于現實世界的網絡世界，現實世界中的每個人通過數字替身(Avatar)在元宇宙中生活。就像電影《頭號玩家》中的“綠洲”和游戲《我的世界》那樣，元宇宙脫胎于現實世界但又與現實世界平行，是越來越真實的數字虛擬世界。維基百科對元宇宙的定義為：“一個集體虛擬共享空間，由虛擬增強的物理現實和物理持久的虛擬空間融合而創造，包括所有虛擬世界、增強現實和互聯網的總和。” [1] 在全球新冠肺炎疫情背景下，由于居家隔離需求，人們的日常生活、工作、學習、娛樂等多種線下行為被迫轉變到在線數字化場景中。例如，中國傳媒大學和加州伯克利大學在沙盒游戲《我的世界》上舉辦畢業典禮，畢業生們以虛擬形象參加;Zoom 等在線視頻會議工具在疫情期間得到了廣泛應用;美國著名流行歌手 T. Scott 在游戲《堡壘之夜》中舉辦了一場虛擬演唱會，全球超過千萬游戲玩家成為觀眾;全球頂級 AI 學術會議 ACAI 在《動物森友會》上舉辦研討會，演講者在游戲中播放 PPT 發表講話。隨著線上線下行為的打通，人們可以自由地切換身份，穿梭于真實世界與虛擬世界之間，在任意一個由虛擬空間和時間節點構成的“元宇宙”中存在。

　　元宇宙不是一款游戲產品，其在當今語境下的內涵也遠遠超越了《雪崩》中提到的元宇宙，已經成為數字經濟創新和產業鏈的新領域，為人類社會實現數字化轉型提供了新路徑，是互聯網進化的未來。Roblox 提出了通向元宇宙的 8 個關鍵特征：①身份(Identity)：自由創造的虛擬形象，現實世界用戶的第二人生;②朋友(Friends)：通過社交網絡，用戶可以進行跨空間的多維社交;③沉浸感(Immersive)：現實世界與虛擬世界的無障礙連接;④ 隨地(Anywhere)：不受地點限制，利用終端能夠隨時隨地出入;⑤多元化(Variety)：超越現實生活的自由和多元性;⑥低延遲(Low Friction)：采用 5G、邊緣計算等技術，消除虛擬世界的失真感;⑦經濟(Economy)：用戶原創內容產生價值，并可與現實世界經濟打通; ⑧文明(Civility)：創建文明體系，是元宇宙的最終發展方向。另外，元宇宙還有其特定的產業價值鏈構造，研發工具商 Beamable 公司將元宇宙市場的價值鏈劃分為 7 層：體驗(Experience)、發現(Discovery)、創作者經濟(Creator Economy)、空間計算(Spatial Computing)、去中心化(Decentralization)、人機交互(Human Interface)、基礎設施(Infrastructure) [2]。這一價值鏈包含了從用戶端尋求的體驗到能夠實現這種體驗的科技，以及由創作者支撐、建立在去中心化基礎上的未來元宇宙愿景。元宇宙旨在構建一個持久的虛擬空間，同時保持對現實世界的感知和體驗，這就需要秉持共創、共建、共享、共治的價值觀，全面融合大數據、人工智能、VR/AR、5G、區塊鏈、 3D 引擎等新技術，形成包括數字資產、數字市場、數字貨幣、數字創造、數字消費等因素的新經濟模式[3]。人類社會正在逐漸邁入數字化時代，而元宇宙不是下一代互聯網，而是下一代網絡——數字網絡。

　　2 元宇宙與智慧圖書館服務

　　2003 年芬蘭奧盧大學的 M. Aittola 首次提出了“智慧圖書館”概念，將移動閱讀和智能感知引入到圖書館服務中[4]。之后，隨著人工智能、大數據、5G、物聯網等技術的發展，智慧圖書館能夠提供越來越精準的、高質量的智慧服務，這些服務既包括傳統的閱覽、流通、講座、展覽、閱讀推廣等基于圖書館空間場所的交流服務，又包括圍繞知識數據獲取的搜索、收集、整合、組織、發布、存儲等數字技術服務，所有這些智慧服務可被稱為圖書館智慧化發展的上半階段。而在圖書館智慧化發展的下半階段，智慧服務將不再以具體的時間、地點以及場所等物質結構為主要要素，而是以移動互聯網、用戶及其體驗作為主要要素，在這一階段，智慧圖書館將基于移動設備、大數據、傳感器、定位系統、社交網絡等多種應用技術構建虛擬空間，為用戶營造一種圖書館在場感，使用戶可以隨時隨地地獲取個性化服務。元宇宙的出現為圖書館智慧化發展的下半階段提供了新的思路和動力，擴展了圖書館智慧服務的領域和邊界，用戶突破了在圖書館現實空間中的限制，能夠自由進入不受現實因素限制的圖書館虛擬空間(可稱之為“圖書館元宇宙”)。圖書館元宇宙可以理解為元宇宙的圖書館應用，它通過為圖書館用戶創建數字身份，使用戶可以在虛擬的圖書館場景中進行學習和交流。與傳統圖書館服務相比，圖書館元宇宙對圖書館智慧服務方式的影響和改進主要體現在以下幾個方面。

　　1)沉浸式的智慧圖書館服務體驗。沉浸式體檢將是未來智慧圖書館服務最核心的特征，圖書館元宇宙為用戶營造了一個新的虛擬世界，用戶在其中能夠感受到沉浸式的全息通信、拓展現實、智慧交互、感官互聯等服務體驗。沉浸式交互設備是用戶與圖書館元宇宙之間的橋梁，其除了提供真實、順暢及持久的交互體檢外，還要讓用戶保持對真實世界的感知，滿足用戶在現實和虛擬世界同時獲得虛實融合的圖書館智慧服務的需求。圖書館元宇宙要做到現實世界與虛擬世界在多個層面實現融通，而不是對現實世界的簡單復制，成熟形態的圖書館元宇宙甚至比現實世界更完美、更逼真，這就需要依靠數字孿生、空間感知、動作捕捉、手勢識別、數字替身等人機交互技術的不斷發展。

　　2)聯通融合的在線智能學習空間。圖書館元宇宙將現實世界的圖書館物理空間、學校教育空間和個人學習空間有效地聯通起來，創造出時空融合的在線智能學習空間，以滿足用戶的個性化知識需求。圖書館元宇宙通過有效連接和匯聚各類數字學習資源，縮短了知識生產、建構、傳播和應用的時空距離，同時也改變了傳統學習空間中師生的教學關系，形成了一種民主開放、去中心化、多元融合的新型學習組織形式。在圖書館元宇宙中，用戶還可以根據自己的學習需求自由伸縮延展學習空間，體驗多種情境的學習活動，發現和建構知識體系，使用戶在不斷自我反思的過程中促進其智慧生成。

　　3)開放的信息資源創造能力。在專業生產內容(PGC)方面，圖書館元宇宙通過對多模態信息資源進行聚類、融合和重組，基于數字孿生技術搭建圖書館信息資源立體呈現的基礎場所。而在用戶生成內容(UGC)方面，用戶在進入圖書館元宇宙后，利用海量信息資源進行閱讀和學習，形成個人的知識積累和學習興趣，并通過發布科研資源、課程信息、文獻資料、建議觀點等個性化行為實現 UGC 功能，而且隨著用戶使用 AI 工具能力的不斷提升，會極大降低 UGC 創作門檻，有效提高 UGC 的內容質量和資源數量。UGC 滿足了用戶自我實現和自我表達的需求，增強了用戶對圖書館元宇宙建設的參與感，同時也為圖書館元宇宙的持續發展注入了新的能量。

　　4)立體式的用戶社交網絡體系。元宇宙實現了社交網絡從 2.0 時代到 3.0 時代的跨越，社交網絡體系也從扁平化社交過渡到立體化、多維度、沉浸式社交。圖書館元宇宙構建了比現實圖書館場所更加豐富的學習、辦公、社交、娛樂、休閑的虛擬場景，用戶在現實和虛擬場景中可以自由選擇交互對象和交流方式，建立一種去中心化的、虛實融合的、多層次的社交網狀結構，實現用戶與用戶之間、用戶與圖書館元宇宙之間的非線性互動。除了用戶在互動交流中產生的大量信息，用戶社交網絡還包含了其他海量的信息組成元素：學術文獻資源、視頻音頻內容、會議與辦公系統、虛擬經濟體系、游戲活動，等等。

　　5)安全穩定的經濟運行系統。元宇宙擁有自己的原生貨幣和經濟體系，用戶工作和創造活動的價值將以統一的貨幣形式被確認和確權[5]，而區塊鏈、非同質化代幣(NFT)以及非同質化權益(NFR)則為元宇宙虛擬數字資源權益的確認、保護、管理以及使用提供技術支持。圖書館元宇宙也可以創造自己的經濟系統，基于區塊鏈技術開發去中心化的內部流通貨幣，用戶既可以使用這一貨幣在平臺內進行消費，也能夠通過一定比例置換成現實生活中的法定貨幣，經濟系統的安全穩定運行是驅動圖書館元宇宙發展前進的引擎。圖書館元宇宙的虛擬經濟是對實體經濟的補充，不僅不會破壞或取代實體經濟，反而會從虛擬維度提升實體經濟的活力，實現虛擬數字資源的規范化管理和衍生利用。

　　6)多元化的智慧圖書館文化形態。圖書館元宇宙作為學習中心、知識中心和文化中心，是智慧圖書館文化形態的多元化投射，能夠為用戶提供多元文化服務，如數據文化服務[6]、合成空間文化服務、科技文化服務、地域特色文化服務等。圖書館元宇宙又是一個不斷生長的智慧有機體，它的發展變化與其服務環境密不可分，需要秉持開放融合的文化理念和思維方式，持續融入新功能、新文化，用戶在其中可以體驗到不同的圖書館文化形態。圖書館元宇宙需要通過構建多元、開放、和諧和融合的文化場景，使用戶在遵守相應秩序規范的前提下，形成自由、平等、公正的人際關系，并樹立正確的圖書館元宇宙文化價值觀念。

　　3 圖書館元宇宙體系架構建設

　　基于元宇宙概念的智慧圖書館將出現于元宇宙發展的第二階段，第一階段的元宇宙主流應用是虛擬社交和娛樂，第二階段的元宇宙則是全真互聯網，能夠賦能實際生活和工業，改變人們工作、生活和交流的方式。圖書館元宇宙代表了技術融合應用的發展方向，其核心是底層技術的不斷迭代和進步推動應用的迭代，然后用戶需求的提升又反哺底層技術，實現科技的持續進步和應用的不斷完善。本文結合元宇宙的技術基礎、基本特征、核心要素和智慧圖書館平臺常用體系架構模型，設計了圖書館元宇宙的體系架構，將其自下而上分為物理層、軟件層、數據層、規則層、應用層和交互層 6 個層級，如圖 1 所示。

　　1)物理層。物理層是整個圖書館元宇宙體系的根基，是產生數據、儲存數據、分析數據以及應用數據的載體，包含感知設備和數字化設施兩大類。其中，感知設備利用移動終端、攝像頭、傳感器、GPS 定位器、RFID 等識別分析圖書館內的各類事物，采集構建圖書館元宇宙的基礎數據和信息，如通過移動終端和 PGS 定位器采集用戶信息，通過攝像頭和傳感器收集智慧圖書館建筑的溫度、濕度、光線等數據，利用 RFID 對圖書資源的使用情況進行實時感知等。數字化設施則包括各類電子設備，比如 5G、AioT(人工智能物聯網)、云計算中心、邊緣計算中心、云化架構等。5G 為圖書館元宇宙提供通信管道支撐，實現海量數據的實時傳輸;AioT 則將物聯網收集和產生的不同維度的海量數據存儲于云端和邊緣端，實現智慧圖書館數據的智聯化;云計算中心和邊緣計算中心為海量數據處理提供算力支持，并且要按照智慧圖書館業務場景設計適用的圖書館元宇宙云化架構。

　　2)軟件層。軟件層主要負責加工、分析和處理物理層獲取的數據，在物理層的基礎上構建圖書館元宇宙的基礎設施，是圖書館元宇宙的引擎驅動器，具體包括系統軟件和應用軟件兩個子層級。系統軟件用來控制和協調圖書館元宇宙硬件設備以及應用軟件的開發和運行，具有可大規模應用、能夠靈活應變以及多行業共用等特性，一般包括云計算系統、元宇宙系統專用軟件、人工智能控制軟件、數據庫系統、操作系統等。應用軟件是指為圖書館元宇宙開發并實現特定功能的軟件，它是連接物理層和現實應用場景的關鍵環節，而且隨著圖書館元宇宙的不斷完善，最終會形成一個由眾多獨立程序組成的生態運營平臺(EOP)，為整個圖書館行業提供公共應用服務，主要包括 3D 模型軟件、即時通信軟件、同步擬真軟件、腦機交互軟件、環境傳感軟件、EOP 等。

　　3)數據層。數據層主要包括數字孿生[7]、數聯網、各類數據中心以及數字模型等功能模塊，重點處理數據互聯互通問題，實現數據的管理、存儲、傳遞以及集成，為元數據圖書館體系架構的運行提供數據支撐。數字孿生將動態復現智慧圖書館實體的外部環境、實時數據和歷史狀態，建立與現實世界智慧圖書館相對應的數字孿生體，以助力智慧圖書館管理和服務的精細化。數聯網則通過數據挖掘、深度學習、神經網絡等算法和技術，發現智慧圖書館物理空間中的潛在聯系，從而對智慧圖書館物理空間進行改善。數據中心實現對圖書館元宇宙海量數據的匯集和存儲，為數據應用提供原始要素。數字資產中心是實現數字資產交易的底層平臺，它利用區塊鏈技術進行資產數字化，并統籌管理以虛擬電子形式存在的各類非貨幣性資產數據。

　　4)規則層。規則層是在數據層的基礎之上，為海量數據的應用建立的一系列規則，并最終形成完善的圖書館元宇宙數字監管體系，主要包括數字治理、數字市場、組織監管、業務流程、行為活動等內容。數字治理就是以數據要素為驅動力，以圖書館元宇宙為平臺支撐，構建開放創新和協同治理的智慧圖書館服務新范式，實現圖書館元宇宙的共享、共治和智治。對于數字市場，規則層要制定合適的規則引導其健康穩定發展，讓數據在規則下真正產生價值，而且能為 UGC 衍生出更大的效益。組織監管一方面要保證規則層的各項制度得到充分實施;另一方面也要保障數字市場的有序運行，使得圖書館元宇宙中的用戶能夠按照規則獲得合規經濟收益。另外，規則層還要根據圖書館業務流程制定相應的規則，對用戶的行為活動進行規范，用戶則通過遵守規則成為圖書館元宇宙生態中的一部分。

　　5)應用層。應用層以大數據、虛擬現實、5G、人工智能、區塊鏈等技術為支撐(如圖 2 所示)，與圖書館元宇宙進行深度融合，為用戶提供各種具體應用功能。在“大數據+圖書館”模式下，圖書館元宇宙利用大數據技術對海量數據進行分析，建立圖書館資源、服務、空間等多要素關聯系統。圖書館元宇宙采用虛擬現實技術，通過感知圖書館各系統運行狀態以及用戶位置，為用戶提供多維時空的即時虛擬交互體驗。圖書館元宇宙使用 5G 網絡將應用層各應用系統的運算和處理結果傳輸給用戶，如面向用戶的社交娛樂服務、學習培訓服務、資源調度、實時檢測等。圖書館元宇宙使用人工智能技術為用戶提供智能閱讀、智能感知、智能互動交流、上下文感知等功能應用。圖書館元宇宙采用區塊鏈技術開發數字貨幣和電子支付工具，用來保障用戶虛擬資產安全，并為圖書館元宇宙經濟體系中各種數據的傳播和驗證提供網絡支持。

　　6)交互層。交互層為用戶提供圖書館元宇宙入口，主要分為軟件應用(用戶服務)和硬件支持(人機交互設備)兩部分。其中，面向用戶的服務包括 3D 文獻資源展示、虛擬咨詢、館舍導覽、移動視覺搜索(MVS)、移動增強現實(MAR)等，用戶在圖書館元宇宙中可以實現查找和瀏覽文獻資源過程的三維可視化，實時接收基于人工智能機器人的虛擬咨詢信息，以及全方位查看圖書館館舍的導覽服務，此外，用戶通過 MVS 能夠方便快速地獲取所需文獻資源，利用 MAR 則能獲得在圖書館元宇宙中的全感官沉浸式體驗。人機交互設備是用戶與圖書館元宇宙之間的橋梁，包括 AR/VR、移動終端、PC、腦機接口、可穿戴設備等，通過集成觸摸感知、視覺感知、語音感知、動作感知、意圖感知等多種感應技術，實現圖書館元宇宙與用戶多感官的信息交互。

　　4 圖書館元宇宙建設面臨的問題

　　圖書館元宇宙是智慧圖書館數字化轉型的最終形態，與數字孿生圖書館相比，它更加具象化和可視化。當前元宇宙產業還處于初期發展階段，具有新興產業不穩定和不成熟的特征，而元宇宙要在圖書館領域獲得廣泛應用不僅需要技術創新，還需要規則創新、理念創新，才能實現圖書館元宇宙從無到有、從小到大、從淺入深地健康發展。目前來看，圖書館元宇宙建設主要面臨以下幾個方面的問題。

　　1)應用技術方面。技術局限性是目前圖書館元宇宙發展的最大瓶頸，一方面，AR/VR、區塊鏈、人工智能、大數據等底層技術距離圖書館元宇宙落地應用的需求還有較大差距;另一方面，圖書館元宇宙集 VR/AR 入口、可編輯世界、多人在線、UGC、數據經濟系統、開放式任務、社交系統、去中心化認證、現實場景映射等多重要素于一體，使得其在正常運作過程中對算力有極高的要求，穩定持續的算法和低成本算力資源是圖書館元宇宙能夠向縱深發展的重要動力。

　　2)標準法規方面。要實現圖書館元宇宙與其他不同元宇宙生態系統的大連接，就要制定一系列的規則和協議，引導參與圖書館元宇宙建設的科技企業之間開展標準化合作，建立統一的技術、軟件、硬件、服務、內容等行業標準體系。另外，對于圖書館元宇宙發展過程中產生的監管審查、數據安全、資源壟斷、經濟風險等法律問題，需要提前考慮如何防止和解決，加強數字科技領域的立法工作，研究適用于圖書館元宇宙的相關法律制度。

　　3)知識產權方面。知識產權問題是元宇宙中一直存在的一個問題，雖然區塊鏈技術為 UGC 的確權和追責提供了技術可能性，但它不能判斷 UGC 的初創者究竟是誰，分離了產品著作權和交易體制。圖書館元宇宙是一個集體共享空間，幾乎所有用戶都是這個世界的創作者，這就產生了大量的UGC產品，對于獨立或多人協作的UGC產品需要有明晰的確權規則。再者，元宇宙中的很多 UGC 產品可能被其他用戶應用于現實世界，也有可能是來自或者改編于現實世界對應的實體，這種跨越虛實邊界的應用和改編很可能會引發知識產權糾紛，加劇知識產權管理的復雜性。

　　4)隱私保護方面。圖書館元宇宙為了給用戶帶來具有沉浸感的交互體驗，需要對用戶的身份屬性、社會關系、人際交互、運動路徑、生物特征、生理活動、情感狀態、腦波模式、所在場景等個人信息進行全面大量收集，然后對這些個人信息進行數據挖掘和實時同步，以滿足圖書館元宇宙持續運轉的底層數據資源需求。這些用戶個人信息一旦泄露或被濫用，會嚴重影響用戶在現實世界中的正常生活，因此要確保收集、存儲和管理用戶個人信息數據安全，防止發生信息的泄露、濫用、篡改和丟失，并通過授權進行合法合規使用。

　　5 結束語

　　目前來看，元宇宙無論是技術水平、內容供給還是用戶體驗都處在非常初級的階段，但隨著科學技術的持續進步以及人們思維理念的不斷發展，元宇宙將以成數字網絡的形態存在，并以漸進的方式融入人們的日常生活。元宇宙的到來會改變現有人類社會的組織與運作，在圖書館領域也會深刻影響圖書館的智慧服務模式，使之逐漸向虛實融合的服務方式轉變，最終形成圖書館元宇宙生態系統，而要實現這一目標還需要對圖書館元宇宙的技術體系、服務模式、標準規范、人文倫理等多個方面進行研究和探討。