一、項目概述

隨著互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字技術(shù)的迅猛發(fā)展，如何運用新興技術(shù)力量，推動文化、文物實現(xiàn)創(chuàng)新性的“活態(tài)傳承”，使深邃的文化遺產(chǎn)在數(shù)字時代煥發(fā)新生，成為當前備受矚目的熱點議題。

智慧型中國樂器博物館項目自2021年該項目啟動截至2024年9月，已經(jīng)完成了三個階段的基礎(chǔ)建設(shè)工作，目前第四期建設(shè)正在積極推動中。已建設(shè)完成“1館3端7廳86件”（即1個博物館、3個客戶端、7個展廳、86件樂器），是具備虛擬全景體驗、虛擬仿真、智能交互、樂器科普與在線研學(xué)等功能為一體的數(shù)字化樂器博物館，搭建了一套完整的智慧型中國樂器博物館生態(tài)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可在VR端、PC端、移動端三平臺運行，同時具備“掃圖識器”“聽音識器”的AI識別功能，識別結(jié)果鏈接至“華夏民族樂器多媒體數(shù)據(jù)庫”（含歷史源流、制作工藝、演奏技法、音色庫、名家講壇、聲學(xué)分析報告等圖文影音資料）。

二、項目特色

（一）精準化供需對接，實現(xiàn)跨平臺操作

對比國內(nèi)外樂器博物館及博物館中的樂器展覽與展品（如歐洲的線上樂器博物館MusicalInstrumentMuseumsOnline等），本項目同時開發(fā)多平臺多端口，形成兼容體系，保證該項目可持續(xù)發(fā)展?？赏ㄟ^計算機（鍵盤鼠標操作）、移動設(shè)備（觸摸屏操作）或VR設(shè)備（VR頭盔及數(shù)據(jù)手套）三類終端進入博物館。

其中，在計算機和移動設(shè)備端，用戶能夠享受到豐富的線上體驗，包括虛擬漫游博物館、觀賞樂器的圖文介紹、進行360度的細致觀察、體驗多媒體影音資料以及深入分析樂器的聲學(xué)特性；還能通過鼠標、鍵盤或觸摸屏模擬樂器演奏的現(xiàn)場感。VR端則配套VR頭顯、手柄、數(shù)據(jù)手套，可對樂器進行多模態(tài)感知交互，同時實現(xiàn)了實時演奏、視聽同步、高清3D成像等功能。

為實現(xiàn)數(shù)據(jù)在PC、VR可穿戴、移動各個平臺都能準確地讀取及加載，項目采用Unity3D跨平臺游戲引擎進行開發(fā)，針對各個平臺開發(fā)出不同的數(shù)據(jù)讀取及解析工具，實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)、文本、圖片、音頻等在不同平臺下的準確呈現(xiàn)。

此外，對樂器相關(guān)知識建立多點鏈接，數(shù)據(jù)庫資料種類豐富、數(shù)量多，真正創(chuàng)造性地解決了圍繞樂器延伸知識的“理性、抽象的學(xué)術(shù)資源”與樂器本體的“大眾審美直覺和感性體驗”無法共存的矛盾痛點。

（二）強化科技支撐，提升AI智慧服務(wù)

“智慧型中國樂器博物館”目前建設(shè)有吹管樂器廳、拉弦樂器廳、彈撥樂器廳、打擊樂器廳四個常設(shè)

展廳，以及中華雅樂廳、新疆少數(shù)民族樂器廳、內(nèi)蒙古少數(shù)民族樂器廳三個特色樂器廳，共收錄86件樂器，未來將持續(xù)建設(shè)新的展廳與樂器。為解決虛擬場館缺乏智慧服務(wù)的痛點，本案例針對電腦與移動設(shè)備端，開發(fā)了樂器圖像識別與音色識別的功能，通過構(gòu)建對應(yīng)模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫，利用機

器學(xué)習(xí)技術(shù)提取樂器的頻譜指紋與圖像特征。用戶可以通過上傳本地文件或即時錄音/拍照，精準識別出該樂器（準確率 95% 以上），并可鏈接至本項目建設(shè)的“華夏民族樂器多媒體數(shù)據(jù)庫”，學(xué)習(xí)與該樂器相關(guān)的圖文簡介、3D模型、名曲欣賞、名師講壇、制作工藝、聲學(xué)分析等內(nèi)容。

該館利用虛擬現(xiàn)實、沉浸式視聽、多模態(tài)交互等科學(xué)技術(shù)，建立“人、物、多模態(tài)數(shù)據(jù)”三者之間的雙向多元信息交互通道，搭建了一套完整的智慧樂器博物館生態(tài)系統(tǒng)。其建構(gòu)邏輯和相關(guān)技術(shù)可嵌套于博物館、文化館、非遺中心、教育游戲等場景中，并可針對各類藏品進行數(shù)字化展陳，開展云展覽、數(shù)字藝術(shù)、智慧服務(wù)等新業(yè)態(tài)。

（三）豐富展陳維度，挖掘中華文化基因內(nèi)涵

為化解文物困于櫥窗、樂器限于器物層面的困境，在現(xiàn)藏樂器的基礎(chǔ)上，與大鐘寺古鐘博物館、天壇神樂署等單位建立合作，對更多樂器進行聲音采錄和3D掃描，建立了古樂器模型庫。以“視、聽、演奏”多功能為核心，將中國古代禮樂制度載體一一雅樂樂器（編鐘、篪、瑟等共15件），進行3D視覺仿真、高保真音色還原，復(fù)現(xiàn)古樂。

為了讓用戶沉浸式體驗不同樂器的擬真演奏，該項目配備了HTCVIVEPro虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和NoitomHi5數(shù)據(jù)手套，共同構(gòu)成了一個沉浸式虛擬現(xiàn)實與體感互動系統(tǒng)。HTCVIVEPro包括一個頭戴式顯示設(shè)備和運動追蹤手柄，利用HTCLightinghous技術(shù)通過空間激光掃描實現(xiàn)對用戶位置和手勢的精確追蹤。而NoitomHi5數(shù)據(jù)手套則是為演奏中國傳統(tǒng)民族樂器而特別設(shè)計的傳感器，它通過捕捉指關(guān)節(jié)的彎曲變化，實時傳遞手指動作的彎曲程度和速度，以模擬真實的樂器演奏效果。①

為挖掘中國樂器的音樂文化基因，本項目對各類樂器進行了精細化錄音（含頭模采樣的高保真多錄音制式）。比如，編鐘以北京大鐘寺古鐘博物院收藏的“曾侯乙編鐘高精復(fù)制件”為原型進行建模，以專業(yè)演奏人員的實時演奏為音響樣本。采錄方式為使用主輔傳聲器同時進行采錄，分別采集了每枚鐘的正鼓音與側(cè)鼓音的立體聲音頻，并在編鐘演奏虛擬現(xiàn)實校核系統(tǒng)中采用雙聲道立體聲音頻格式，能有效提升用戶演奏時的真實感，最大程度還原我國古代編鐘“一鐘雙音”的獨特聲學(xué)特征。②

（四）鑄牢中華民族共同體意識，助力各民族非物質(zhì)文化遺產(chǎn)創(chuàng)新性發(fā)展

為加強民族團結(jié)和促進少數(shù)民族文化的創(chuàng)新性發(fā)展，推進本館中樂器來源區(qū)域均衡發(fā)展，本項目致力于展示和保護中華民族樂器，尤其是少數(shù)民族樂器的多樣性和獨特性。除了集成性的吹、拉、彈、打展廳外，還建設(shè)有新疆少數(shù)民族樂器廳（收錄來自維吾爾族、哈薩克族、塔吉克族、烏孜別克族等少數(shù)民族樂器24件）、內(nèi)蒙古少數(shù)民族樂器廳（蒙古族、滿族、鄂倫春族等樂器16件）。這些樂器不僅是音樂的載體，也是中華文化多樣性的見證。

聲音采錄方面，秉持“原生態(tài)”的核心理念，特邀中央民族大學(xué)、中央歌劇舞劇院等高校、院團的少數(shù)民族樂器演奏家進行樂器的專業(yè)錄音；同時，項目組深入新疆、內(nèi)蒙古等地，聘請新疆木卡姆樂團演奏家、內(nèi)蒙古藝術(shù)學(xué)院樂器演奏專業(yè)師生、通遼文化館的藝術(shù)家、呼和浩特大召寺的喇嘛以及非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的民間傳承人等，共同完成了剩余樂器的聲音錄制。同時錄制了訪談視頻，以豐富本項目的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了知識的傳遞與教學(xué)的互動。

視覺呈現(xiàn)方面，內(nèi)蒙古少數(shù)民族樂器展廳進一步采用了模型動畫狀態(tài)機方式，對部分經(jīng)典樂器（如雅托噶、馬頭琴、拖布秀爾、圖瓦三弦）進行了結(jié)構(gòu)拆解與組裝互動體驗設(shè)計，使用戶能夠親手模擬觸碰并了解樂器的精妙構(gòu)造。同時，結(jié)合了傳統(tǒng)攝影建模與先進的雙目結(jié)構(gòu)激光點云技術(shù)，對樂器進行了無損高精度掃描，既保留了樂器的原始風(fēng)貌，又完美再現(xiàn)了樂器的每一個細節(jié)，讓少數(shù)民族文化的瑰寶在數(shù)字世界中激發(fā)出新的生命力。

（五）發(fā)展數(shù)智教育新質(zhì)生產(chǎn)力，打造AI數(shù)字音樂教師

為提升觀眾的參觀體驗，豐富博物館的展示形式與互動功能，智慧型中國樂器博物館引入數(shù)字人技術(shù)，在多個方面發(fā)揮了重要作用。數(shù)字人的角色設(shè)定為博物館的智能導(dǎo)覽員、講解員和AI數(shù)字音樂教師。不僅具備豐富的樂器知識，熟悉各個展廳的布局和展品信息，還深入了解樂器背后的文化內(nèi)涵、歷史淵源以及制作工藝等。能夠以親切、生動的方式與觀眾進行交流互動，為用戶提供個性化的參觀服務(wù)。

AI教師搭載了先進的自然語言處理技術(shù)，能夠準確理解觀眾的語音提問和指令。自然語言處理技術(shù)是涵蓋計算機科學(xué)、語言學(xué)、人工智能等多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，讓計算機能夠理解、生成和處理人類自然語言。通過聲學(xué)模型和語言模型的協(xié)同工作，準確地將觀眾的語音信號轉(zhuǎn)換為文本信息。然后通過基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）的模型自動對詞法、句法進行分析，加強語義理解進而準確把握整句話的語義。

智慧型中國樂器博物館完善的樂器知識圖譜構(gòu)建與推理算法為數(shù)字人提供了強大的知識儲備和智能推理、查詢能力，對用戶關(guān)于樂器的各類問題給出權(quán)威、全面且深入的解答。知識圖譜涵蓋了樂器的分類、歷史發(fā)展、演奏技巧、文化意義等多個方面的信息，以及與音樂、舞蹈、民俗等相關(guān)的知識關(guān)聯(lián)。

（六）后臺數(shù)據(jù)管理與服務(wù)效能

在智慧型中國樂器博物館的建設(shè)過程中，后臺數(shù)據(jù)管理與服務(wù)效能的優(yōu)化發(fā)揮了關(guān)鍵作用。后臺的數(shù)據(jù)管理不僅關(guān)乎用戶體驗，也直接影響到系統(tǒng)整體運營效率和數(shù)字化文化傳播的效果。

后臺數(shù)據(jù)管理涵蓋了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)分析等多個環(huán)節(jié)。樂器的數(shù)據(jù)信息，包括歷史背景、制作工藝、聲學(xué)特性等，通過高精度的3D掃描、音頻采錄、圖片建模等方式采集，并存儲于龐大的數(shù)據(jù)庫中。為確保數(shù)據(jù)的完整性和準確性，采用了分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以便更好地應(yīng)對大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲和讀取需求。在這一過程中，數(shù)據(jù)的冗余備份和自動化管理技術(shù)得以應(yīng)用，確保系統(tǒng)在高并發(fā)訪問的情況下依然能夠保持高效穩(wěn)定地運行。

在數(shù)據(jù)管理方面，系統(tǒng)采用了精細化的權(quán)限管理機制，確保不同角色的訪問者能夠獲得對應(yīng)的操作權(quán)限。通過這樣的權(quán)限管理，智慧型中國樂器博物館后臺的數(shù)據(jù)的針對性、分層性以及安全性得到了有效保障。

數(shù)據(jù)分析與訪客統(tǒng)計模塊通過對訪客行為的實時數(shù)據(jù)分析，后臺生成詳細的用戶畫像和行為路徑，幫助系統(tǒng)了解用戶的偏好、訪問時長、瀏覽頻率等，為智慧型中國樂器博物館的內(nèi)容優(yōu)化和展品布局提供重要參考。

三、經(jīng)驗和總結(jié)

器以載道、以有形寓無形。樂器不僅是具有精湛材料工藝的物理發(fā)聲工具，更承載著深厚的民族文化、豐富的民風(fēng)民俗以及精深的音樂藝術(shù)?！爸腔坌椭袊鴺菲鞑┪镳^”是集樂器科普與教育、樂器演奏與教學(xué)、樂器材料與工藝、樂器聲學(xué)與科技、樂器考古與創(chuàng)新發(fā)展等多元為一體的虛擬空間。

未來幾年，本項目將與樂器博物館（實體）同步建設(shè)，互為支撐，協(xié)同發(fā)展虛實一體智慧型中國樂器博物館。在藏品管理、樂器策展、智能提升、服務(wù)效能等方面作出積極探索，構(gòu)建樂器保護、研究、教學(xué)、演奏等多功能的虛實融合智慧平臺。

注釋：

① 參見付曉東，黃司祺.博物學(xué)、博物館與音樂元宇宙的融合研究——以“智慧型中國樂器博物館”為例[J].樂府新聲（沈陽音樂學(xué)院學(xué)報），2023，（03）：72-77.

② 參見李佳耕，付曉東.中國傳統(tǒng)打擊樂器演奏虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的研究——以編鐘為例[J].演藝科技，2022，（02）：62-69.

作者簡介：黃司祺，圖書館助理研究員付曉東，教授

注：本文為國家社科基金藝術(shù)學(xué)重點項目《中國古代音樂科學(xué)思想的實證性研究》（項目編號24AD010）的階段性成果。