AI-GPT 技術驅動的元宇宙圖書館架構探討

張 慧，石肖肖，張家榕 （.上海大學文化遺產與信息管理學院，.南京藝術學院文化產業學院）

1 引言

近兩年來，元宇宙成為各行各業關注的研究熱點，圖書館領域的學者也積極參與其中，圍繞“元宇宙圖書館”［1-2］展開一系列研究，推動“圖書館2.0”向“圖書館3.0”轉型發展［3］。元宇宙作為一種虛擬空間，可以讓用戶隨時隨地獲取信息、交流思想，圖書館是其中的知識傳播關鍵節點，構建元宇宙圖書館可以加速知識傳播速度、拓寬知識傳播廣度。人工智能的快速發展引領著全新的信息傳播模式，使得圖書館的運營管理模式不斷演變，AI-GPT 技術更是為圖書館的元宇宙建設提供了新的思路［4］。AI-GPT技術的突破性發展為元宇宙圖書館注入了新的活力，其強大的自然語言處理能力、大規模的訓練數據、豐富的交互體驗等有望成為驅動元宇宙圖書館建設的新動力［5-6］。本文結合AI-GPT 技術特點，探討元宇宙圖書館的技術框架和結構，以助力元宇宙圖書館建設。

2 元宇宙圖書館的技術框架

元宇宙圖書館不僅是一個信息的存儲和查詢中心，更是一個知識交流和創新的空間，它可以打破地域和時間的限制，讓更多的人能夠更方便地獲取信息和知識。這些功能的實現離不開大數據、區塊鏈、物聯網等新興技術的支持和保障。目前，廣受認可的元宇宙六大支撐技術分別是區塊鏈技術、物聯網技術、網絡及運算技術、人工智能技術、電子游戲技術、交互技術［7］。結合AI-GPT 時代的特點，本文認為元宇宙圖書館技術框架除以上六種技術外，還包括大數據技術和數字孿生技術（見圖1）。

圖1 元宇宙圖書館技術框架

以上八種技術各有特點，在元宇宙圖書館的建設中發揮著不同程度、不同方面的作用。

2.1 大數據技術

大數據技術可以收集用戶在元宇宙圖書館中的行為數據，進行分析整合，構建用戶畫像，提供個性化服務，同時也可以根據這些行為數據預測用戶需求，為圖書館決策和規劃活動提供支持。

在元宇宙圖書館中，用戶會產生各類行為數據，如借閱記錄、檢索記錄、瀏覽記錄等，借助大數據技術可以挖掘和分析用戶的借閱偏好、興趣領域等。同時，基于數據分析的結果可以構建用戶畫像，對用戶進行細分，從而為用戶提供個性化的推薦服務和閱讀建議，提高用戶滿意度。利用大數據技術，圖書館可以更好地了解和預測用戶需求，進而為用戶提供智慧化服務。

2.2 區塊鏈技術

元宇宙的技術是區塊鏈技術的應用［1］。區塊鏈技術集成了哈希算法及時間戳、數據傳播及驗證機制、共識機制、分布式存儲、智能合約、分布式賬本等多項技術，具有匿名性、可追溯性、不可篡改、去中心化、透明性等特點。

元宇宙圖書館包含海量的數據，用戶在元宇宙圖書館中也會持續產生數據，哈希算法可用于保護用戶隱私。通過將元宇宙圖書館中用戶的個人信息數據和行為數據轉化為固定長度的哈希值，隱藏原始數據，從而保護用戶的數據安全。同時，哈希算法和時間戳技術還可以保護用戶在元宇宙圖書館中創作的內容的版權。通過用戶創作內容的哈希值和時間戳生成數字簽名，可以確定該內容的創作時間和所有權歸屬，有助于保護用戶的合法權益，打擊盜版和侵權行為。另外，元宇宙圖書館中的數據可能存放于不同的服務器和節點上，數據傳播機制可以保障數據的同步性和一致性。數據驗證機制可用于驗證元宇宙圖書館中數據的真實性，并結合數字簽名、哈希算法等技術確保數據的可信性和可靠性。當元宇宙圖書館中產生新數據或者舊數據發生變動時，共識機制可以協調各個節點之間的信息交換，以形成對于新數據或舊數據的統一認知。此外，元宇宙圖書館可借助分布式存儲技術，通過擴展存儲容量來滿足不斷增長的數據存儲需求。分布式存儲將數據分散存儲在不同的節點上，不僅可以防止數據丟失，確保數據存儲的安全性和可靠性，還可以實現并行訪問和快速數據檢索，提高數據訪問速度和效率。結合分布式賬本和智能合約等機制，用戶可以管理元宇宙圖書館中自有數據的權限，確保數據的安全性和隱私性。

2.3 物聯網技術

物聯網技術通?？梢苑譃楦兄獙?、網絡層、云平臺層、應用層。感知層是物聯網技術的最底層，包括各種傳感器等，主要負責數據采集和感知；網絡層負責將感知層采集到的數據傳輸到目標位置；云平臺層負責數據存儲、處理和分析；應用層負責具體的應用和服務。

在元宇宙圖書館中，物聯網技術可以通過傳感器實時采集物理圖書館的各種數據，如溫度、濕度、光線等環境參數，并將其同步到元宇宙圖書館中，實現線上線下互聯互通，在元宇宙圖書館中為用戶提供與真實環境一致的體驗。結合物聯網技術和定位技術，元宇宙圖書館可以為用戶提供準確的館內定位和導航服務，幫助用戶快速找到所需書籍或到達目標區域，提升用戶體驗感。

2.4 交互技術

交互技術是幫助用戶開啟元宇宙圖書館之旅的關鍵密鑰，可以為用戶提供沉浸式虛擬現實體驗和豐富的交互體驗，主要包括虛擬現實技術（VR）、增強現實技術（AR）、混合現實技術（MR）、擴展現實技術（XR）、全息影像技術、腦機交互技術等。

VR 提供了沉浸式的虛擬體驗，打造了一個虛擬圖書館空間，用戶可通過VR 以身臨其境的方式探索圖書館，開展交互式瀏覽和閱讀活動，參觀展覽和藏品，跨時空參與講座、研討會等活動。AR 通過將虛擬信息和物理圖書館相結合，向用戶展示一個增強的物理圖書館，并提供豐富的互動體驗，用戶可通過AR 設備在元宇宙圖書館中進行虛擬導覽和瀏覽、參與虛擬實驗、與物理圖書館中攜帶數字信息的物品進行互動等。MR融合了VR 和AR 的特點，不僅可以讓用戶感知到物理圖書館中的物品和環境，也可以將虛擬元素實時疊加到用戶視野中。XR 則進一步融合了AR、VR、MR 等技術，可以為用戶提供更加身臨其境、更具互動性的元宇宙圖書館體驗。全息影像技術可以在元宇宙圖書館中建立逼真的虛擬人物，進而增強用戶的沉浸感。腦機交互技術可以讓用戶直接通過腦電波與元宇宙圖書館進行交互，提高操作效率。

2.5 網絡及運算技術

元宇宙圖書館可以讓用戶隨時隨地訪問圖書館資源，并與館員或其他用戶進行互動交流，這些場景的實現需要較高的網絡傳輸速度、較低的網絡延遲、較大的網絡容量，5G 和6G 網絡、云計算、邊緣計算則可以滿足這些需求。

5G 和6G 網絡可以實現更快的數據傳輸速度、更低的延遲以及更大的容量，可以支持元宇宙圖書館中大規模的數據傳輸和處理。在元宇宙圖書館中，用戶可以通過5G 和6G 網絡快速訪問各類型資源，與館員或其他用戶進行實時互動交流。云計算技術具有強大的數據存儲和處理能力，為元宇宙圖書館中數據的組織、檢索、訪問提供了強有力的支撐，元宇宙圖書館中的大量數字資源可以以虛擬化的方式存儲在云端，以便用戶通過網絡隨時隨地獲取所需資源。邊緣計算是指通過離用戶最近的設備為用戶提供服務，以減少數據傳輸延遲、降低網絡負載，在元宇宙圖書館中，邊緣計算可以使用戶以更快的速度獲取所需資源，以更低的延遲與館員、其他用戶、館藏等進行交互。

2.6 電子游戲技術

游戲是元宇宙圖書館的呈現方式之一，電子游戲技術可以為元宇宙圖書館中的物品呈現和互動交流提供支持。游戲引擎是電子游戲技術的核心，是一種用于創建和運行游戲的軟件框架。用戶在元宇宙圖書館的活動類似于玩游戲，如探索未知的事物和場景、獲取自己想要的數字資源、與館員NPC 交互、獲取錦囊等。通過游戲引擎，元宇宙圖書館可以打造虛擬場景、人物、物體，為用戶提供“玩游戲”式的閱讀學習體驗。3D 建模也是電子游戲技術的重要技術之一，是利用計算機技術建立物品的三維模型，物理圖書館中的各種場景、物品均可通過3D 建模實現數字化呈現，1∶1 復制到元宇宙圖書館中。對于一些特殊藏品和展覽，3D 建?？梢允褂脩舾咏嚯x地瀏覽、觀察，甚至可以結合VR、AR 等交互技術使用戶與藏品互動，幫助用戶更加深刻地了解這些藏品和展覽。實時渲染技術也是電子游戲技術的重要技術之一，該技術可以將3D 建模的物品和場景以更加真實、更加清晰的方式展示給用戶，為用戶提供更加流暢自然的聲光效果，增強用戶的沉浸感。

2.7 人工智能技術

近年來，人工智能受到了廣泛關注，其分支計算機視覺、機器學習、自然語言處理等技術也在不斷更迭，應用范圍也更加廣泛。GPT 等大型語言模型的發布促使人工智能的發展更上一層樓，并進一步擴展了人工智能應用范圍。事實上，人工智能技術在元宇宙圖書館的發展建設中占據舉足輕重的位置，可以為元宇宙圖書館中大量的應用場景提供技術支持。

計算機視覺技術不僅可以識別、分類和標記元宇宙圖書館中的數字化實體，幫助用戶搜索瀏覽元宇宙圖書館中的資源，還可以創建虛擬的三維場景，為用戶提供更加沉浸的閱讀體驗。機器學習技術可用于元宇宙圖書館中個性化服務建設，根據用戶需求和過往行為記錄，為用戶提供最相關和最有價值的信息和內容。自然語言處理技術可用于元宇宙圖書館中對話系統的開發及文本處理，使用戶可以通過語音或文本進行交流，并為用戶提供自動摘要、關鍵詞標記等功能。AI-GPT技術的發展進一步優化拓展了自然語言處理技術在元宇宙圖書館中應用的深度和廣度。利用AI-GPT 技術，用戶可采用多樣化的形式在元宇宙圖書館中進行交流互動，體驗該技術提供的多樣化功能，如文獻綜述、文獻翻譯等。

2.8 數字孿生技術

數字孿生技術將物理圖書館映射到元宇宙圖書館，構建物理圖書館的數字化鏡像。無論是物理圖書館中的建筑抑或是環境，均可通過數字孿生技術在元宇宙圖書館中實現虛擬化、數字化，使用戶在元宇宙圖書館中感受到與物理圖書館一致的氛圍和環境，增強用戶的沉浸感。借助于數字孿生技術，元宇宙圖書館可以為用戶提供模擬實驗和可視化演示功能。模擬實驗可以讓學生在虛擬實驗室中開展模擬研究，提高實驗的可重復性，降低實驗風險，減少實驗損耗，幫助復盤差錯?？梢暬菔究梢詫⒊橄蟮睦碚摵瓦^程以圖像等多樣化方式展示，幫助學生理解消化知識。

3 元宇宙圖書館的技術結構

AI-GPT 技術受到各個領域的廣泛關注，利用AI-GPT 技術，元宇宙圖書館不僅可以根據用戶的需求提供精準的信息檢索服務，大大提高了檢索效率［8］，還可以根據用戶的閱讀習慣和興趣，推薦相應的閱讀材料，幫助用戶提高閱讀效果［9］。書理學［10］架構可以作為元宇宙圖書館的構建理論基礎，書理學三原則“書是基礎、人是關鍵、用是目的”對應著元宇宙圖書館的“數字資源是基礎、數智人是關鍵、交互創造是目的”的基本理念［2］?；跁韺W原則和上述元宇宙圖書館技術框架，本文從數據管理系統設計、用戶界面設計、協作與分享平臺設計三個方面分析AI-GPT 時代元宇宙圖書館的技術結構（見圖2）。

圖2 元宇宙圖書館技術結構

圖中最外環和次外環為對應支撐技術，最外環的三個技術為共需技術，次外環技術分別對應不同方面建設。

3.1 數據管理系統設計

伴隨元宇宙圖書館中數據資源的不斷增加，數據管理系統需要能夠處理海量數據，并提供高效的數據處理和檢索服務。元宇宙圖書館的數據管理系統包含數據采集和存儲、元數據管理、數據分析、數據索引、權限管理和訪問控制、數據安全等內容。

（1）數據采集和存儲。元宇宙圖書館的數據來源主要有三個方面。一是出版社、數據庫提供商等內容供應商，如可以通過與內容供應商建立數據共享機制和許可機制，或與內容供應商的API 接口集成，獲取豐富的數據資源。二是物理圖書館的實體書籍和文檔，如可以利用掃描技術將其轉換為數字形式，再利用OCR 技術轉換為可編輯的文本數據。三是互聯網上圖書館相關網站提供的各種資源，如可以利用網絡爬蟲技術、AI-GPT 技術采集，采集時要遵守相關法律法規，確保數據的合法合規。數據采集完成后，需要進行清洗、去重等環節，以保證數據的準確性和一致性。采集到的數據包含多種類型，如文檔、圖片、音頻、視頻等，可使用關系型數據庫、圖數據庫、文檔型數據庫等進行存儲。

（2）元數據管理。為了方便用戶檢索和瀏覽，元宇宙圖書館需要進行元數據管理。元數據是對數字資源的描述，元數據管理可以幫助用戶快速找到所需資源。首先，在元數據管理中，要選擇合適的元數據標準和模型以確保元數據的一致性、互操作性、可擴展性。其次要確定元數據元素，建立元數據記錄和描述機制，并制定元數據控制和規范策略以保證元數據的質量和一致性。再次要建立元數據索引和檢索機制，幫助用戶快速檢索發現資源。最后鏈接相關的元數據以更好地展示發現資源，并建立元數據質量控制措施，進一步保證數據的準確性、可靠性。同時，定期更新和維護元數據，確保數據的時效性。

（3）數據分析。為了更好地向用戶提供服務，元宇宙圖書館需要分析內部數據資源，如文本挖掘、主題提取、主題建模等，以便對數據資源進行分類和關聯。同時，還可以分析用戶的行為記錄，以便為用戶提供個性化服務，為圖書館資源采購等決策提供支持。

（4）數據索引。元宇宙圖書館中包含海量的數據資源，需要建立強大的索引系統以提高檢索的效率及準確性。元宇宙圖書館數據管理系統需要對各類索引技術進行組合應用，并根據數據資源的屬性和用戶檢索需求提供適合的索引選擇，使用戶能夠更快速地獲取所需資源。

（5） 權限管理和訪問控制。在元宇宙圖書館中，不同用戶所擁有的權限不同，可訪問的數據資源也有所差異，需要建立權限管理和訪問控制機制，通過身份認證，如用戶名和密碼、人臉識別等，確保合法用戶才可以訪問。根據用戶的角色和職責，分配不同的權限級別和訪問權限。通過訪問控制列表、角色基于訪問控制等技術可以對數據資源進行更細粒度的訪問控制。設置防火墻和網絡隔離，阻斷未經授權的訪問和外部攻擊等。

（6）數據安全方面。元宇宙圖書館中的數據可以分為用戶數據和館藏數據。用戶數據屬于隱私數據，可以借助區塊鏈技術使用哈希算法等加密技術，確保用戶隱私數據的安全性，還可以在用戶界面設置用戶認證和安全保護機制，進一步保護用戶隱私數據。對于館藏數據，可以將數據存放在不同的服務器和節點，以防數據丟失。此外，還需要定期進行數據備份，確保數據的可恢復性。

3.2 用戶界面設計

在元宇宙圖書館中，用戶界面設計應堅持人文互利原則［11］，注重用戶體驗，簡潔易用的界面可以讓用戶更方便地獲取和使用信息。圖形界面是用戶進入元宇宙圖書館最先接觸到的部分，該部分的設計關系著用戶對元宇宙圖書館的第一印象，影響用戶是否進一步深入使用。因此，圖形界面需要關注布局、顏色、字體、圖標、背景音樂等要素，為用戶提供美觀、易用的用戶界面。除此之外，用戶在不同設備訪問元宇宙圖書館時，圖形界面應保持一致，即在不同尺寸的屏幕上都能進行良好一致的呈現。

進入元宇宙圖書館后，用戶可能會產生檢索需求，這就需要用戶界面提供檢索框，以便用戶檢索所需資源。用戶可使用自然語言在檢索框中提出檢索需求，自然語言處理技術可以幫助系統理解用戶輸入的檢索需求，并將其轉化為結構化的檢索指令。借助AI-GPT 技術可以使用戶以更加便捷的方式表達檢索需求，無需在檢索框中輸入特定的關鍵詞或使用特定的檢索語法，降低了用戶檢索資源的難度。后臺收到檢索指令后在數據庫中檢索相關資源，并將結果返回給用戶。在將資源返回給用戶時，可以借鑒ChatGPT 回復用戶問題時的光標閃爍和打字機流式回復，提高用戶等待回復過程的趣味性。另外，檢索結果可以借助AI-GPT 技術，以圖像、文本、音頻等方式呈現，幫助用戶更加直觀地理解內容。根據用戶的需求和興趣，AI-GPT 可以進行文本匹配和相關性計算，幫助用戶發現他們感興趣的內容或相關的內容，為用戶提供個性化的檢索結果和推薦內容，提升用戶的檢索體驗。此外，用戶界面應包含用戶評價和反饋區域，收集展示用戶的意見和評價，在用戶評價下，應允許其他用戶進行評論，促進用戶之間的互動交流。對于一些解答式評價，可以將其置頂，幫助其他用戶更好地使用元宇宙圖書館。由于用戶在使用元宇宙圖書館中隨時可能會產生問題，所以用戶界面也應包括幫助區域，此區域需要清晰地顯示在用戶界面，并提供電話、在線交流、郵箱等多種交流方式。

總之，元宇宙圖書館需要提供美觀、友好的用戶界面，以便用戶更加方便地瀏覽、檢索、訪問相關資源，這就涉及圖形界面設計、檢索設計、用戶評價和反饋設計、幫助設計等多個方面的內容，需要AI-GPT、大數據、區塊鏈、交互等多項技術的支持。

3.3 協作與分享平臺設計

協作與分享平臺是元宇宙圖書館技術結構中非常重要的一部分，為用戶提供了一個自由創造的平臺，以實現元宇宙圖書館交互創造的目的。在這里，用戶可以分享自己的讀書心得、讀書筆記等內容，也可以就某一主題互動交流，碰撞知識的火花。平臺也可以提供社交功能，通過關注、私信、點贊、評論等操作，促進用戶之間的交流。借助AI-GPT 技術，可以幫助用戶發現具有相同興趣、正在閱讀同一本書、存在類似難題等各方面的相關用戶，進一步促進用戶之間的互動及新知識的產生，讓用戶積極主動地參與到元宇宙圖書館的建設中來，這方面與智慧圖書館建設之智識特征以及智見取向相一致，其核心思想均為給用戶提供一個互動、分享并參與建設的智慧平臺［12］。

4 AI-GPT 技術作為驅動元宇宙圖書館的動力

AI-GPT 技術的突破性發展正為圖書館趨向元宇宙注入新動力，在圖2 所示的各項技術中，人工智能技術作為外層支撐、交互技術作為中層鉸鏈，作用于用戶界面、協作與分享等內層機制，落實到元宇宙圖書館的書、人、用核心。

（1）書以數字資源客體形式存在。隨著現代信息技術的發展，無論是數據庫資源，還是在線課程和教育資源，抑或是電子圖書資源等，都在快速增長。這些數字資源是元宇宙圖書館的構建基礎，而AI-GPT 技術可以為元宇宙圖書館提供強大的數據資源管理能力。從數據采集和存儲，到數據管理、分析和索引，再到數據安全和保護，AI-GPT 技術不僅可以將書籍等文本資源數字化，還可以分析、解讀和處理海量的數字內容，助力元宇宙圖書館數據管理系統的構建，幫助元宇宙圖書館更加高效地組織和管理數字資源，從而為用戶提供更加便捷高效的服務和體驗。

（2）人作為數智人發揮主體能動性。用戶是元宇宙圖書館的使用者，其使用體驗是元宇宙圖書館需要重點關注的內容。不同于傳統圖書館，元宇宙圖書館主要通過用戶界面和用戶進行溝通交流，回應用戶的各種需求，因此用戶界面設計直接影響著用戶和元宇宙圖書館之間的交流效果。AI-GPT 技術可以為元宇宙圖書館的用戶界面帶來更多智能化的功能，為用戶提供更好的使用體驗。借助AI-GPT 技術，元宇宙圖書館可以針對不同用戶提供個性化的推薦服務，根據用戶歷史交互數據、興趣等因素自動推薦相關內容，使用戶可以更加便捷、高效地獲取所需內容。同時，AI-GPT 技術還可以為用戶提供在線問答、輔助翻譯、文本摘要等功能，采用光標閃爍和打字機流式回復對用戶需求進行回應，增強元宇宙圖書館用戶界面的交互性、實用性和趣味性，為用戶提供更加優質的服務體驗。

（3）用體現了交互創造之綜合目標。元宇宙圖書館打破了時間地域的限制，可以為用戶提供一個自由創造、分享和協作的平臺。AI-GPT 技術可以促進元宇宙圖書館用戶之間的交互創造、協作與分享，利用AI-GPT 技術的自然語言處理和智能對話的能力，元宇宙圖書館用戶可以在虛擬空間進行實時交互，共同創造和分享知識。AI-GPT 技術還可以為用戶提供在線寫作輔助、語音識別以及用戶推薦等功能，幫助用戶更好地表達和記錄自己的想法和創作，發現具有共同點的用戶，提高用戶在元宇宙圖書館中的參與度和創造力。

書—人—用一體，實現元宇宙圖書館的整體功能。在實現這一整體功能過程中，AI-GPT 技術將以強大的人工智能和自然語言理解能力支撐并連通各環節，成為元宇宙圖書館的核心技術引擎，發揮生成式人工智能優勢，驅動元宇宙圖書館不斷創新。

5 小結

AI-GPT 技術的突破性發展將為圖書館走向元宇宙注入新的活力。元宇宙圖書館把圖書館的服務擴展到了元宇宙的虛擬空間，實現真正意義上的無障礙信息獲取和知識傳播。AI-GPT 時代，元宇宙圖書館的技術框架包含大數據技術、區塊鏈技術、物聯網技術、交互技術、網絡及運算技術、電子游戲技術、人工智能技術、數字孿生技術八個部分，這八個部分在元宇宙圖書館建設中互相融合、互相促進，共同為元宇宙圖書館的建設和發展提供技術支撐。與書理學“書是基礎、人是關鍵、用是目的”三原則相對應，AI-GPT時代元宇宙圖書館的技術結構可包括數據管理系統、用戶界面、協作與分享三個部分。書對應數據管理系統，人對應用戶界面，用則對應協作與分享。盡管元宇宙圖書館距離最終落地還有很長的路要走，但它指引了未來圖書館的發展方向。未來還需深入探討元宇宙圖書館的具體建設方式及其理論邏輯，期待元宇宙圖書館的早日落地。

（致謝：葉鷹教授提供研究思路與建議，特此致謝。）