【摘要】图书馆从文献服务迈向知识服务，空间的作用日益显著。智慧空间是图书馆新型知识服务业态，其发展分成三个阶段从RFID化、到无人化服务、到时空虚拟化和服务智慧化。通过梳理图书馆智慧空间的典型场景和主要技术现状，总结智慧空间的初步模型和智慧评级。人工智能技术将成为图书馆智慧空间的新生产力，元宇宙将推动图书馆智慧空间形成新生产关系。提出图书馆智慧空间的构建方式是夯实基础设施和基础数据、积极引入人工智能和元宇宙、应用创新和提升体验。
【关键词】智慧空间，人工智能，元宇宙，虚拟现实，增强现实，数字孪生
1引言
２图书馆关于智慧空间、人工智能和元宇宙的研究综述
AI将推动智慧图书馆在空间表现力、空间层次性、空间多样性上的突破，使用户在智慧图书馆中的场景体验、价值判断和获得感得到进一步提升，也使智慧图书馆的空间规划和布局更趋合理化、物理环境与服务更加便捷化、基于情境感知与应用的服务更趋人性化。元宇宙将赋能图书馆空间重构，从重塑图书馆空间的服务特性，到赋能图书馆空间中的数字化资源建设和图书馆空间信息的感知及处理，到赋能图书馆空间支持下的智慧教学新生态和社会教育服务体系。AI和元宇宙为图书馆智慧空间提供了新场景、新范式、新生产力，图书馆需要重新审视和展望智慧空间的未来。
３图书馆智慧空间发展的3个阶段及其场景
３.1图书馆智慧空间1.0、2.0和3.0
参考Web1.0（内容的互联网）、Web2.0（社交互联网）、Web3.0（价值互联网），本文梳理图书馆智慧空间的3个阶段，展示图书馆智慧空间的一些代表场景（见表1）。智慧空间2.0阶段和智慧空间3.0阶段在前面阶段的基础上，增加了新服务、新交互、新资源、新技术，在表1中用“+”表示。
图书馆智慧空间2.0的特征是真实空间的无人化服务和场景联动。随着移动互联网的发展，更多移动设备（平板电脑、智能手机等）可以用于交互；智慧空间包含的资源范围拓展到对外服务的设施，如座位、阅览室、报告厅等；随着机器学习、智能语音、空间定位、空气质量感知等技术逐渐成熟，图书馆在智慧空间2.0阶段进行了不少新探索，如上海图书馆东馆的机器人方案、导航方案、全预约方案、数字大屏方案等。智慧空间2.0中部分场景对于建筑有一定要求，如空间定位、盘点机器人等，可能仅适合新馆、或重构过的图书馆空间，国内图书馆建设新馆时多少实现了这些场景。
图书馆智慧空间3.0的特征是空间的时空虚拟化、服务的智慧化。这个阶段，元宇宙技术将前所未有的改变图书馆的时空属性，空间服务和知识服务会突破真实时空，图书馆对于空间的传统理解和运用将会出现革命性的变化，数字孪生、增强现实、虚拟现实进入图书馆服务场景中，AI技术的发展也为图书馆智慧化场景赋能。近二十年以来，图书馆从提供文献服务到信息服务、再发展为知识服务，图书情报工作核心能力定位于知识服务。图书馆知识服务的主体和客体都出现多元化的趋势，知识服务内容也趋于专业化、特色化、数字化、个性化。智慧空间3.0会成为图书馆知识服务的主体之一，元宇宙本身的沉浸感、交互性和内容生成也将影响图书馆知识服务的内容，数字资源将会有更好的展现形式和交互方式，更多读者通过XR在图书馆虚实空间中得到更炫的体验。
3.2图书馆智慧空间2.0的典型场景
图书馆智慧空间2.0主要体现为空间服务自动化。图书馆智慧空间2.0的读者交互途径有所拓展，可以通过机器人解决部分图书服务（如借还、盘点和搬运），通过手机导航解决空间导引（如导航指引到座位、图书架位）；通过全预约解决空间资源有效有序利用（如入馆、座位、研讨室、活动、参观等）；通过数字大屏展现图书馆服务和资源（如服务政策、运营数据、宣传视频和人文研究成果等）的同时，也可以通过平板电脑进行互动；通过智能手机进行图书借还和查询（如手机借书），具体典型场景如表2所示。
图书馆智慧空间2.0实现层次主要包含（1）无线网络、RFID标签、门禁等（2）室内地图、地图注点、图书层架信息等（3）智能语音等（4）室内定位技术等（5）流通服务系统、预约系统、导航系统、多媒体管理系统等（6）自助设备、机器人、数字大屏等。
3.3图书馆智慧空间3.0的典型场景
平行宇宙观认为元宇宙是以数字孪生等技术打造的平行世界或镜像世界；融合宇宙观认为它是一种虚实相融的社会形态；进化宇宙观认为它是新的经济运行形式、新的社会交往模式、新的空间构建模式、新的信息交互方式。在本文看来，元宇宙不仅是现实世界的平行世界，还是现实世界的拓展，并会反作用于现实世界，元宇宙和现实世界是相互构建和共享的，是虚实共生、虚实相生的，以此理解图书馆智慧空间3.0更为恰当。
镜像孪生是从真实世界复刻出的虚拟世界，其主要场景如下表3所示。国内外图书馆已有些尝试(1)复刻图书馆真实空间，读者无需到馆就能体验到三维的、近乎实景的图书馆空间，以及空间关联服务，如虚拟会议室、馆内漫游等。(2)文化遗产体验，计算机模拟历史建筑让用户体验到不复存在的文化遗产，如加州大学洛杉矶分校和哥伦比亚大学的1893年世界哥伦比亚博览会的计算机模拟。(3)扩展知识服务到图书馆空间，甚至城市空间，上海图书馆的红色VR骑行项目是以公共图书馆城市记忆的知识服务为基础，融入城市文化建设、浸润人文关怀、弘扬时代主旋律。(4)图书馆空间运维管理，如三维建模和BIM（BuildingInformationModeling，建筑信息模型）为用户提供舒适的学习、阅读环境（见表3）。
增强共生是将虚拟内容叠加到真实空间上，一般是通过指引箭头、字幕信息等标签特效叠加到手机摄像头实时采集的现实图像中，让虚拟内容更好地融入真实世界，其主要场景如下表4所示。图书馆或文旅行业已有一些尝试，(1)沉浸式展览不仅重现了藏品背后的历史和文化，也展现科技带来的无限想象空间，如上海图书馆的“灵境石语—碑帖建筑VR沉浸式体验”“巴黎圣母院增强现实感沉浸式展览”。(2)导航类应用，结合现实空间和虚拟空间实现AR实景导航，容易拓展出寻宝等活动。(3)城市文化遗迹AR应用，如上海图书馆的“从武康路出发”应用（见表4）。
虚拟原生类是独立于真实世界的虚拟世界，主要场景如表5所示。图书馆的空间服务、知识服务不再局限于真实时空和物理规律，可以将虚拟空间作为图书馆智慧空间的一部分、作为图书馆知识服务的内容。虚拟原生目前主要用于以下几方面：(1)虚拟展览，将知识产权明确的资源数字化到虚拟服务空间，如古籍和特藏等，并可使用增强共生场景中视频解说、全景观览等功能。(2)以虚拟人形式提供服务政策问答、参考咨询等的公众服务，如华盛顿大学图书馆的可视化虚拟咨询。(3)以数字人形象展现人物专题研究成果，可在虚拟世界中感知到真实世界的人类历史文化记忆，如虚拟数字人的数字记忆项目。(4)以虚拟世界方式更好展现数字人文中的时空类研究成果，如上海图书馆的“君从何处来—跨越千年的迁徙图可视化”目前的大屏展示将其服务对象从以研究人员为主扩展到普通大众，如能在虚拟三维空间显示和互动会有更好体验。
图书馆智慧空间3.0实现层次主要包含（1）5G、传感器、区块链、云计算平台等（2）空间信息数字化、图书馆资源数字化等（3）即时定位与地图构建、计算机视觉、自然语言处理等（4）三维建模、三维渲染等（5）数字孪生、增强现实、虚拟原生等应用（6）AR、VR等。
４图书馆智慧空间的模型、评级和技术
4.1图书馆智慧空间的模型
图书馆从文献服务迈向知识服务，服务从真实空间扩展虚实空间，图书馆空间的作用日益显著。图书馆智慧空间发展的过程是图书馆逐步消除自身边界、拓展知识服务的过程，元宇宙给图书馆一个崭新的时空，彻底打破了图书馆和读者之间的时空壁垒。
从图书馆智慧空间3个阶段的发展过程，我们可以看到图书馆智慧空间场景有一定共性，包含六个层次，自下而上是:基础设施层、数据层、人工智能层、空间层、应用层、交互层，构成图书馆智慧空间的初步模型，表6是每个层次包含的技术、设施等要素。
基础设施层是智慧空间的基石，体现在算力、存储、网络和感知，包含云计算平台和支持实体空间的WIFI网络、传感器等、和支持虚拟空间的5G网络、区块链等。数据层是智慧空间的内容资产，包含实体空间的地图数据、图书架位数据、RFID标签数据等，虚拟空间的空间数字化信息、图书馆资源数字化和人文研究的数字化成果。人工智能层是智慧空间的核心生产力，主要负责内容识别和生成，在实体空间和虚拟空间可以使用类似的人工智能技术。空间层是智慧空间的特征，体现在实体空间的空间定位导引和三维虚拟空间的构建等，给读者带来真实或者虚拟的空间感。应用层是智慧空间的服务，包含便捷和丰富的智慧服务和知识服务。交互层是智慧空间的体验渠道，让用户更方便地使用和享受服务，实体空间的交互方式相对丰富，包括自助设备、机器人、智能手机等，虚拟空间的交互方式目前集中在XR和智能手机。
4.2图书馆智慧空间方案的智慧评级
什么是图书馆智慧空间的“智慧”，每个时代都有不同理解，本文认为可以极大推动图书馆知识服务和引起业务模式变革，注重读者服务和人文关怀，具有先进的技术和解决方案，就是对图书馆智慧空间中“智慧”的理解。图书馆和方案供应商根据当时的信息技术、空间条件、服务能力，对图书馆空间进行的探索和实践，都是图书馆智慧空间服务。只要符合图书馆自身需求、有利于图书馆服务的空间场景，都是值得尝试、值得鼓励的，都应算作图书馆智慧空间。IT技术在图书馆越来越来没有特殊性，图书馆可以使用不同技术来探索和实现智慧空间，未来这些场景百川汇海、会逐渐形成图书馆的智慧空间。
不同方案对于图书馆智慧空间模型的实现程度不同，而且智慧空间未来有联动性、AI智慧化服务的趋势，我们可以为智慧空间方案的智慧程度进行评级（见表7）。
初级的图书馆智慧空间方案是部分实现图书馆智慧空间模型、满足单一场景的空间服务，如自助借还和门禁方案可以实现图书馆无人化的流通服务。大部分图书馆智慧空间方案已达到了初级，图书馆可通过这些方案实现基本的智慧服务。
中级的图书馆智慧空间方案是部分实现图书馆智慧空间模型、实现跨场景联动。例如，机器人送书方案包含读者预约座位、读者查询图书、机器人送书到座位等场景，跨越了全预约、座位管理、机器人等应用；图书AR导引方案让读者通过AR导航应用找到开放空间的图书，跨越了盘点机器人、智能书架、AR导航、图书架位管理等应用，智能书架实时管理智能书架上的图书位置数据、盘点机器人定时盘点开架图书的位置数据，结合AR导航提升读者体验，也减少顺架工作量。中级的图书馆智慧空间方案方案仍在发展中，值得更深入的探索，需要图书馆和集成商克服跨系统的对接和数据等难点，打通业务场景、完善技术方案。
4.3图书馆智慧空间的主要技术现状
4.3.1AI技术将成为图书馆智慧空间的新生产力
AI技术成本的降低极大推动智慧空间中数字资产的生成。2022年11月OpenAI推出ChatGPT已可用于智能问答、文本创作、文本主题识别、关键词抽取等场景，未来接入数字虚拟人可为用户提供更流畅和友好的人机交互体验；以ChatGPT为代表的生成式AI技术完全有可能成为Web3时代的生产力工具，解决数字世界的数据资产与内容生产难题。
图书馆智慧空间2.0的机器人方案中，除了SLAM（SimultaneousLocalizationandMapping，即时定位与地图构建），已应用部分AI技术，如智能识别（语音识别技术、声纹识别技术、运动轨迹识别技术、情景识别技术等）、智能仿真（语音合成技术等）、智能理解（视觉理解和自然语言处理等）、智能问答（自然语言处理、信息检索、机器学习和推理算法等）。图书馆智慧空间3.0阶段使用了更多AI技术，特别是感知（物联网）、空间（3D建模）、创作（内容生成）等层面。
AI三维建模技术将会加快元宇宙虚拟空间的建设。谷歌推出的DreamFusion使用预训练的2D文本到图像扩散模型可一键生成3D模型。Nvidia宣布推出Magic3D生成式AI技术，可以根据文本提示生成3D模型。华为HMSCore3D建模服务拥有3D建模、3D引擎、AREngine等多个图形领域的开放服务，一个普通手机的RGB摄像头即可完成建模。
PGC（ProfessionalGeneratedContent，专业生产内容）与UGC（UserGeneratedContent，用户生成内容）模式因规模或质量难以满足元宇宙场景下海量高质内容需要，AIGC技术将逐渐成为主要模式。AIGC通过文本生成图片和视频，如文生图的DALL-E2、文生图和图生图的StableDiffusion、文字生成短视频的Make-A-Video。2023年3月OpenAI公司发布GPT-4（GenerativePre-trainedTransformer，生成型预训练变换模型）模型。GPT采用的Transformer架构在自然语言处理领域已跻身主流未来有望延伸至多模态，如翻译、启发式对话、客户服务、写稿机器人、采访助手、视频剪辑等。瑞典国家图书馆将所有用瑞典语编写的纸质资料转换成数字资产，使用NVIDIADGX系统的Transformer模型，帮助研究人员回顾瑞典语的历史变化。
4.3.2元宇宙将推动图书馆智慧空间形成新生产关系
元宇宙并不是一种刚刚兴起的新技术体系，而是对信息革命技术愿景的全景描述。JonRadoff描述了构建元宇宙的3大方面和7层框架：基础设施及设备（人机界面）、开发工具（去中心化、空间计算）、应用产品及运营生态（创作者经济、发现、体验）。元宇宙中的部分技术已应用在图书馆智慧空间的镜像孪生、增强共生、虚拟原生三类场景中，涉及技术基础设施、人机界面、空间计算、创作者经济，这些技术的逐渐成熟已可以支撑图书馆智慧空间（见表9）。
５图书馆智慧空间的构建
5.1夯实基础设施和基础数据
图书馆大部分信息化基础设施、数据的生成方式仍停留在互联网时代，图书馆在规划智慧空间新场景时首先需要夯实基础设施，改变数据生成、利用和管理的思路。
政府支持和产业发展让图书馆有一定条件以更积极的姿态拥抱AI和元宇宙,并善于与之一起为促进图书馆的交流功能和服务效能做出贡献。工信部培育一批进军元宇宙、区块链、AI等新兴领域的创新型中小企业，科技部的《关于加快场景创新以人工智能高水平应用促进经济高质量发展的指导意见》将推动人工智能的产业发展和促进人工智能场景创新。中国企业积极布局元宇宙，如字节跳动的VR头显Pico4；华为的XR芯片平台和VRGlass6DoF游戏套装；阿里巴巴的云游戏研运服务平台元境。而国外企业已形成“硬件—软件—应用”的全面布局，如Meta的VR头显OculusQuest2、元宇宙社交平台HorizonWorlds、VR办公协作平台HorizonWorkrooms；NVIDIA的计算机图形与仿真模拟平台Omniverse；Amazon的数字孪生服务IoTTwinMaker。
5.2积极引入人工智能和元宇宙
5.3应用创新和提升体验
图书馆智慧空间的初级应用场景已很常见，但中级应用场景并不多，有待图书馆创新应用场景和提升读者交互体验来，虚实结合、虚实相生的智慧空间为图书馆空间服务和知识服务提供了新思路。无论哪种智慧空间场景，实是虚的基础、虚是实的延伸，未来是虚实世界的相互推动、和谐共生，虚实结合、虚实相生的过程都是知识服务。由实向虚和由虚向实的过程带来新体验、新知识：(1)由实向虚是从虚拟世界对真实世界的模仿开始，一方面通过沉浸式体验实现真实体验的数字化，另一方面在虚拟世界重建真实世界，在未来建立虚拟化的平行世界。由实向虚可以提高现实世界的图书馆服务效果，为读者创造全新的虚拟体验，如图书馆智慧空间中的虚拟会议室、红色骑行、馆内寻宝。(2)由虚向实是超脱真实世界的模拟，一方面是虚拟世界的自我创造、构建独立于真实世界的价值体系，另一方面虚拟世界可能会对真实世界产生影响。由虚向实可以实现数字体验的真实化，把真实世界的图书馆知识服务映射进虚拟世界中，在虚拟世界中完善后带回现实世界，如图书馆智慧空间中的数字人。
5.4循序渐进推动全面智慧化
6结论
元宇宙将从单一的自然宇宙扩展到虚实并存的双重宇宙；元宇宙将成为人类思想的创新实验室；元宇宙将开辟人类创世造物的新时代。AI和元宇宙技术是图书馆智慧空间的新生产力和新生产关系。虚实结合、虚实相生的智慧的空间不仅会推进图书馆数字转型、知识服务和空间服务泛在化，也可能重构图书馆的知识创造和知识传播。图书馆智慧空间的未来是令人振奋的，让我们站在新的起点,迎接新时代的到来！
参考文献（略）
【讲座回顾】刘宏伟《需求牵引，技术推动，构建新型学习组织，推动高校图书馆转型》——“智慧图书馆技术应用讲座”2023年第4期