基于VR技術(shù)的高校圖書館虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建研究
——以我國(guó)農(nóng)林本科院校為例

文 / 金玲

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）作為一種多學(xué)科、多技術(shù)的集成科學(xué)，是本世紀(jì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最新奇、最重要的技術(shù)之一，具有多感知性、交互性、沉浸性和想象性的特征。虛擬技術(shù)運(yùn)用到數(shù)字圖書館中，可以將圖書館的二維、平面資源進(jìn)行還原，變?yōu)樾蜗蠖唧w的三維信息資源，方便教師對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的講解；學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的過程中，可以獲得第一視角的實(shí)驗(yàn)交互體驗(yàn)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究的積極性，提升教學(xué)質(zhì)量。農(nóng)林類院校實(shí)驗(yàn)存在周期長(zhǎng)、影響因素多、環(huán)境要求高、實(shí)驗(yàn)器材昂貴等特征，如果能在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)過程使用VR來(lái)記錄和保存，對(duì)后期實(shí)驗(yàn)研究和學(xué)生學(xué)習(xí)有極大的幫助，也可以節(jié)省大量實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。

一、特色數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的現(xiàn)狀

我國(guó)農(nóng)林類院校共計(jì)96所，其中985高校共2所（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)和西北農(nóng)林科技大學(xué)），211院校8所，本科院校27所，獨(dú)立學(xué)院9所，高職高專50所[1]。37所本科院校（包含985和211院校）中20所高校建設(shè)有農(nóng)業(yè)特色數(shù)據(jù)庫(kù)。從調(diào)研數(shù)據(jù)來(lái)看，特色數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)共41個(gè)，校平均建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)2個(gè)。數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的特征如下：首先，學(xué)校圖書館對(duì)特色數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)比較積極。有資源優(yōu)勢(shì)的圖書館都選擇建設(shè)特色數(shù)據(jù)庫(kù)，收集和整理本校的特色專業(yè)和特色資源，形成自身的特色品牌。其次，特色數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)合建設(shè)較少。特色數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)沒有實(shí)現(xiàn)共建共享，存在部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象，克服這種現(xiàn)象必須加強(qiáng)院校之間的聯(lián)系，尤其是區(qū)域內(nèi)和專業(yè)相近的院校。通過資源共建共享，可以節(jié)約經(jīng)費(fèi)并提升資源利用效率。再次，圖書館在數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)中與學(xué)校其它部門合作較少。特色數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的內(nèi)容主要由圖書館搜集整理的數(shù)據(jù)組成，主要來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)信息資源的開發(fā)和利用，而學(xué)校產(chǎn)生的科研和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理較少。

在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的調(diào)研過程中，37所本科院校均建有農(nóng)林類重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室或觀測(cè)站。本次調(diào)研主要為省部級(jí)以上實(shí)驗(yàn)室、觀測(cè)站、創(chuàng)新中心等。從調(diào)研數(shù)據(jù)來(lái)看，各類農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室、觀察站共計(jì)1264個(gè)，平均每校37個(gè)，數(shù)量多、涉及的專業(yè)面比較廣且科研經(jīng)費(fèi)支持充裕，每年都產(chǎn)生大量的科研成果和科研數(shù)據(jù)，成為學(xué)?？蒲挟a(chǎn)出的主要部分。

重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有專業(yè)科研技術(shù)和科研經(jīng)費(fèi)，圖書館有資源組織的技術(shù)和展示場(chǎng)地。VR數(shù)據(jù)庫(kù)如果僅僅由圖書館或者實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行構(gòu)建，很難取得良好的效果。因此，圖書館作為一個(gè)服務(wù)機(jī)構(gòu)，應(yīng)該積極聯(lián)系學(xué)校多個(gè)實(shí)驗(yàn)室，建設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；可以借助通訊技術(shù)，與區(qū)域內(nèi)或者相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的高校進(jìn)行合作，進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大數(shù)據(jù)庫(kù)的容量，為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)提供智力支持。

二、VR系統(tǒng)與特色VR數(shù)據(jù)庫(kù)模型的實(shí)現(xiàn)過程

傳統(tǒng)意義上的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景對(duì)試驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)周期都有很苛刻的要求。完成一次實(shí)驗(yàn)需要消耗大量的資源。由于場(chǎng)地的制約，現(xiàn)場(chǎng)觀摩的人數(shù)有很大的限制。雖然實(shí)驗(yàn)報(bào)告可以記錄實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，但并不直觀，不能完全還原實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，更不能實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的交互。VR系統(tǒng)可以很好地解決以上問題。一次VR數(shù)據(jù)的錄入，學(xué)生可以進(jìn)行多次的觀摩，通過與資源的互動(dòng)來(lái)加快和放慢實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)分析和解說。這克服了時(shí)間跨度長(zhǎng)的問題，節(jié)省了學(xué)習(xí)的時(shí)間，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)消耗品。VR數(shù)字資源的共享也可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的異地觀察，為學(xué)習(xí)和科研提供方便，也給人帶來(lái)豐富的視覺沖擊力。

（一）VR系統(tǒng)組成

VR是在真實(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立的數(shù)字模型，嚴(yán)格遵守VRML (Virtual Reality Modeling Language)、X3D等標(biāo)準(zhǔn)和要求，讓操縱者身臨其境地體驗(yàn)虛擬三維空間，感受操作帶來(lái)的場(chǎng)景變化。它具有雙向交互功能。

VR系統(tǒng)構(gòu)成因素主要有：1.硬件開發(fā)平臺(tái)，即高性能的VR工作站或圖形工作站，可以進(jìn)行高性能圖像生成和處理。VR系統(tǒng)必須有高速運(yùn)算的處理能力，實(shí)時(shí)地處理復(fù)雜的圖像以縮短讀者視覺的延遲，增強(qiáng)沉浸感和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互。2.VR顯示系統(tǒng)。其主要功能為三維圖像的顯示和輸出。它通過高亮度投影設(shè)備及其組件，將虛擬場(chǎng)景展現(xiàn)在參與者面前，可以方便多人參與互動(dòng)，主要設(shè)備有立體眼鏡、立體顯示器、頭盔式顯示器、大屏幕監(jiān)視器、虛擬三維投影顯示系統(tǒng)等。3.VR交互系統(tǒng)。VR區(qū)別于3D的一個(gè)主要指標(biāo)是六自由度實(shí)時(shí)交互，包括三維空間互動(dòng)球、數(shù)字手套、數(shù)字衣、空間定位器、力覺和觸覺反饋系統(tǒng)等。用戶可以通過這些設(shè)備來(lái)體驗(yàn)真實(shí)的方向感和力度，從而完成人機(jī)互動(dòng)。

（二）VR數(shù)據(jù)庫(kù)模型構(gòu)建

圖書館構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)采用的是VRML語(yǔ)言。這種語(yǔ)言功能強(qiáng)大，可以借助互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)虛擬空間，支持二維、三維、多媒體和動(dòng)態(tài)技術(shù)。用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，產(chǎn)生身臨其境的感覺，感受到形象的體驗(yàn)數(shù)字資源的魅力。

圖1 VR數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建模型

虛擬現(xiàn)實(shí)資源庫(kù)的構(gòu)建模型主要由用戶、I/O設(shè)備、VR引擎、資源庫(kù)等部分組成[2]，見圖1。I/O設(shè)備包括檢測(cè)模塊、反饋模塊、傳感模塊和控制模塊；VR引擎包括虛擬環(huán)境、建模模塊和數(shù)字模擬三部分。模型具體的工作原理和傳感原理如下：用戶通過I/O設(shè)備進(jìn)行輸入輸出，與VR引擎進(jìn)行互動(dòng)，調(diào)動(dòng)資源庫(kù)中的數(shù)字資源，并對(duì)資源進(jìn)行數(shù)字模擬和虛擬場(chǎng)景構(gòu)建，形成虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，通過多方觸控，與讀者建立互動(dòng)式資源使用體驗(yàn)。

從三維文本構(gòu)建的代碼來(lái)看，實(shí)現(xiàn)的難度比較低，非計(jì)算機(jī)專業(yè)的館員也可以掌握。這為數(shù)字圖書館三維信息資源建設(shè)提供了條件。VRML軟件可以通過設(shè)計(jì)字體的邊框、顏色、長(zhǎng)寬高以及字體的旋轉(zhuǎn)間距等代碼，實(shí)現(xiàn)字體的立體效果。它生成的效果生動(dòng)，形象逼真，適合圖書館進(jìn)行的三維資源建設(shè)，可以創(chuàng)建靜態(tài)、垂直旋轉(zhuǎn)、水平旋轉(zhuǎn)和三維旋轉(zhuǎn)模式。通過對(duì)瀏覽者的控制，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，與現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)幾乎一樣。在交互的過程中，機(jī)器適應(yīng)人，真正做到了以人為主體。在使用數(shù)字圖書館的過程中實(shí)現(xiàn)與信息資源的交互，可以為用戶提供對(duì)象的細(xì)節(jié)、相互關(guān)系和整體結(jié)構(gòu)。

VRML可以實(shí)現(xiàn)圖像資源的三維化，構(gòu)建圖書館三維信息資源。圖書館資源主要包含數(shù)字資源和非電子資源。VRML可以生產(chǎn)三維的虛擬物體，用戶可以自然地與“虛擬物體”進(jìn)行交互。它包含的三維建模功能，可以使資源在計(jì)算機(jī)中栩栩如生地再現(xiàn)。于是，用戶可以擺脫傳統(tǒng)的二維瀏覽模式，實(shí)現(xiàn)圖像信息的立體逼真、交互操作，通過設(shè)備切換視角對(duì)圖像信息進(jìn)行瀏覽和翻閱，并能聽到聲音和各個(gè)部位的解說，讓用戶充分體驗(yàn)真實(shí)。

三、特色VR數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的策略

圖書館在建設(shè)特色VR數(shù)據(jù)庫(kù)的過程中，要對(duì)學(xué)校的資源進(jìn)行評(píng)估，確定數(shù)據(jù)庫(kù)支撐資金和資源。圖書館在數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)前期要進(jìn)行充分的調(diào)研，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的可行性進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的環(huán)節(jié)進(jìn)行分解。

（一）數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)與開發(fā)策略

圖書館對(duì)于VR數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)和開發(fā)，需要從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮和設(shè)計(jì)。首先，確定數(shù)據(jù)庫(kù)主題。圖書館應(yīng)該通過全面調(diào)查，結(jié)合本館的資源特色和本校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以滿足用戶學(xué)習(xí)和研究為目的，確定好數(shù)據(jù)庫(kù)主題；與學(xué)校實(shí)驗(yàn)室合作，實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)提供實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，圖書館負(fù)責(zé)對(duì)資源的加工和標(biāo)引入庫(kù)，共建VR數(shù)據(jù)庫(kù)資源。其次，保證資金來(lái)源。資金不足一直是圖書館數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的障礙之一，圖書館的資金主要靠學(xué)校財(cái)政預(yù)算，來(lái)源相對(duì)單一。而實(shí)驗(yàn)室的資金一般比較寬裕，可以將部分經(jīng)費(fèi)投入到數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)中。

（二）數(shù)據(jù)資源保障模式

數(shù)據(jù)資源的搜集和整理是數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建的核心內(nèi)容。數(shù)據(jù)質(zhì)量的高低決定了數(shù)據(jù)庫(kù)的使用效果。VR數(shù)據(jù)庫(kù)的資源搜集需要注意三個(gè)方面。首先，依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)搜集資料，將搜集到的音視頻資料按照虛擬的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)字化存儲(chǔ)并深度加工，力求內(nèi)容豐富和全面。其次，確保信息的完整性。虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)資源的要求比較高，一條完整的數(shù)據(jù)應(yīng)該包含畫面、聲音、文字等信息，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景。再次，拓寬信息資源的搜集途徑。特色數(shù)據(jù)庫(kù)的資源可以來(lái)源于圖書館的搜集、實(shí)驗(yàn)室的提供、數(shù)字商的產(chǎn)品等。數(shù)字資源的不足會(huì)造成VR設(shè)備使用效率低下，最終變成擺設(shè)，造成人力和財(cái)力的浪費(fèi)。持續(xù)的數(shù)字資源更新和添加是數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展的源動(dòng)力。

（三）資源共建共享模式

從特色數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的現(xiàn)狀來(lái)看，圖書館建設(shè)特色數(shù)據(jù)庫(kù)的熱情比較高，但是重復(fù)建設(shè)的數(shù)據(jù)庫(kù)也不在少數(shù)，如水稻類有3個(gè)，豬養(yǎng)殖有2個(gè)，海產(chǎn)類有2個(gè)。這在一定程度上造成了資源的浪費(fèi)。VR數(shù)據(jù)資源建設(shè)的成本高，需要投入的人力物力較多，因此進(jìn)行資源的共建和共享顯得更為重要。一是開展相同學(xué)科專業(yè)院校的合作[3]。圖書館充分利用圖書館聯(lián)盟，在聯(lián)盟內(nèi)聯(lián)系與數(shù)據(jù)庫(kù)資源相關(guān)的專業(yè)院校，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的共建、資源的共享。聯(lián)盟內(nèi)的圖書館可以積極協(xié)調(diào)促成聯(lián)盟內(nèi)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的共享，極大地豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，提升數(shù)字資源的利用效率。二是開展區(qū)域內(nèi)高校的合作[4]。高校結(jié)合區(qū)域發(fā)展的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)硬件資源的共享和共建。VR數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建硬件成本比較高，一般的學(xué)校如果沒有專項(xiàng)資金的支持，很難建設(shè)。如果同區(qū)域內(nèi)高校均建設(shè)VR實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，也是一種資源浪費(fèi)。院?？梢钥紤]VR實(shí)驗(yàn)室的共建方案，共同維護(hù)和使用，節(jié)約建設(shè)成本。

（四）知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題

自建數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)和使用中會(huì)涉及到一定的知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題。圖書館在設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)庫(kù)中應(yīng)避免侵權(quán)。自建數(shù)據(jù)庫(kù)涉及到的知識(shí)產(chǎn)權(quán)主要有三方面。一是紙質(zhì)資源數(shù)字化后產(chǎn)生的版權(quán)問題[5]。VR數(shù)據(jù)庫(kù)涉及到這部分內(nèi)容必須經(jīng)過著作權(quán)人的授權(quán)，再對(duì)資源進(jìn)行加工和整理。二是網(wǎng)絡(luò)資源的開發(fā)和使用。開發(fā)和利用網(wǎng)絡(luò)資源也是豐富特色數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)重要途徑。三是學(xué)校實(shí)驗(yàn)室自產(chǎn)資源。本校師生使用這類資源時(shí)可以免費(fèi)，而在與其它學(xué)校數(shù)據(jù)庫(kù)共享時(shí)，可以選擇作者的授權(quán)或收取適當(dāng)?shù)馁M(fèi)用。這部分費(fèi)用的分配一部分用于圖書館資源搜集加工人員的補(bǔ)貼，另一部分用于資源生產(chǎn)者的知識(shí)報(bào)酬。這種模式也是對(duì)數(shù)據(jù)生產(chǎn)者和加工者的一定鼓勵(lì)，有助于提升他們提供數(shù)據(jù)的積極性。

[1]孟憲學(xué).中國(guó)農(nóng)業(yè)科技數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)建設(shè)研究[D].中國(guó)農(nóng)科院,2002.

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[3]楊永健.財(cái)經(jīng)院校圖書館特色數(shù)據(jù)庫(kù)共建共享分析[J].現(xiàn)代情報(bào),2015(5).

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[5]黃佩,劉茲恒.圖書館聯(lián)盟數(shù)據(jù)庫(kù)資源共建共享的版權(quán)問題研究[J].圖書與情報(bào),2015(3).