虛擬現(xiàn)實技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字圖書館中的應(yīng)用

林 峰

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虛擬現(xiàn)實技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字圖書館中的應(yīng)用

林 峰

福建衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖書館

圖書館數(shù)字化是不可避免的發(fā)展趨勢，近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（AR）與數(shù)字圖書館可以說是相當(dāng)好的搭檔，二者的結(jié)合，將會對文化、教育、科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供強(qiáng)大力量。該文以虛擬現(xiàn)實技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用為研究內(nèi)容，通過分析相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢、實例應(yīng)用，探討基于AR、VR技術(shù)的數(shù)字圖書館發(fā)展思路。

虛擬現(xiàn)實 增強(qiáng)現(xiàn)實 圖書館 信息資源建設(shè)

1 新技術(shù)概述

當(dāng)前，新興技術(shù)正在圖書館的建設(shè)、運(yùn)營等方面尋找著合適的棲息地。其中，虛擬現(xiàn)實與增強(qiáng)現(xiàn)實作為可以大幅改變?nèi)藭换ンw驗的新興技術(shù)之一，其發(fā)展前景較為明朗。

1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實作為近幾年媒體曝光率非常高的名詞之一，與之相關(guān)聯(lián)的文章、視頻等媒體內(nèi)容可謂是鋪天蓋地，尤其是隨著計算機(jī)軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，輔以相關(guān)硬件設(shè)備的出現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在近兩年內(nèi)取得了飛速發(fā)展。

虛擬現(xiàn)實，又稱為虛擬實境，翻譯自英文詞組Virtual Reality，簡稱VR，是指利用計算機(jī)技術(shù)，通過建模、渲染等計算手段，根據(jù)使用者的狀態(tài)，例如：位置、方向、姿態(tài)、動作等信息，提供給使用者對應(yīng)的模擬環(huán)境的感知反饋，通常包括視覺、聽覺等[1]。通過這項技術(shù)，使用者可以在某個特定的空間內(nèi)在允許范圍內(nèi)進(jìn)行沉浸式的觀察。

1.2 增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)

在虛擬現(xiàn)實光環(huán)的籠罩之下，增強(qiáng)現(xiàn)實詞組的熱度就沒有那么高了。盡管如此，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（Augmented Reality，簡稱AR）仍然還是一項非常有前景的新興技術(shù)。微軟近期推出的“混合現(xiàn)實”概念正是增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的翻版。

與虛擬現(xiàn)實技術(shù)致力于沉浸式的體驗不同，AR技術(shù)是強(qiáng)調(diào)虛擬與現(xiàn)實的結(jié)合，它嘗試將電腦生成的信息或者虛擬物體通過技術(shù)手段疊加在人們感知的真實世界之上[2]，進(jìn)一步豐富人們所接收到的信息。

1.3 相關(guān)技術(shù)的硬件設(shè)備

按照常見的民用級硬件設(shè)備，也就是高校圖書館中最有可能大規(guī)模應(yīng)用的設(shè)備種類來劃分，大致可以分為3種設(shè)備：移動端頭戴顯示、外接式頭戴顯示、一體式頭戴顯示。

移動端頭戴顯示就是所謂的眼鏡盒子。它們本身結(jié)構(gòu)比較簡單，圖像的顯示與計算是通過放置在內(nèi)部的手機(jī)來實現(xiàn)，因為插入外置設(shè)備幾乎完全阻斷了對外界的光線感知，因此要實現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實的話，還需要搭配攝像頭一起使用。

需求分析宏觀上指社會和行業(yè)對ESP教學(xué)的要求，微觀上指學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求。需求分析應(yīng)該是ESP課程基礎(chǔ)和ESP教學(xué)開展的必要前提。對中國目前大學(xué)英語教學(xué)向ESP發(fā)展進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)研，并對開展ESP教學(xué)的各類高校進(jìn)行需求分析，對ESP學(xué)科建設(shè)具有理論和現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

外接式頭戴顯示，顧名思義，產(chǎn)品只負(fù)責(zé)顯示與采樣部分，而聲音圖像的計算則傳送到專門的主機(jī)上進(jìn)行，因為計算設(shè)備不受到體積限制，適合模擬較為復(fù)雜、對計算量要求較高的場景。但是相對的，這種產(chǎn)品便攜性較差，且使用時受到線纜限制，對于AR這種需要與物理真實世界進(jìn)行頻繁互動的方式并不是十分方便。

一體式頭戴顯示是將計算與顯示部分集成在一起的產(chǎn)品。受到體積限制，目前這種設(shè)備的計算能級并不會比手機(jī)強(qiáng)很多，不過在用于一些對計算量要求并不高的AR應(yīng)用場景上有不錯表現(xiàn)。未來隨著計算機(jī)進(jìn)一步小型化的發(fā)展趨勢，這種形態(tài)將有希望成為相關(guān)設(shè)備的最終形態(tài)。

2 VR與AR技術(shù)的優(yōu)勢

之所有VR和AR能得到眾多專家學(xué)者以及讀者、用戶的青睞，是因為這兩種技術(shù)有著其他方式所不能比擬的優(yōu)勢，兩種技術(shù)盡管有許多相同之處，但是還有一些差異存在，導(dǎo)致它們之間具有各自獨特的擅長領(lǐng)域與優(yōu)勢。

2.1 VR技術(shù)的優(yōu)勢

VR技術(shù)使用計算機(jī)產(chǎn)生出逼真的虛擬環(huán)境，主要其突出的特征為“3I”，分別對應(yīng)著Immersion（沉浸）、Interactive（交互）、Imagination（想象）?！俺两敝傅氖?，用戶在使用VR相關(guān)設(shè)備時，有著身臨其境的感覺。這也就意味著當(dāng)用戶在使用虛擬圖書館時，就好似用戶到達(dá)實體地理位置使用圖書館服務(wù)一樣，從而不受時間、空間等條件的限制?！敖换ァ钡囊馑际牵脩羲鎸μ摂M世界的時候并不是以一個旁觀者的身份，而是實實在在參與其中的。用戶可以與被生成的虛擬環(huán)境內(nèi)的物體進(jìn)行程序許可范圍內(nèi)的相關(guān)互動操作，并根據(jù)相關(guān)硬件的配置情況獲得對應(yīng)的物理反饋?！跋胂蟆痹谶@里指的是，虛擬空間是虛構(gòu)出來的，在相關(guān)人員創(chuàng)建空間時，可以對現(xiàn)實世界的物理空間進(jìn)行夸張、放大等處理后制成虛擬空間，甚至可以完全虛構(gòu)一個現(xiàn)實當(dāng)中不存在或者不可能出現(xiàn)的虛擬環(huán)境或行為。如此一來，用戶在體驗時就可以獲得更加新奇的感受，從而增加用戶對技術(shù)的粘度。

2.2 AR技術(shù)的優(yōu)勢

AR并不能實現(xiàn)VR的沉浸式體驗，而且因為其依附于與現(xiàn)實環(huán)境的結(jié)合，因此在想象這個方面上也不能過分夸張。但是，因為AR技術(shù)講究的是將虛擬物體或者其他信息疊加到真實世界上，是一種虛實結(jié)合的展現(xiàn)方式。計算機(jī)生成的虛擬層與現(xiàn)實世界相疊加，使得人們更方便、更全面地對真實世界進(jìn)行感知。因此，在互動性這一點上，AR技術(shù)強(qiáng)調(diào)的不僅僅是用戶與場景的互動，更是著眼于虛擬場景和現(xiàn)實世界、用戶的互動；這對用戶來說，真實世界的存在感不減反增，因為AR疊加的信息與真實的物理世界有著很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。利用這一點將AR應(yīng)用到與教育相關(guān)的數(shù)字圖書館領(lǐng)域無疑是一種非常好的想法，知識可以活靈活現(xiàn)般出現(xiàn)在讀者眼中，同時也可以通過讀者互動來增加讀者對相關(guān)知識的理解。

3 AR和VR技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用現(xiàn)狀

自20世紀(jì)90年代圖書館引入數(shù)字化潮流起，廣義的數(shù)字圖書館被認(rèn)為是多種信息資源的“總倉庫”，包括圖書、文獻(xiàn)、廣播音頻、電視視頻等資源。它們以數(shù)字信息為載體，向讀者提供不受時間、空間限制的信息共享、交換平臺[3]。

2008年9月，中國國家圖書館與相關(guān)單位合作的國家圖書館虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)項目正式上線，這也是國內(nèi)首家非接觸式的3D虛擬數(shù)字圖書館。除了在虛擬漫游區(qū)實地體驗之外，對于那些無法到實地的讀者，可以通過網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)虛擬漫步。其中的在線展覽項目也對廣大讀者開放了三維虛擬場景的瀏覽方式。此后，中國高等教育數(shù)字圖書館項目“大學(xué)數(shù)字圖書館國際合作計劃”也運(yùn)用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)[4]，在安裝相關(guān)的配套計算機(jī)程序后，用戶可以看到被實時渲染的信息、資源等。在發(fā)達(dá)國家，數(shù)字圖書館的應(yīng)用更加廣泛，甚至在一款名為“第二人生”的虛擬世界游戲中，都有斯坦福大學(xué)在其中建立的虛擬圖書館，為讀者提供相關(guān)服務(wù)。不過因為語言不通的原因，這些虛擬圖書館鮮有國人去了解和使用。

AR技術(shù)在數(shù)字圖書館方面的應(yīng)用已十分廣泛，世界各地的圖書館紛紛利用AR技術(shù)輔助開展圖書館服務(wù)。例如，美國邁阿密大學(xué)圖書館的排架應(yīng)用ShelvAR、芬蘭奧盧大學(xué)的智能嗅書應(yīng)用SmartLibrary，此外，AR技術(shù)還可以將館藏資料與對應(yīng)的地理位置結(jié)合起來，用戶在游覽時可以看到當(dāng)前所在地對應(yīng)的館藏資料。例如美國北卡羅來納州立大學(xué)圖書館開發(fā)的WolfWalk應(yīng)用[5]，以及俄勒岡州立大學(xué)圖書檔案館開發(fā)的Beaver-Tracks應(yīng)用等。

目前，許多圖書館都正在向“數(shù)字型”靠攏，大力加強(qiáng)了對數(shù)字資源的建設(shè)力度。VR、AR在數(shù)字圖書館方面應(yīng)用的可行性已經(jīng)被諸多實例證明，隨著相關(guān)軟硬件設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)用相關(guān)技術(shù)的圖書館也將會越來越普及。

4 AR和VR技術(shù)在數(shù)字圖書館中的應(yīng)用分析

AR/VR在數(shù)字圖書館中的主要應(yīng)用大致可以分為三類：協(xié)助導(dǎo)航、協(xié)助管理、閱讀輔助。

4.1 協(xié)助導(dǎo)航

區(qū)別于傳統(tǒng)的平面地圖、指引牌，以及發(fā)布在網(wǎng)頁上的超鏈接、跳轉(zhuǎn)入口等，讀者在復(fù)雜、功能多樣化的現(xiàn)代（數(shù)字）圖書館中獲取導(dǎo)航信息時難免遇到信息不直觀的情況，加大了讀者尋找書籍的難度。而利用VR/AR技術(shù)則可以在讀者游覽虛擬/實體圖書館時，實時融入相關(guān)信息的推送服務(wù)，實現(xiàn)對圖書館內(nèi)容的可視化引導(dǎo)。在傳統(tǒng)的指路模式中，讀者通過查詢獲得書本的書架號，再通過平面地圖或者指引牌找到書架的大致范圍，然后一排一排地尋找對應(yīng)書架；找到書架后再仔細(xì)觀察書架上的編號，最終定位到書本位置。這種方式會對不熟悉館內(nèi)結(jié)構(gòu)的讀者將造成極大困擾，往往需要來回折返數(shù)次才能縮小尋找的范圍。而使用AR技術(shù)就可以直接將每個書架的編號，甚至是目標(biāo)書籍的位置，以醒目的方式直接疊加在實景畫面中，從而讓讀者更容易找到目標(biāo)書架號。如果資金、人力允許，還可以使用編寫并實現(xiàn)室內(nèi)導(dǎo)航與定位功能，直接將最佳的路線疊加在視野中，尋找書架這種事無疑一下子變得輕松而簡單。

VR技術(shù)在這里的應(yīng)用有兩種情況：一是VR技術(shù)虛擬的空間為真實圖書館的復(fù)制。在讀者到達(dá)實地取書之前，可以使用VR技術(shù)來將目標(biāo)書籍的位置顯示在虛擬的三維環(huán)境中。與AR技術(shù)一樣，可以采用最佳路線規(guī)劃功能，如此一來，讀者在到達(dá)實地之前，甚至可以記牢圖書館的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，尋找起書本來自然是得心應(yīng)手。二是VR技術(shù)生成的虛擬空間并沒有現(xiàn)實依據(jù)，這種情況下就更加簡單了，因為并不牽涉到與現(xiàn)實場景的聯(lián)系，完全可以采用類似游戲中自動行走、傳送、瞬移等手段來讓讀者直接走到虛擬書架位置閱覽相關(guān)資料。

4.2 協(xié)助管理

實體圖書館擁有大量的藏書，在學(xué)生每日的借閱過程中，都需要館員對書籍進(jìn)行歸位、整理等操作。讀者在尋找書籍的時候也會發(fā)現(xiàn)，有時候書并沒有在查詢到的書架位置上，有時候被其他同學(xué)拿到閱覽區(qū)觀看還沒有歸還，有時剛還回來，館員來不及將它歸位，甚至有個別讀者將圖書有意放置在其他位置。這些問題在圖書館管理過程中都一直困擾著工作人員。

在AR技術(shù)的幫助下，既然可以實現(xiàn)針對讀者的資料位置標(biāo)示，那么我們現(xiàn)在將資料的庫存位置發(fā)送給館員作為參考，再通過在書籍上的附加射頻識別（RFID）芯片與室內(nèi)定位等技術(shù)獲取書籍的實際位置；將二者一比對，就可以馬上知道館員所在區(qū)域一定范圍內(nèi)、有哪些書籍被放在錯誤的書架位置上。計算機(jī)的快速讀取、數(shù)據(jù)庫比對要比館員肉眼讀取、記憶糾錯要更快、也更準(zhǔn)確，這也加快了館員的整理速度。邁阿密大學(xué)圖書館使用的圖書排架應(yīng)用ShelvAR證實了這一點[6]。

使用VR技術(shù)的虛擬圖書館，用戶借閱并不會使得資料的物理位置發(fā)生實際變化，因此并不需要館員進(jìn)行書籍歸位等操作，從某些層面上來說也方便了圖書館的管理。

4.3 閱讀輔助

傳統(tǒng)的圖書館館藏資料基本都是二維的文字、影像、音頻等二維材料。即使是影像多媒體這種比較生動的形式，在表現(xiàn)某些復(fù)雜知識的時候也難免遇到心有余而力不足的情況。而且，對于那些需要閱讀資料來構(gòu)建自己知識體系的用戶來說，要將分散在各個書本中的知識點聯(lián)系起來也并非易事。在這一點上，AR/VR技術(shù)有著得天獨厚的優(yōu)勢。

首先，AR技術(shù)在真實世界上疊加信息的屬性，非常適合用在資料的解釋上。對于一些物品、相關(guān)的影像等資料，可以直接浮現(xiàn)在相關(guān)文字的周圍，利用可交互的特性，用戶也可以對這些虛擬資料進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、放大、縮小、快進(jìn)等操作。相對于二維平面且不能互動的顯示方式，該方式可以加強(qiáng)讀者的閱讀興趣，提升資料的吸收效率。此外，這種辦法完全也可以反過來使用，當(dāng)讀者在實地游覽實物時，可以出現(xiàn)對應(yīng)的文字資料，并且隨著觀察角度的變化出現(xiàn)不同的文字段落。如此一來，同樣也可以大大加深讀者對實物的理解。

其二，我們也可以疊加與讀者當(dāng)前閱讀內(nèi)容有關(guān)、從其他信息源中引用的資料，在相關(guān)知識多的情況下，還可以根據(jù)讀者最近的閱讀列表、喜好等，自動個性化地為用戶進(jìn)行篩選與排序，幫助讀者更好地將相關(guān)知識串聯(lián)在一起，組建出正確、復(fù)雜的知識體系網(wǎng)絡(luò)。這兩個功能借助VR或AR都可以實現(xiàn)。

其三，對于那些實體數(shù)量有限、甚至是具備珍貴價值的實體資料，例如古籍等，可以利用AR或者VR技術(shù)實現(xiàn)不觸碰瀏覽。因為資料的虛擬拷貝并不存在數(shù)量限制，用戶可以隨機(jī)借閱資料，而不用管他人是否已經(jīng)借閱。對于珍貴的古籍來說，使用虛擬副本進(jìn)行借閱不僅使更多的人可以看到相關(guān)資料，更可以讓資料實體更加安全，實現(xiàn)有效保護(hù)古籍的作用。

5 結(jié)束語

AR、VR技術(shù)使圖書館與用戶之間的交互方式發(fā)生了改變。隨著相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，讀者不僅可以看到所在圖書館的建筑結(jié)構(gòu)、閱覽環(huán)境和館藏資源，也可以使用圖書館提供的更加豐富的服務(wù)。對圖書館來說，圖書館的服務(wù)范圍與功能被大幅擴(kuò)展。但因目前虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所需要的設(shè)備大多處于開發(fā)階段，設(shè)備價格普遍比較昂貴，目前只有少數(shù)地區(qū)的用戶可以體驗到VR與AR技術(shù)，且對相關(guān)資料的數(shù)字化、虛擬化勢必也需投入大量的人力和物力。我國的虛擬圖書館建設(shè)也才起步不久，后面仍有很長的路要走。

不過隨著科技的不斷進(jìn)步，相關(guān)技術(shù)最終將會與廣大讀者見面，成為圖書館技術(shù)應(yīng)用新的亮點。因此，對VR與AR技術(shù)在數(shù)字圖書館中的應(yīng)用與發(fā)展開展研究，對于我國數(shù)字圖書館建設(shè)具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值，將有助于為讀者提供更加人性化、高效、先進(jìn)的服務(wù)，體現(xiàn)圖書館作為知識庫的核心價值。

[1] 周思躍, 龔振邦.虛擬現(xiàn)實定義的探討[J].計算機(jī)仿真, 2006, 23(9): 219 -222.

[2] 齊越，馬紅妹．增強(qiáng)現(xiàn)實: 特點、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用[J]．小型微型計算機(jī)系統(tǒng), 2004, 25(5): 900-903.

[3] 張騫. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字圖書館中的應(yīng)用分析[J]. 自動化與儀器儀表, 2014(12): 129-130.

[4] 王晨晨. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其在圖書館的應(yīng)用[J]. 圖書館學(xué)研究, 2011(20): 34-37.

[5] 李曉娟, 任思琪, 黃國彬. 國外高校圖書館應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的案例研究[J]. 2015(11): 73-81.