VR技術(shù)在高校數(shù)字圖書館中的開發(fā)應(yīng)用研究*

程羅德 樊雁 房文革 張巍

（大連海洋大學(xué)，遼寧 大連 116023）

1 引言

近年來，隨著信息技術(shù)的發(fā)展圖書館信息化程度得到很大程度的提升，但是跟國外發(fā)達國家高校圖書館建設(shè)和應(yīng)用水平相比還存在較大的差距[1]。隨著AI、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)的興起和應(yīng)用[2]，VR技術(shù)研究不斷深入，利用AR技術(shù)服務(wù)讀者的高校數(shù)字圖書館越來越多，他們向讀者提供交互可視化的信息體驗服務(wù)，實現(xiàn)了新空間的再現(xiàn)，增強了閱讀便利，他們給讀者帶來了高端的沉浸體驗。如何更好地發(fā)揮VR技術(shù)在高校數(shù)字圖書館建設(shè)、服務(wù)中的作用，豐富數(shù)字資源，創(chuàng)新服務(wù)模式，使VR 技術(shù)和數(shù)字圖書館優(yōu)勢互補，是目前高校圖書館在數(shù)字化建設(shè)進程中所關(guān)注的熱點。

2 VR技術(shù)與高校圖書館

VR是一種高端的人機接口，它通過人機之間的交互，綜合運用計算機圖形圖像學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)等對人體多感官功能進行模擬，構(gòu)建虛擬場景，讓體驗者沉浸在計算機處理構(gòu)建的虛擬環(huán)境中，并通過肢體、自然語言等實現(xiàn)實時交互，同時利用可穿戴設(shè)備、數(shù)字手套等傳感器和顯示設(shè)備來增強交互感、真實感，讓體驗者處于一個多維度的信息空間[3]。VR 構(gòu)造的虛擬環(huán)境分為兩種：一種是真實世界的重構(gòu)再現(xiàn)，如再現(xiàn)秦陵兵馬俑、敦煌莫高窟、北京故宮等。再如，再現(xiàn)齊白石的蟬、梵高的日出印象、清明上河圖等，其目的在于利用一種載體把經(jīng)典景象呈現(xiàn)給現(xiàn)場觀賞者，使其與原創(chuàng)者情感上的產(chǎn)生共鳴。另一種是完全虛擬的環(huán)境，如虛擬展覽館、虛擬圖書、虛擬在線空間等，運用VR 技術(shù)可以使體驗者獲得現(xiàn)實世界中的感受。

在互聯(lián)網(wǎng)+AI 時代，高校圖書館在數(shù)字化建設(shè)方面取得了很大的成就，但是還不夠直觀，不夠形象，與讀者存在空間距離感，讀者對數(shù)字圖書館缺少親切感。當(dāng)前大多數(shù)高校圖書館仍以紙質(zhì)文獻和電子資源為主要建設(shè)和利用模式，紙質(zhì)以三維空間維度形式存在，資源豐富可視化，但是不適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)對信息的傳輸標準，數(shù)字資源文獻以平面或者二維度形式存在，但沒有立體空間感。在圖書館功能服務(wù)方面，讀者無法交互操作，更無法實現(xiàn)可視化和體驗感。如果充分利用VR技術(shù)獨特的技術(shù)特點和優(yōu)勢，使其廣泛應(yīng)用于高校圖書館數(shù)字化建設(shè)，可以方便解決數(shù)字圖書館可視化低、交互性差、無沉浸感等諸多方面的問題。

國際上，VR 技術(shù)多被應(yīng)用于高校圖書館創(chuàng)新虛擬空間、場景漫游、數(shù)字資源聚合、信息檢索、咨詢服務(wù)、教育與培訓(xùn)等領(lǐng)域。目前，我國高校圖書館已經(jīng)開始積極探索和實踐VR技術(shù)的應(yīng)用[4]。

3 VR技術(shù)在高校數(shù)字圖書館場景應(yīng)用的問題

由于受數(shù)字圖書館的建設(shè)和發(fā)展等多方面的因素制約，加之VR 技術(shù)研究及開發(fā)應(yīng)用的局限性等弊端，目前VR 技術(shù)與高校數(shù)字圖書館的深度融合仍有一定的難度。

首先，短時間內(nèi)突然改變讀者的閱讀習(xí)慣，從紙質(zhì)文獻到數(shù)字閱讀給讀者帶來的不適應(yīng)感，對傳統(tǒng)圖書館概念和功能利用的依賴性等會降低讀者的閱讀體驗。若要使VR 技術(shù)創(chuàng)新操作和交互模式，從傳統(tǒng)圖書館利用和服務(wù)模式成功過渡到數(shù)字化圖書館，很大程度上還要取決于用戶的閱讀習(xí)慣及對新技術(shù)的接受程度。

其次，由于出版物格式難以統(tǒng)一，構(gòu)建一個資源開放、合作共享的數(shù)字資源平臺環(huán)境，還需要VR技術(shù)在應(yīng)用過程中遵循一定的開發(fā)和管理標準，利用核心建模技術(shù)來開發(fā)適合高校數(shù)字圖書館特性的模型。

再次，目前針對高校圖書館開發(fā)場景還不多，VR 技術(shù)與數(shù)字圖書館結(jié)合的深度還處于初級階段。受VR硬件設(shè)備投資成本制約，目前VR技術(shù)在高校圖書館的應(yīng)用和普及率不高，但從另一角度說明了VR技術(shù)在未來高校數(shù)字圖書館應(yīng)用前景非常廣闊。

4 VRS系統(tǒng)設(shè)計與全景制作

VRS是利用計算機和傳感設(shè)備來進行創(chuàng)建，實現(xiàn)人機交互的虛擬環(huán)境。除了需要人的參與之外，還需要VR 引擎支撐，包括VRS 軟件、三維模型庫、顯示設(shè)備和交互傳感設(shè)備等協(xié)同完成虛擬場景的構(gòu)建和應(yīng)用。為更好地實現(xiàn)人機自然交互，需要設(shè)計特殊的I/O設(shè)備，如頭盔、眼鏡、關(guān)節(jié)采集器等，再利用VRS管理平臺控制，根據(jù)參與者的動作、表情、指令等操作來提供各種信息反饋。VRS設(shè)計如圖1所示。

圖1 VRS系統(tǒng)設(shè)計

參與主體通過模塊與虛擬環(huán)境感知交互，反饋模塊提供實時的信息輸出，傳感器模塊接受指令并作用于虛擬場景并將結(jié)果反饋給操作者，控制模塊對傳感器及伺服電機進行動作控制，使參與主體、虛擬環(huán)境和現(xiàn)實世界實時交互。

在系統(tǒng)開發(fā)過程中，開發(fā)和設(shè)計場景的VR 軟件常見的工具有VRML、JAVA3D、OpenGL、X3D等。

利用VRML來進行建模，完成全景制作，創(chuàng)建三維立體空間，參與者可拖動鼠標、頭盔、眼鏡等，實現(xiàn)人機交互。

全景制作核心控制程序示例如下：

5 VR技術(shù)在創(chuàng)新空間虛擬場景的開發(fā)

3D模型庫可以對現(xiàn)實場景進行三維模型重構(gòu)和表達，得到與現(xiàn)實相同的三維數(shù)據(jù)、參數(shù)等，并建立與其相對應(yīng)的三維模型[5]。VR 技術(shù)創(chuàng)建圖書館空間虛擬環(huán)境，數(shù)據(jù)頭盔方便讀者以不同角度觀察空間構(gòu)造，數(shù)據(jù)手套可隨時操縱改變虛擬場景中物體的位置，通過計算機操作界面直接進入圖書館虛擬三維空間，進行空間場景漫游，實現(xiàn)人機實時互動。完成圖書館空間場景重構(gòu)后，讀者開始漫游場景，從虛擬空間場景全貌開始，通過各個節(jié)點的設(shè)置或操作進入到具體的空間細節(jié)，同時相應(yīng)區(qū)域和位置的信息也會得到展示和表達。

漫游虛擬圖書館空間平臺，動態(tài)了解館舍布局、設(shè)備配置、資源分布等圖書館物理功能結(jié)構(gòu)，讓入館讀者尤其是首次入館讀者可以更加方便、直觀、快速地了解熟悉圖書館的空間布局、功能結(jié)構(gòu)和館藏分布等。漫游體驗路線可由管理員預(yù)先設(shè)定，也可由讀者自主操作，從而帶來最佳的空間漫游體驗效果。高校圖書館虛擬空間場景設(shè)計如圖2所示。

圖2 高校圖書館虛擬空間場景設(shè)計

6 VR技術(shù)在高校數(shù)字圖書館中的創(chuàng)新應(yīng)用

VR 技術(shù)應(yīng)用于高校數(shù)字圖書館建設(shè)，將實現(xiàn)信息的可視化及交互個性化服務(wù)應(yīng)用。信息可視化在高校數(shù)字圖書館建設(shè)中是一種創(chuàng)新實踐，它運用可視化技術(shù)對現(xiàn)實場景進行建模、重構(gòu)，運用三維構(gòu)造使其圖形化，將信息參數(shù)、資源需求、功能模型等各種要素進行圖形圖像轉(zhuǎn)換，模擬出實際工藝設(shè)計和生產(chǎn)流程，以三維可視化重現(xiàn)場景。以大連海洋大學(xué)為例，其開發(fā)的海洋食品科學(xué)工程藻類精深加工與綜合利用虛擬現(xiàn)實場景，對工業(yè)化生產(chǎn)工藝流程、主要操作單元、現(xiàn)代工程技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)、核心設(shè)備、工廠車間布局等進行了模型構(gòu)建，再現(xiàn)了消化罐、攪拌器、反應(yīng)皿、傳感器等設(shè)備及生產(chǎn)流程和動態(tài)變化過程，包括前浸提、呈現(xiàn)消化、過濾、鈣化、脫鈣、脫水、干燥、回收，實現(xiàn)了虛擬漫游、工藝、流程、操作及設(shè)備結(jié)構(gòu)的功能場景仿真。藻類精深加工與綜合利用VR場景系統(tǒng)開發(fā)架構(gòu)如圖3所示，應(yīng)用如圖4所示。

圖3 藻類精深加工與綜合利用VR場景系統(tǒng)開發(fā)架構(gòu)

圖4 藻類精深加工與綜合利用VR場景

利用VR 技術(shù)在仿真模擬過程中的創(chuàng)新應(yīng)用，能夠豐富知識獲取的手段和途徑，將復(fù)雜信息內(nèi)容虛擬仿真，得到的學(xué)習(xí)結(jié)果更加直觀、生動、形象，參與者如同在實驗室或者生產(chǎn)工廠現(xiàn)實環(huán)境中一樣，可以獲取知識，并掌握實驗技能。

7 結(jié)語

將VR 技術(shù)應(yīng)用于高校數(shù)字圖書館建設(shè)和發(fā)展，能夠豐富讀者的場景體驗，實現(xiàn)資源重構(gòu)再現(xiàn)、信息可視化、交互及各種創(chuàng)新服務(wù)等，這必將改變高校圖書館服務(wù)范式、內(nèi)容和理念。充分利用VR技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)信息過程和結(jié)果的三維再現(xiàn)，使讀者獲得體驗式信息服務(wù)的同時，為知識信息發(fā)現(xiàn)和獲取的可視、交互、沉浸等提供支持，推動數(shù)字圖書館創(chuàng)新管理和服務(wù)，實現(xiàn)了圖書館的可持續(xù)發(fā)展。