付　佳　閆　實　王國軍

（1.牡丹江醫(yī)學院圖書館；2.牡丹江醫(yī)學院現(xiàn)代教育技術(shù)中心，黑龍江　牡丹江　157011）

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增強現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字圖書館服務創(chuàng)新中的應用*

付佳1閆實2王國軍1

（1.牡丹江醫(yī)學院圖書館；2.牡丹江醫(yī)學院現(xiàn)代教育技術(shù)中心，黑龍江牡丹江157011）

［摘要］簡要介紹增強現(xiàn)實技術(shù)，分析數(shù)字圖書館應用增強現(xiàn)實技術(shù)的必要性，指出增強現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字圖書館的應用形式、工作流程以及圖像識別機制，探究基于增強現(xiàn)實技術(shù)的數(shù)字圖書館創(chuàng)新服務模式。

［關(guān)鍵詞］增強現(xiàn)實技術(shù)數(shù)字圖書館服務創(chuàng)新

信息技術(shù)的發(fā)展拓展了信息獲取渠道，用戶對數(shù)字圖書館的需求也日益多樣化。目前數(shù)字圖書館基于互聯(lián)網(wǎng)的二維空間服務模式已經(jīng)無法充分吸引讀者，面對當前用戶的大量流失，數(shù)字圖書館急需通過先進技術(shù)拓展服務渠道，為其穩(wěn)定發(fā)展注入新的活力。當前智能化以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為AR增強現(xiàn)實技術(shù)的應用創(chuàng)造了條件，也為圖書館利用新技術(shù)革新服務理念與方式提供了契機。AR增強現(xiàn)實技術(shù)作為一門與多學科融合的綜合技術(shù)，能夠幫助數(shù)字圖書館構(gòu)建虛擬場景，讓用戶在與虛擬世界物體交互中產(chǎn)生身臨其境的感受，增強圖書館服務的形象性與趣味性，也為數(shù)字圖書館提供了個性化的服務模式。

1　增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)簡介

1.1增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)的概念

所謂增強現(xiàn)實，就是將虛擬與現(xiàn)實相結(jié)合，將虛擬的事物融入現(xiàn)實世界中，讓人們產(chǎn)生身臨其境的感受，但不完全替代現(xiàn)實。AR增強現(xiàn)實技術(shù)能夠通過計算機系統(tǒng)創(chuàng)造接近現(xiàn)實環(huán)境的情境，保障現(xiàn)實與移動終端虛擬物體的融合，進而強化用戶對現(xiàn)實世界的感知。AR增強現(xiàn)實技術(shù)的重點內(nèi)容，就是通過計算機生成3D虛擬模型，并將其與現(xiàn)實場景結(jié)合起來。該技術(shù)的產(chǎn)生就是為了將計算機虛擬環(huán)境與現(xiàn)實世界合并起來［1］。Azuma在1997年就論述了虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實之間的關(guān)系，指出增強現(xiàn)實技術(shù)的本質(zhì)就是“虛實結(jié)合”，并且預測了虛擬、現(xiàn)實兩者變化的大體趨勢。Milgram提出虛擬與現(xiàn)實是一個封閉的集合，并且劃分出現(xiàn)實環(huán)境與虛擬環(huán)境的跨度，兩者之間的區(qū)域稱作增強現(xiàn)實或混合現(xiàn)實，而接近虛擬世界的區(qū)域稱作增強虛擬。

1.2增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)的特征

AR增強現(xiàn)實技術(shù)屬于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一種特殊類型，在構(gòu)建虛擬世界的同時，更加側(cè)重于將真實場景與虛擬信息融合在一起，并且交互性更強。增強疊加中的電子信息與現(xiàn)實場景中的實體影像，可以說是AR增強現(xiàn)實技術(shù)中最為重要的數(shù)據(jù)［2］。我們可以利用攝影設備捕捉實體影像，而電子信息則可以通過搜索電子信息數(shù)據(jù)庫，或者通過圖像識別、立體定位技術(shù)等獲取。AR增強現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)了現(xiàn)實影像與虛擬信息的疊加，還可以引導用戶增強對真實場景的理解。AR增強現(xiàn)實技術(shù)集成了多項先進技術(shù)，一方面它可以通過人文智能將用戶的身心與設備結(jié)合起來，讓用戶感受到自身的所見所聞，并且增強與他人的溝通交流。另一方面，通過三維注冊技術(shù)在空間定位上投射圖像，且保持與用戶動作的一致性，讓用戶在感受虛擬世界圖像的同時，獲得超出現(xiàn)實景象的體驗。AR增強現(xiàn)實技術(shù)與智能移動終端的結(jié)合，就是移動AR應用，可以讓用戶隨時獲得與現(xiàn)實場景相關(guān)度高的虛擬信息，進而增強主觀體驗。

1.3增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)體系中的關(guān)鍵技術(shù)

AR增強現(xiàn)實技術(shù)體系所帶來的感官體驗與傳統(tǒng)虛擬技術(shù)存在差別，它具有實時交互性，并且引入了三維注冊、虛實融合等關(guān)鍵技術(shù)。其中借助實時跟蹤攝影設備拍攝目標物體，對真實場景中虛擬物體的注冊位置進行計算，這就是三維注冊。它是AR增強現(xiàn)實體系中最為關(guān)鍵的技術(shù)，能夠保障現(xiàn)實物體在三維空間的位置匹配，讓人感覺到所見的物體是真實存在的。而要想獲得精確的三維空間位置數(shù)據(jù)，首先需要利用跟蹤設備及時捕捉現(xiàn)實場景中的空間數(shù)據(jù)，然后計算跟蹤設備當前的位態(tài)。在跟蹤與計算注冊位置的基礎上，還需要對現(xiàn)實場景與虛擬物體進行精確定位，綜合考慮陰影、遮光等問題，并借助真實感渲染法構(gòu)建虛擬場景，這就是虛實融合技術(shù)。虛實融合能夠增強用戶的情感體驗，讓用戶沉浸于虛擬情境中，進而全面了解目標物體的信息［3］。

2　增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)應用于數(shù)字圖書館的必要性

AR增強現(xiàn)實技術(shù)能夠利用計算機系統(tǒng)增強感官體驗，讓用戶通過移動智能終端實現(xiàn)與虛擬世界的交互，并擴展思維與想象空間。當前AR增強現(xiàn)實技術(shù)得到了廣泛應用，三網(wǎng)融合的發(fā)展也為數(shù)字圖書館引入AR技術(shù)奠定了基礎，并且有助于數(shù)字圖書館實現(xiàn)創(chuàng)新升級。

2.1三維融合為AR技術(shù)的應用創(chuàng)造了條件

2010年我國政府工作報告中首次提出建設“三網(wǎng)融合”的內(nèi)容，并將北京、上海、武漢等12個城市作為試點，力求通過三網(wǎng)融合促進產(chǎn)業(yè)升級組合，推動戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。三網(wǎng)融合的主要目標就是實現(xiàn)信息資源共享，提高通信穩(wěn)定性與傳輸速度，為用戶帶來綜合多媒體的高品質(zhì)服務。三網(wǎng)融合的深入開展改變了人們的通信習慣，也為數(shù)字圖書館引入新技術(shù)奠定了網(wǎng)絡基礎［4］。三網(wǎng)融合為數(shù)字圖書館的信息傳輸提供了支撐，也為構(gòu)建基于AR增強現(xiàn)實技術(shù)的虛擬空間提供了便利。三網(wǎng)融合的高帶寬、低成本特性，不僅提高了虛擬環(huán)境中信息傳輸?shù)乃俾?，也保障了虛擬物體與現(xiàn)實物體的相似度，增強了用戶的體驗感，可以幫助數(shù)字圖書館吸引更多的用戶。

2.2數(shù)字圖書館資源建設的需要

數(shù)字圖書館作為傳播文化資源的服務中心，不僅需要具備文獻收藏、保護等功能，還需要為讀者提供全方位、深層次的數(shù)字化服務。數(shù)字圖書館的功能并非一成不變的，而是需要根據(jù)社會發(fā)展的需要逐漸豐富與完善［5］。引入新技術(shù)是數(shù)字圖書館適應社會發(fā)展趨勢的動力，也有利于圖書館審視自身定位，并且推出更為優(yōu)質(zhì)高效的服務。AR增強現(xiàn)實技術(shù)能夠營造接近真實環(huán)境的虛擬空間，讓用戶通過交互工具沉浸其中，并且在與虛擬物體交互中獲得感官體驗。AR增強現(xiàn)實技術(shù)的應用，有助于數(shù)字圖書館重構(gòu)信息資源，并以人性化、直觀的服務方式吸引更多用戶。當前數(shù)字圖書館要想承擔起公共文化服務職能，就需要及時引入AR增強現(xiàn)實等新技術(shù)，以全新的技術(shù)支撐提高資源建設質(zhì)量，進而真正發(fā)揮自身優(yōu)勢。

2.3有助于數(shù)字圖書館創(chuàng)新服務

數(shù)字圖書館本身融合了數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡通信等高新技術(shù)，是互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下大型文獻信息網(wǎng)絡中心。數(shù)字圖書館在處理信息資源方面，要求構(gòu)建多維度綜合信息空間，讓用戶能夠更好地感知、認識與應用館藏資源。AR增強現(xiàn)實技術(shù)超越了傳統(tǒng)的人機交互與即時操作技術(shù)，能夠提供可視化的三維交互環(huán)境，給用戶帶來身臨其境的感受，有助于圖書館創(chuàng)新服務模式。該技術(shù)改變了用戶應用計算機的單調(diào)模式，與數(shù)字圖書館的結(jié)合也將為移動閱讀帶來全新的體驗。數(shù)字圖書館可以利用該技術(shù)進行信息資源建模，將二維紙質(zhì)文獻資源變?yōu)槿S形態(tài)，并搭配移動傳感設備，讓用戶坐在家中就可以隨時獲取三維信息資源，并且可以通過移動智能終端翻閱文獻、圖書等。同時AR增強現(xiàn)實技術(shù)能夠迅速處理復雜數(shù)據(jù)并形成可視化界面，為數(shù)字圖書館開展參考咨詢提供了便利，其交互式操作方式更易被用戶接受，也更加生動形象，將吸引更多的讀者使用數(shù)字圖書館。

3　增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)在數(shù)字圖書館的工作流程與圖像識別機制

AR增強現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字圖書館的應用，能夠為讀者營造輕松、舒適的知識獲取空間，讓讀者在多樣化的服務中增強深入挖掘信息資源的欲望。目前數(shù)字圖書館主要將AR增強現(xiàn)實技術(shù)應用于構(gòu)建虛擬空間、教育培訓等方面，具有獨特的工作流程與作用機制。

3.1增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)的應用形式

數(shù)字圖書館可以引入AR增強現(xiàn)實技術(shù)體系構(gòu)建虛擬場景，實現(xiàn)與讀者之間的深層交流與交互。AR增強現(xiàn)實技術(shù)的應用一方面能夠重現(xiàn)實體情景，讓讀者進入情境中迅速了解圖書館的布局、館藏狀況等，進而增強對數(shù)字圖書館的認知。這種方式不僅讓讀者有親臨數(shù)字圖書館的感受，也發(fā)揮著宣傳推廣作用。另一方面就是構(gòu)建結(jié)構(gòu)簡單統(tǒng)一的場景，以方便用戶瀏覽與應用信息資源［6］。同時數(shù)字圖書館可以應用AR增強現(xiàn)實技術(shù)開展參考咨詢服務，構(gòu)建可視化的虛擬互動咨詢平臺，讓圖書館員與讀者進入虛擬場景中，便可以實現(xiàn)與現(xiàn)實相同的交流方式。這種參考咨詢方式更為靈活，網(wǎng)頁交流的方式更加人性化，也方便用戶提出自己感興趣的問題，增進用戶與館員之間的互動交流。此外，AR增強現(xiàn)實技術(shù)可以用于圖書館教育培訓中，通過構(gòu)建虛擬教學培訓情境的方式開展教育、討論活動，讓來自不同地域的人能夠面對面交流。這種方式更加吸引用戶，能夠創(chuàng)造現(xiàn)實中無法實現(xiàn)的學習教學空間，有效節(jié)省了圖書館的成本，也擴大了數(shù)字圖書館的教育培訓范圍。

3.2增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)體系的工作流程

數(shù)字圖書館AR增強現(xiàn)實技術(shù)體系綜合了虛擬場景采集、跟蹤注冊以及虛實融合等功能，需要結(jié)合計算機、攝像機等設備，并引入ES、C語言等工具，其中輸出設備與注冊系統(tǒng)對于虛實結(jié)合效果有重要影響。其操作流程為首先通過攝錄或視頻設備從周圍場景中獲取圖像信息，然后運用跟蹤注冊系統(tǒng)對虛擬對象進行跟蹤，并將現(xiàn)實場景繪制成虛擬圖形，最后根據(jù)精準的算法計算注冊位置，進而將現(xiàn)實場景轉(zhuǎn)化為虛擬圖像。AR體系在獲取圖像信息后需要立即進行處理，如對圖像進行投影、渲染與動態(tài)展示等，并采用格式轉(zhuǎn)換、光柵化等方法形成指令。然后構(gòu)建一個類似現(xiàn)實空間的模型，并借助計算機系統(tǒng)截取圖像資料生成虛擬對象，后將其放入已經(jīng)構(gòu)建完成的空間模型中，通過疊加的方式保障虛擬與現(xiàn)實的無縫對接，如圖1所示。這樣用戶就可以通過移動終端，輕松進入數(shù)字圖書館與虛擬場景進行交互。

圖1　數(shù)字圖書館AR增強現(xiàn)實技術(shù)體系的工作流程

3.3增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)的圖像識別機制

攝像或視頻設備捕捉到圖像信息后，需要這些信息進行二值化處理，通過圖像壓縮、顏色變換等方式，保障這些圖像信息更容易被識別，盡量凸顯需要識別圖像的外部輪廓。AR增強現(xiàn)實技術(shù)體系會對經(jīng)過二值化的圖像數(shù)據(jù)進行分割，然后標記圖像分割線，方便后期查詢與處理。在獲取分割線標識信息后，就可以開展輪廓跟蹤、估計，并采用像素點連通的方法進行面積計算［7］。由于系統(tǒng)獲取圖像數(shù)據(jù)存在不確定性，所得圖像也呈不規(guī)則的形態(tài)，這就需要利用解碼技術(shù)進行圖形規(guī)范化處理，然后選擇合適的匹配模板，最終識別出符合標準的虛擬物體。數(shù)字圖書館是與智能移動終端相連接的，如手機在識別某個物體后，可以借助自帶攝像頭拍攝實景物體，然后計算標志物的位置坐標，并構(gòu)建一個AR增強現(xiàn)實技術(shù)體系，實現(xiàn)對識別物體的跟蹤監(jiān)測，最后將其錄入虛擬數(shù)據(jù)庫中。

4　基于增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)的數(shù)字圖書館服務創(chuàng)新

AR增強現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字圖書館具有巨大的應用優(yōu)勢，能夠優(yōu)化用戶的知識獲取流程與情感體驗，從跟蹤導航、可視化信息檢索等方面實現(xiàn)服務創(chuàng)新，增強數(shù)字圖書館學科知識之間的關(guān)聯(lián)，進而促進數(shù)字圖書館的可持續(xù)發(fā)展。

4.1構(gòu)建移動學習系統(tǒng)

AR增強現(xiàn)實技術(shù)作為一項獨特的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠完整展現(xiàn)復雜的學習內(nèi)容，它在數(shù)字圖書館的應用不僅能夠深化用戶對學習環(huán)境的體驗與認知，也可以通過交互增強用戶的學習能力。在分析AR增強現(xiàn)實技術(shù)的工作流程與作用機制的基礎上，可以構(gòu)建基于AR增強現(xiàn)實技術(shù)的移動學習

圖2　數(shù)字圖書館基于AR增強現(xiàn)實技術(shù)的移動學習系統(tǒng)

系統(tǒng)（見圖2），設置技術(shù)、功能與需求分析3個功能模塊，以激發(fā)用戶的移動閱讀興趣，提升用戶的學習、實踐能力。首先數(shù)字圖書館需要結(jié)合用戶需求分析AR增強現(xiàn)實技術(shù)的可行性，明確哪些學習活動能夠應用該技術(shù)構(gòu)建學習情境，以避免資源浪費。在掌握用戶學習需求后，根據(jù)AR增強現(xiàn)實技術(shù)優(yōu)勢開展交互設計，如圖像與多媒體之間的交互設置等［8］。然后引入必備技術(shù)開發(fā)應用程序，分為基礎服務、開發(fā)服務、應用與用戶層4個部分，每個層次設置不同的功能模塊與程序接口。其中基礎服務層為館員操作平臺，能夠提供位置導航、信息檢索等服務。而開發(fā)服務層設置有相應的移動應用設備，如增強現(xiàn)實開發(fā)包等。應用層為用戶開展移動學習的平臺，設置有不同的選擇使用模塊，用戶可以根據(jù)學習需求利用移動終端選擇不同的學習模式，有效提升自己的學習與實踐能力。

4.2提供跟蹤導航服務

現(xiàn)代圖書館的功能更為多樣，結(jié)構(gòu)也越來越復雜，極大增加了用戶利用館藏資源的難度。我國目前新建的圖書館規(guī)模越來越大，超過1000平方米的圖書館已經(jīng)不再鮮見，并且多設計為開間模式，功能區(qū)相對分散。對于初次進入數(shù)字圖書館的用戶，由于不熟悉圖書館的功能設置情況，很容易迷失方向，這就需要有高效的導航系統(tǒng)。隨著各種導航服務與電子地圖的應用，部分圖書館開發(fā)了電子導航地圖，而將位置跟蹤導航與AR增強現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，無疑能夠讓導航服務更加生動有趣。數(shù)字圖書館可以利用指紋識別、射頻識別等技術(shù)實現(xiàn)室內(nèi)跟蹤導航，而室外則可以借助電子指示儀、移動網(wǎng)絡等確定位置信息，然后利用AR增強現(xiàn)實技術(shù)進行地理場景疊加，進而達到還原場景的目的。數(shù)字圖書館也可以借助二維碼識別系統(tǒng)，對虛擬場景中的物體進行定位與標識，用戶則可以借助移動終端掃描二維碼，進而獲得相關(guān)的地理位置信息。而若用戶需要查找數(shù)字圖書館的具體文獻資源，AR增強現(xiàn)實技術(shù)體系也可以根據(jù)用戶的位置信息，及時將具體的路線推送至用戶的移動終端，并將現(xiàn)實服務資源與虛擬館內(nèi)的物體鏈接起來，以幫助他們迅速獲取所需的資料。例如，用戶進入數(shù)字圖書館閱覽室，系統(tǒng)就會迅速推送與現(xiàn)存資源、存包柜使用率等相關(guān)的信息，而進入書庫后系統(tǒng)則會及時推送借閱規(guī)則等信息。

4.3可視化信息檢索

傳統(tǒng)的信息檢索方式就是對圖片或文字進行注釋說明，用戶可根據(jù)相關(guān)提示進行信息檢索，這種方式操作簡單，但是交互性較弱。數(shù)字圖書館可以利用AR增強現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建三維模型，將信息資源進行投影與三維重建，為用戶提供可視化信息檢索服務。AR增強現(xiàn)實技術(shù)的應用，能夠讓用戶在信息檢索的過程中獲得專業(yè)指導，了解檢索的內(nèi)容是否具有價值，并且進一步發(fā)現(xiàn)學科知識的內(nèi)在規(guī)律。例如，數(shù)字圖書館可以利用AR增強現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建閱覽室的三維空間模型，根據(jù)圖書分類法設計館藏資源定位系統(tǒng)。用戶通過移動終端就可以實現(xiàn)可視化信息檢索，不僅能夠帶來直觀的檢索體驗，也能引導他們盡快適應圖書館的環(huán)境。此外，數(shù)字圖書館也可根據(jù)每本圖書的具體位置，設計與書目索引鏈接的圖書精確定位系統(tǒng)，讓用戶了解每本圖書的具體位置，進而提升圖書館的資源利用率。

5　結(jié)語

在三網(wǎng)融合逐步推進以及互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的背景下，AR增強現(xiàn)實技術(shù)以其高效交互、虛實融合的特點，獲得了多個行業(yè)的青睞。AR增強現(xiàn)實技術(shù)可行性強，能夠再現(xiàn)數(shù)字圖書館的服務場景，強化用戶的感官體驗，提升數(shù)字圖書館的服務效率。AR增強現(xiàn)實技術(shù)融合了圖像捕捉、三維定位等功能，為數(shù)字圖書館服務提供了全新的溝通媒介，也是數(shù)字圖書館實現(xiàn)服務創(chuàng)新的重要突破口。當前數(shù)字圖書館應該結(jié)合自身需求與資源優(yōu)勢，充分借鑒AR增強現(xiàn)實技術(shù)的成功應用經(jīng)驗，利用AR增強現(xiàn)實技術(shù)開展跟蹤導航、可視化檢索等服務，進而為用戶帶來全新的體驗。

參考文獻：

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［8］張屹，朱莎，楊宗凱.從技術(shù)視角看高等教育信息化——歷年地平線報告內(nèi)容分析［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2012（4）: 16-20.

付佳女，1981年生。碩士研究生，館員。研究方向：數(shù)字圖書館。

［分類號］G252

*本文系黑龍江省高校圖工委科研項目：“互聯(lián)網(wǎng)+”教育環(huán)境下數(shù)字圖書館建設研究（項目編號：2015-A-164）成果。

收稿日期：（2016-01-06；責編：姚雪梅。）