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。
1.1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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備當前的位態(tài)。在跟蹤與計算注冊位置的基礎(chǔ)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]。
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(chǔ),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(shè)“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(luò)基礎(chǔ)[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)乃俾剩脖U狭颂摂M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(shè)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(shè)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(luò)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(luò)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(shè)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。
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(shè)備,并引入ES、C語言等工具,其中輸出設(shè)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(shè)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(shè)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。
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(chǔ)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(shè)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(shè)計,如圖像與多媒體之間的交互設(shè)置等[8]。然后引入必備技術(shù)開發(fā)應用程序,分為基礎(chǔ)服務、開發(fā)服務、應用與用戶層4個部分,每個層次設(shè)置不同的功能模塊與程序接口。其中基礎(chǔ)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(shè)置有相應的移動應用設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(luò)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(shè)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(shè)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。
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。
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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(shè)研究(項目編號:2015-A-164)成果。
收稿日期:(2016-01-06;責編:姚雪梅。)