林 峰

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虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字圖書(shū)館中的應(yīng)用

林 峰

福建衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖書(shū)館

圖書(shū)館數(shù)字化是不可避免的發(fā)展趨勢(shì)，近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）與數(shù)字圖書(shū)館可以說(shuō)是相當(dāng)好的搭檔，二者的結(jié)合，將會(huì)對(duì)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(shí)技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在圖書(shū)館中的應(yīng)用為研究?jī)?nèi)容，通過(guò)分析相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、實(shí)例應(yīng)用，探討基于AR、VR技術(shù)的數(shù)字圖書(shū)館發(fā)展思路。

虛擬現(xiàn)實(shí) 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) 圖書(shū)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(shū)館的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等方面尋找著合適的棲息地。其中，虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)作為可以大幅改變?nèi)藭?shū)交互體驗(yàn)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(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)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(jì)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(shí)技術(shù)在近兩年內(nèi)取得了飛速發(fā)展。

虛擬現(xiàn)實(shí)，又稱為虛擬實(shí)境，翻譯自英文詞組Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR，是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)建模、渲染等計(jì)算手段，根據(jù)使用者的狀態(tài)，例如：位置、方向、姿態(tài)、動(dòng)作等信息，提供給使用者對(duì)應(yīng)的模擬環(huán)境的感知反饋，通常包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等[1]。通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，使用者可以在某個(gè)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(shí)技術(shù)

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

與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)致力于沉浸式的體驗(yàn)不同，AR技術(shù)是強(qiáng)調(diào)虛擬與現(xiàn)實(shí)的結(jié)合，它嘗試將電腦生成的信息或者虛擬物體通過(guò)技術(shù)手段疊加在人們感知的真實(shí)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(jiàn)的民用級(jí)硬件設(shè)備，也就是高校圖書(shū)館中最有可能大規(guī)模應(yīng)用的設(shè)備種類來(lái)劃分，大致可以分為3種設(shè)備：移動(dòng)端頭戴顯示、外接式頭戴顯示、一體式頭戴顯示。

移動(dòng)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(jiǎn)單，圖像的顯示與計(jì)算是通過(guò)放置在內(nèi)部的手機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)椴迦胪庵迷O(shè)備幾乎完全阻斷了對(duì)外界的光線感知，因此要實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的話，還需要搭配攝像頭一起使用。

需求分析宏觀上指社會(huì)和行業(yè)對(duì)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(kāi)展的必要前提。對(duì)中國(guó)目前大學(xué)英語(yǔ)教學(xué)向ESP發(fā)展進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)研，并對(duì)開(kāi)展ESP教學(xué)的各類高校進(jìn)行需求分析，對(duì)ESP學(xué)科建設(shè)具有理論和現(xiàn)實(shí)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(jì)算則傳送到專門(mén)的主機(jī)上進(jìn)行，因?yàn)橛?jì)算設(shè)備不受到體積限制，適合模擬較為復(fù)雜、對(duì)計(jì)算量要求較高的場(chǎng)景。但是相對(duì)的，這種產(chǎn)品便攜性較差，且使用時(shí)受到線纜限制，對(duì)于AR這種需要與物理真實(shí)世界進(jìn)行頻繁互動(dòng)的方式并不是十分方便。

一體式頭戴顯示是將計(jì)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(jì)算能級(jí)并不會(huì)比手機(jī)強(qiáng)很多，不過(guò)在用于一些對(duì)計(jì)算量要求并不高的AR應(yīng)用場(chǎng)景上有不錯(cuò)表現(xiàn)。未來(lái)隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)一步小型化的發(fā)展趨勢(shì)，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(shì)

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?yàn)檫@兩種技術(shù)有著其他方式所不能比擬的優(yōu)勢(shì)，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(dú)特的擅長(zhǎng)領(lǐng)域與優(yōu)勢(shì)。

2.1 VR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

VR技術(shù)使用計(jì)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(duì)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(shí)，有著身臨其境的感覺(jué)。這也就意味著當(dāng)用戶在使用虛擬圖書(shū)館時(shí)，就好似用戶到達(dá)實(shí)體地理位置使用圖書(shū)館服務(wù)一樣，從而不受時(shí)間、空間等條件的限制?！敖换ァ钡囊馑际?，用戶所面對(duì)虛擬世界的時(shí)候并不是以一個(gè)旁觀者的身份，而是實(shí)實(shí)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(dòng)操作，并根據(jù)相關(guān)硬件的配置情況獲得對(duì)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(lái)的，在相關(guān)人員創(chuàng)建空間時(shí)，可以對(duì)現(xiàn)實(shí)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(gè)現(xiàn)實(shí)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(lái)，用戶在體驗(yàn)時(shí)就可以獲得更加新奇的感受，從而增加用戶對(duì)技術(shù)的粘度。

2.2 AR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

AR并不能實(shí)現(xiàn)VR的沉浸式體驗(yàn)，而且因?yàn)槠湟栏接谂c現(xiàn)實(shí)環(huán)境的結(jié)合，因此在想象這個(gè)方面上也不能過(guò)分夸張。但是，因?yàn)锳R技術(shù)講究的是將虛擬物體或者其他信息疊加到真實(shí)世界上，是一種虛實(shí)結(jié)合的展現(xiàn)方式。計(jì)算機(jī)生成的虛擬層與現(xiàn)實(shí)世界相疊加，使得人們更方便、更全面地對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行感知。因此，在互動(dòng)性這一點(diǎn)上，AR技術(shù)強(qiáng)調(diào)的不僅僅是用戶與場(chǎng)景的互動(dòng)，更是著眼于虛擬場(chǎng)景和現(xiàn)實(shí)世界、用戶的互動(dòng)；這對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，真實(shí)世界的存在感不減反增，因?yàn)锳R疊加的信息與真實(shí)的物理世界有著很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。利用這一點(diǎn)將AR應(yīng)用到與教育相關(guān)的數(shù)字圖書(shū)館領(lǐng)域無(wú)疑是一種非常好的想法，知識(shí)可以活靈活現(xiàn)般出現(xiàn)在讀者眼中，同時(shí)也可以通過(guò)讀者互動(dòng)來(lái)增加讀者對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。

3 AR和VR技術(shù)在圖書(shū)館中的應(yīng)用現(xiàn)狀

自20世紀(jì)90年代圖書(shū)館引入數(shù)字化潮流起，廣義的數(shù)字圖書(shū)館被認(rèn)為是多種信息資源的“總倉(cāng)庫(kù)”，包括圖書(shū)、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(shí)間、空間限制的信息共享、交換平臺(tái)[3]。

2008年9月，中國(guó)國(guó)家圖書(shū)館與相關(guān)單位合作的國(guó)家圖書(shū)館虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)項(xiàng)目正式上線，這也是國(guó)內(nèi)首家非接觸式的3D虛擬數(shù)字圖書(shū)館。除了在虛擬漫游區(qū)實(shí)地體驗(yàn)之外，對(duì)于那些無(wú)法到實(shí)地的讀者，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬漫步。其中的在線展覽項(xiàng)目也對(duì)廣大讀者開(kāi)放了三維虛擬場(chǎng)景的瀏覽方式。此后，中國(guó)高等教育數(shù)字圖書(shū)館項(xiàng)目“大學(xué)數(shù)字圖書(shū)館國(guó)際合作計(jì)劃”也運(yùn)用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[4]，在安裝相關(guān)的配套計(jì)算機(jī)程序后，用戶可以看到被實(shí)時(shí)渲染的信息、資源等。在發(fā)達(dá)國(guó)家，數(shù)字圖書(shū)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(shū)館，為讀者提供相關(guān)服務(wù)。不過(guò)因?yàn)檎Z(yǔ)言不通的原因，這些虛擬圖書(shū)館鮮有國(guó)人去了解和使用。

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

目前，許多圖書(shū)館都正在向“數(shù)字型”靠攏，大力加強(qiáng)了對(duì)數(shù)字資源的建設(shè)力度。VR、AR在數(shù)字圖書(shū)館方面應(yīng)用的可行性已經(jīng)被諸多實(shí)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(shū)館也將會(huì)越來(lái)越普及。

4 AR和VR技術(shù)在數(shù)字圖書(shū)館中的應(yīng)用分析

AR/VR在數(shù)字圖書(shū)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(yè)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(shū)館中獲取導(dǎo)航信息時(shí)難免遇到信息不直觀的情況，加大了讀者尋找書(shū)籍的難度。而利用VR/AR技術(shù)則可以在讀者游覽虛擬/實(shí)體圖書(shū)館時(shí)，實(shí)時(shí)融入相關(guān)信息的推送服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書(shū)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(guò)查詢獲得書(shū)本的書(shū)架號(hào)，再通過(guò)平面地圖或者指引牌找到書(shū)架的大致范圍，然后一排一排地尋找對(duì)應(yīng)書(shū)架；找到書(shū)架后再仔細(xì)觀察書(shū)架上的編號(hào)，最終定位到書(shū)本位置。這種方式會(huì)對(duì)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(lái)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(gè)書(shū)架的編號(hào)，甚至是目標(biāo)書(shū)籍的位置，以醒目的方式直接疊加在實(shí)景畫(huà)面中，從而讓讀者更容易找到目標(biāo)書(shū)架號(hào)。如果資金、人力允許，還可以使用編寫(xiě)并實(shí)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(shū)架這種事無(wú)疑一下子變得輕松而簡(jiǎn)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(shí)圖書(shū)館的復(fù)制。在讀者到達(dá)實(shí)地取書(shū)之前，可以使用VR技術(shù)來(lái)將目標(biāo)書(shū)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(lái)，讀者在到達(dá)實(shí)地之前，甚至可以記牢圖書(shū)館的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，尋找起書(shū)本來(lái)自然是得心應(yīng)手。二是VR技術(shù)生成的虛擬空間并沒(méi)有現(xiàn)實(shí)依據(jù)，這種情況下就更加簡(jiǎn)單了，因?yàn)椴⒉粻可娴脚c現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的聯(lián)系，完全可以采用類似游戲中自動(dòng)行走、傳送、瞬移等手段來(lái)讓讀者直接走到虛擬書(shū)架位置閱覽相關(guān)資料。

4.2 協(xié)助管理

實(shí)體圖書(shū)館擁有大量的藏書(shū)，在學(xué)生每日的借閱過(guò)程中，都需要館員對(duì)書(shū)籍進(jìn)行歸位、整理等操作。讀者在尋找書(shū)籍的時(shí)候也會(huì)發(fā)現(xiàn)，有時(shí)候書(shū)并沒(méi)有在查詢到的書(shū)架位置上，有時(shí)候被其他同學(xué)拿到閱覽區(qū)觀看還沒(méi)有歸還，有時(shí)剛還回來(lái)，館員來(lái)不及將它歸位，甚至有個(gè)別讀者將圖書(shū)有意放置在其他位置。這些問(wèn)題在圖書(shū)館管理過(guò)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(shí)現(xiàn)針對(duì)讀者的資料位置標(biāo)示，那么我們現(xiàn)在將資料的庫(kù)存位置發(fā)送給館員作為參考，再通過(guò)在書(shū)籍上的附加射頻識(shí)別（RFID）芯片與室內(nèi)定位等技術(shù)獲取書(shū)籍的實(shí)際位置；將二者一比對(duì)，就可以馬上知道館員所在區(qū)域一定范圍內(nèi)、有哪些書(shū)籍被放在錯(cuò)誤的書(shū)架位置上。計(jì)算機(jī)的快速讀取、數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)要比館員肉眼讀取、記憶糾錯(cuò)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(shū)館使用的圖書(shū)排架應(yīng)用ShelvAR證實(shí)了這一點(diǎn)[6]。

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

4.3 閱讀輔助

傳統(tǒng)的圖書(shū)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(dòng)的形式，在表現(xiàn)某些復(fù)雜知識(shí)的時(shí)候也難免遇到心有余而力不足的情況。而且，對(duì)于那些需要閱讀資料來(lái)構(gòu)建自己知識(shí)體系的用戶來(lái)說(shuō)，要將分散在各個(gè)書(shū)本中的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)也并非易事。在這一點(diǎn)上，AR/VR技術(shù)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

首先，AR技術(shù)在真實(shí)世界上疊加信息的屬性，非常適合用在資料的解釋上。對(duì)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(duì)這些虛擬資料進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、放大、縮小、快進(jìn)等操作。相對(duì)于二維平面且不能互動(dòng)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(guò)來(lái)使用，當(dāng)讀者在實(shí)地游覽實(shí)物時(shí)，可以出現(xiàn)對(duì)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(lái)，同樣也可以大大加深讀者對(duì)實(shí)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(shí)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(dòng)個(gè)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(shí)串聯(lián)在一起，組建出正確、復(fù)雜的知識(shí)體系網(wǎng)絡(luò)。這兩個(gè)功能借助VR或AR都可以實(shí)現(xiàn)。

其三，對(duì)于那些實(shí)體數(shù)量有限、甚至是具備珍貴價(jià)值的實(shí)體資料，例如古籍等，可以利用AR或者VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)不觸碰瀏覽。因?yàn)橘Y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(duì)于珍貴的古籍來(lái)說(shuō)，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(shí)體更加安全，實(shí)現(xiàn)有效保護(hù)古籍的作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

AR、VR技術(shù)使圖書(shū)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(shū)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(shū)館提供的更加豐富的服務(wù)。對(duì)圖書(shū)館來(lái)說(shuō)，圖書(shū)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(shí)系統(tǒng)所需要的設(shè)備大多處于開(kāi)發(fā)階段，設(shè)備價(jià)格普遍比較昂貴，目前只有少數(shù)地區(qū)的用戶可以體驗(yàn)到VR與AR技術(shù)，且對(duì)相關(guān)資料的數(shù)字化、虛擬化勢(shì)必也需投入大量的人力和物力。我國(guó)的虛擬圖書(shū)館建設(shè)也才起步不久，后面仍有很長(zhǎng)的路要走。

不過(guò)隨著科技的不斷進(jìn)步，相關(guān)技術(shù)最終將會(huì)與廣大讀者見(jiàn)面，成為圖書(shū)館技術(shù)應(yīng)用新的亮點(diǎn)。因此，對(duì)VR與AR技術(shù)在數(shù)字圖書(shū)館中的應(yīng)用與發(fā)展開(kāi)展研究，對(duì)于我國(guó)數(shù)字圖書(shū)館建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)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(shū)館作為知識(shí)庫(kù)的核心價(jià)值。

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

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