劉海英，徐 飛b，韋心勤

(南寧師范大學 a.圖書館；b.教育科學學院，廣西 南寧 530001)

1 引 言

虛擬現(xiàn)實技術是高等教育在人才培養(yǎng)領域推進“智能+教育”的積極探索，將成為形成高水平人才培養(yǎng)體系的關鍵一環(huán)，是推動人才培養(yǎng)質量提升的新興生產(chǎn)力。虛擬現(xiàn)實技術的不斷深化應用，給高校圖書館管理帶來了全新的考量和思索。為大力推進高等教育信息化，加快高校智慧教育的創(chuàng)新發(fā)展，加強高校優(yōu)質教學資源的建設與應用，高校圖書館以高質量虛擬教學服務助推高等教育教學質量變軌超車，助力高等教育強國建設。虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，VR)，是仿真技術與計算機圖形學、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術、網(wǎng)絡技術等多種技術的集合，是仿真技術的一個重要方向，使用者需要利用鍵盤、鼠標等輸入設備，或者帶上頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設備進入由計算機生成的模擬環(huán)境，在模擬環(huán)境中進行實時交互，使用戶沉浸到該環(huán)境中并且能夠感知和操作模擬環(huán)境中的各種對象，獲得身臨其境的體驗。虛擬現(xiàn)實技術具有沉浸感、交互性和想象力三個基本特征，其中沉浸感是其最主要的特征。當前，研究者按照實時交互程度的差異和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的沉浸感將虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)分為非沉浸式VR系統(tǒng)、半沉浸式VR系統(tǒng)和沉浸式VR系統(tǒng)。非沉浸式VR系統(tǒng)又叫“桌面式虛擬現(xiàn)實”，通常由電腦屏幕呈現(xiàn)虛擬環(huán)境，用戶通過平面顯示設備觀看虛擬環(huán)境，并通過鍵盤鼠標等外設進行交互，雖然可以看到立體圖像，但整體感覺是“置身事外”；半沉浸式VR系統(tǒng)是桌面VR的加強版，雖然能夠提供一些頭部追蹤等技術來提高用戶的沉浸感，但仍使用二維顯示器來顯示圖像，又叫“分布式虛擬現(xiàn)實”；沉浸式VR系統(tǒng)利用頭盔顯示器把用戶的視覺、聽覺封閉起來，產(chǎn)生虛擬視覺，同時，它利用數(shù)據(jù)手套把用戶的手感通道封閉起來，產(chǎn)生虛擬觸動感，這樣使得用戶產(chǎn)生更自然的交互和浸入感。

2 虛擬現(xiàn)實技術在高校圖書館的應用及研究現(xiàn)狀

非沉浸式VR系統(tǒng)、半沉浸式VR系統(tǒng)是當前國內(nèi)外圖書館虛擬現(xiàn)實應用的主要形式。如美國得克薩斯A&M大學的伊萬斯圖書館通過虛擬仿真技術，讓使用者通過遠程接入的技術漫游圖書館，在虛擬環(huán)境中利用導航、瀏覽、閱讀、聆聽了解圖書館圖書情報，獲得身臨其境的體驗。2008年9月，中國國家圖書館正式推出了“虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)”用戶體驗區(qū)。用戶可在中國國家圖書館中進行新館漫步，虛擬地“參觀”，足不出戶即可了解國家圖書館的業(yè)務布局和建筑風格。世界各地的訪問者也只需要接入互聯(lián)網(wǎng)就可以進入國家圖書館虛擬場館。國家圖書館推出的圖書架位導航服務是在A-leph500系統(tǒng)中添加書架號字段，系統(tǒng)從Aleph表單中直接讀取數(shù)據(jù)，并由此生成相應的圖片，結合RFID技術的精確排架的功能，為圖書架位精確定位服務提供保障。中國高等教育數(shù)字圖書館的“大學數(shù)字圖書館國際合作計劃”項目，只需要安裝其網(wǎng)站提供的系統(tǒng)程序平臺組件，即可利用虛擬現(xiàn)實技術進行實時顯示、限時繪制某些搜索到的信息和資源，并可以體驗虛擬的檢索室、閱覽室。非沉浸式VR系統(tǒng)、半沉浸式VR系統(tǒng)所構建的圖書館虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)優(yōu)點明顯，其構建成本比較低，在當前技術上實現(xiàn)起來難度不大，對使用者計算機終端的硬件要求也不很不高，因此推廣建設起來比較容易。但受限于其虛擬環(huán)境的畫質和人機交互方式，使用者往往不能完全沉浸在虛擬環(huán)境中，身臨其境的體驗感比較差。目前，虛擬現(xiàn)實技術在圖書館中的應用方面主要集中在館內(nèi)導航、館藏分布優(yōu)化、讀者服務建設等方面，具有真實感強、可操作性強等特點，為讀者提供了獨特的閱讀環(huán)境。從國內(nèi)外圖書館虛擬現(xiàn)實技術的應用現(xiàn)狀來看，虛擬現(xiàn)實的應用還停留在初級階段，主要應用方式為非沉浸式VR系統(tǒng)、半沉浸式VR系統(tǒng)，其主要功能還是對傳統(tǒng)圖書館服務功能的補充和完善，并沒有充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實的效果，一些技術的應用如桌面虛擬現(xiàn)實技術、虛擬環(huán)境漫游、圖書館仿真技術等應用起來畫質比較粗糙，漫游方式也比較受局限。能夠真正體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實主要特征的沉浸式VR系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)設備絕大部分處于前期研制實驗階段，隨著虛擬現(xiàn)實設備研發(fā)技術的進一步成熟，以往價格費用普遍較高的設備價格會進一步走低，這為沉浸式虛擬現(xiàn)實在高校圖書館的普及提供了契機。

3 沉浸式虛擬現(xiàn)實在圖書館虛擬教學中的應用分析

沉浸式虛擬現(xiàn)實(immersive VR)提供參與者完全沉浸的體驗，使用戶有一種置身于虛擬世界之中的感覺，所以最能展現(xiàn)虛擬現(xiàn)實效果，相關設備包括頭盔式顯示器、行走裝備、洞穴式立體顯示裝置、數(shù)據(jù)手套、空間位置追蹤器等。沉浸式虛擬現(xiàn)實其明顯的特點是：采用封閉的場景和音響系統(tǒng)將用戶的視聽覺和外界隔離，使得用戶可以完全置身于計算機生成的環(huán)境中，它具有高度的沉浸感、高度的實時性、良好的系統(tǒng)整合性以及并行處理的功能。目前常見的沉浸式虛擬現(xiàn)實有頭盔式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、座艙式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和洞穴式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。相對桌面式虛擬現(xiàn)實和分布式虛擬現(xiàn)實，沉浸式虛擬現(xiàn)實將是未來虛擬現(xiàn)實技術在高校圖書館應用研究中的重要內(nèi)容之一。

3.1 高校圖書館在整合沉浸式虛擬現(xiàn)實教學中的優(yōu)勢

當前高等教育中，重構教育生態(tài)，發(fā)展智能教育，已經(jīng)獲得國家層面的高度重視。2018年4月13日，由教育部發(fā)布《教育信息化2.0行動計劃》，要求以人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術為基礎，依托各類智能設備及網(wǎng)絡，積極開展智慧教育創(chuàng)新研究和示范，推動新技術支持下教育的模式變革和生態(tài)重構。2019年2月13日，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)了《加快推進教育現(xiàn)代化實施方案(2018—2022年)》，提出大力推進教育信息化，著力構建基于信息技術的新型教育教學模式、教育服務供給方式以及教育治理新模式。而當前大多數(shù)高校圖書館基本停留在傳統(tǒng)的管理和操作模式下，圖書館只是高校各院系大量圖書資料被動的“搬運工”，很少能夠真正參與到各院系課程開發(fā)與教學中。圖書館功能由被動服務到主動與對院系對接，開展沉浸式虛擬現(xiàn)實教學是關鍵所在。隨著虛擬現(xiàn)實技術的不斷發(fā)展和完善，虛擬現(xiàn)實技術以其強大的教學優(yōu)勢和潛力，受到越來越多教育工作者的重視和青睞，已有很多高校都有購買虛擬教學課程軟件。但由于學校專業(yè)設置、課程設置以及管理工作的復雜性，高校實驗教學建設大都自成體系，信息分割，很難實現(xiàn)共享教學資源，實現(xiàn)教育資源最優(yōu)化、公平化，難以形成穩(wěn)定安全的開放運行模式。因此，通過高校圖書館的媒介作用對虛擬現(xiàn)實教學資源進行整合，促進虛擬現(xiàn)實教學項目的應用共享，顯得尤為必要。

3.1.1 高校圖書館具有先天的資源優(yōu)勢。高校圖書館具有其他院系不具備的大量館藏資源，為整合開展虛擬教學提供了基礎。另外，在高校圖書館中的工作人員具有豐富的綜合知識和專業(yè)知識，他們長期從事咨詢服務和導航服務，為開展相應地虛擬教學提供了人才儲備。

3.1.2 有利于高校資金的高效配置及利用。相較于非沉浸式VR系統(tǒng)、半沉浸式VR系統(tǒng)，目前能夠產(chǎn)生沉浸感的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所需要的設備技術要求更高，更精密，設備采購成本、使用調(diào)試和維護成本價格普遍偏高。沉浸感的虛擬現(xiàn)實設備不僅采購成本較高，且目前大部分設備在同一時間只能由單人佩戴和感受。如果高校各院系都獨自購買，會造成資金的極大浪費。

3.1.3 有利于技術人員的優(yōu)化配置。沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)無論是軟件開發(fā)還是硬件的維護，都需要配備專門的技術人員負責，如果高校各院系重復配置勢必造成人員的臃腫和浪費。而如果以圖書館為虛擬教學平臺，主動與各院系進行教學對接，根據(jù)各院系的教學需要提供軟件開發(fā)服務，是未來沉浸式虛擬現(xiàn)實教學圖書館的特色功能。

3.2 沉浸式虛擬現(xiàn)實在高校圖書館應用中存在的問題

沉浸式虛擬實驗技術為高校教學提供了創(chuàng)新多樣的教學方式方法，在實驗教學方面具有利用率高、安全性強、易維護等諸多優(yōu)點，是推進高?！爸悄?教育”的積極探索，將成為高校重構教育生態(tài)，發(fā)展智能教育的關鍵環(huán)節(jié)。當前制約沉浸式虛擬現(xiàn)實在高校圖書館應用中的首要問題是成本問題，相較于非沉浸式VR系統(tǒng)、半沉浸式VR系統(tǒng)的桌面呈現(xiàn)設備、頭部追蹤設備，沉浸式VR系統(tǒng)的頭盔顯示器和位置追蹤等設備研發(fā)采購的成本更高，維修和養(yǎng)護的費用也更高。其次，制約沉浸式虛擬現(xiàn)實在高校圖書館應用中的問題是人員技術問題，相較于非沉浸式VR系統(tǒng)、半沉浸式VR系統(tǒng)，沉浸式VR系統(tǒng)對高校圖書館管理員提出更高的要求。一般來說，非沉浸式VR系統(tǒng)、半沉浸式VR系統(tǒng)操作相對簡單，高校圖書館管理員只需要經(jīng)過短期培訓，便能達到進行熟練操作，沉浸式VR系統(tǒng)要求圖書管理員對虛擬現(xiàn)實技術的理解深刻，要保證沉浸式VR系統(tǒng)能長期穩(wěn)定運行，不僅需要專業(yè)人員對設備進行操作，還需要有專業(yè)人員進行維修和養(yǎng)護。最后，為了提高讀者對沉浸式VR系統(tǒng)的沉浸式和交換性體驗，還有賴于視景生成技術進一步提高。當前采用非沉浸式VR系統(tǒng)、半沉浸式VR系統(tǒng)的高校圖書館一般使用的全景技術，此種技術可以幫助讀者盡可能在高校圖書館找到自己喜愛的書，全方位的展現(xiàn)場館文化特色，全景技術成本要求較低，但沉浸式和交換性體驗較差。沉浸式VR系統(tǒng)一般采用的三維建模技術具備較好的沉浸感、交互性等特征，但復雜模型的構造過程工作量較大、較為繁雜，構建有效交互的虛擬場景，編程量較大，技術難度要求較高。

4 高校圖書館沉浸式虛擬現(xiàn)實教學前景展望

沉浸式虛擬現(xiàn)實技術以其諸多的優(yōu)點決定了它在教育領域中的重要作用。一是避免真實實驗或操作所帶來的各種危險并降低真實實驗的實驗用品損耗；二是在虛擬實驗中可以獲得與真實實驗接近的學習效果，還可根據(jù)實驗教學發(fā)展需求“引入”新設備，不斷對新設備進行擴展。三是徹底打破空間與時間的限制。而通過高校圖書館對虛擬現(xiàn)實資源整合的虛擬教學，能提高實驗效果與效率，充分發(fā)揮教學優(yōu)勢。

4.1 構建沉浸式虛擬現(xiàn)實圖書館，實現(xiàn)跨學科立體虛擬教學

在虛擬教學實驗環(huán)境中，通過參與者與虛擬仿真環(huán)境的相互作用，并借助對所接觸事物的感知和認知能力，幫助啟發(fā)參與者的思維，以全方位地獲取虛擬環(huán)境所蘊含的各種空間信息和邏輯信息，學生沉浸在多維信息空間，能夠主動地在環(huán)境中進行操作，從中獲取學科知識。由于場景逼真，這樣可以極大地激發(fā)學生的學習興趣，發(fā)揮想象力，達到顯著的學習效果。但是虛擬的“真實”環(huán)境往往不僅僅是單一學科知識的應用，它還牽涉到多學科知識的運用與結合。這時，單一學科的虛擬教學就很難滿足，而需要跨學科的知識教學才能應對所遇到的虛擬場景。高校圖書館在整合各學科教學資源方面優(yōu)勢明顯，具有其他高校專業(yè)所不具備的豐富電子信息資源和完善網(wǎng)絡系統(tǒng)，其他單一學科難以實現(xiàn)的跨學科立體虛擬教學在高校圖書館成為可能。虛擬實驗教學項目的應用共享不僅是在校內(nèi)各專業(yè)間的共享，還可以發(fā)展為各高校圖書館虛擬實驗項目的聯(lián)合共享，提升高校圖書館持續(xù)開放服務的能力。

4.2 創(chuàng)設“真實”學習情境，有效規(guī)避真實實驗操作的危險

在高校教學過程中，往往會涉及一些危險的、不易接觸的或現(xiàn)實生活中難以遇到的學習內(nèi)容，如火山噴發(fā)、地震爆發(fā)、火災爆炸、生物滅絕、宇宙空間等，以往對于這部分內(nèi)容的實驗，往往使用電視錄像的視頻的形式來代替實驗操作，學生不能直接進入真實實驗場景進行操作，體驗感較差，難以獲得相關教學內(nèi)容的感性認識。高校圖書館可以采用沉浸式虛擬現(xiàn)實技術對這部分內(nèi)容進行虛擬平臺整合，學生在虛擬場景中，放心操作以前無法完成的實驗，學生自己動手，將抽象概念具體化，充分發(fā)揮沉浸式虛擬教學安全無憂，經(jīng)濟實用的特點。

4.3 推進高校圖書館數(shù)字化校園建設，服務高校教學和科研

數(shù)字化校園建設主要建立校園虛擬環(huán)境，通過虛擬現(xiàn)實的沉浸性，可以使師生身臨其境地感受到高校的教學、管理和生活服務等相關信息，這種突破時空限制的數(shù)字化校園可以極大地促進高校教學資源的遠程共享和科研服務的提升。相較于以往教師坐在課堂枯燥的講授形式，虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)設了一種師生都喜聞樂見的教學模式。借助于虛擬現(xiàn)實技術，高校圖書館可以打破以往圖書館服務對象和方式的局限性，利用虛擬技術相師生推介所擁有的圖書信息，克服館藏圖書的實用性不強的現(xiàn)狀。通過實現(xiàn)從環(huán)境、資源到應用的全部數(shù)字化，在傳統(tǒng)校園基礎上構建一個虛擬空間，以拓展現(xiàn)實校園的時間和空間維度，提升傳統(tǒng)校園的運行效率，擴展傳統(tǒng)校園的業(yè)務功能，最終實現(xiàn)教育過程的全面信息化，提高管理水平、從而提升核心競爭力。

4.4 創(chuàng)新高校圖書館服務模式，積極探索“智能+教育”

虛擬現(xiàn)實技術為有需求的高校開通專屬的在線實驗云服務，在“實驗空間”上以按需、易擴展的方式托管高?，F(xiàn)有的虛擬仿真實驗教學項目，為高校提供集中管理，統(tǒng)一入口的在線實驗服務平臺，為項目的共享提供安全、可靠的服務保障，構建屬于自己學校的虛擬仿真實驗教學應用環(huán)境，為學校孵化、培育虛擬仿真實驗教學項目提供支持。

5 結 語

將沉浸式虛擬現(xiàn)實技術應用到高校圖書館，為高校師生提供更好的使用體驗，將有利于高校圖書館功能的升級。當然，沉浸式虛擬現(xiàn)實技術作為一門高速發(fā)展的新興技術，也會存在不少需要解決的問題，比如VR引起的暈動病(模擬器病、電腦病等)。另外，在人體工程學方面，當用戶開始感覺不適時，他們不再體驗到沉浸感，如頭盔太重壓在鼻梁或顴骨上，否則時間一長，便會引起疼痛，從而降低沉浸感。虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展日新月異，一般短短幾年產(chǎn)品就會升級換代，那么現(xiàn)在的投入就會面臨設備升級的壓力。沉浸式虛擬現(xiàn)實技術為高校提供了全新的教學模式，讓原來一些“做不了、做不上、做不到、做不好”的實驗教學成為可能。因此，高校圖書館應順應現(xiàn)代高等教育發(fā)展需求，積極關注未來虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展與應用，不斷提升高校圖書館的服務能力和水平。