環(huán)境虛擬技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用研究

楊博?蔡百川?曹芳

摘 要：隨著國家圖書館使用可交互的虛擬數(shù)字圖書館系統(tǒng)以后，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用也越來越被重視。虛擬技術(shù)的應(yīng)用可以為圖書館增添了新的多維感觸和人機(jī)交互方式。但現(xiàn)階段虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在圖書館應(yīng)用中遇到了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備商業(yè)化程度不高、視景生成技術(shù)自身還不夠成熟等問題，因此圖書館應(yīng)積極關(guān)注虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、兩種視景生成技術(shù)交互使用，推廣虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；圖書館；Unity3D

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)是由高速計(jì)算機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)建的一種令人感到身臨其境、可以獲得與環(huán)境交互體驗(yàn)的虛擬世界，它將計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字化信息變?yōu)槿藗兯芨惺艿木哂懈鞣N表現(xiàn)形式的多維信息，通過視、聽、觸覺等作用于使用者，對(duì)使用者的控制行為做出動(dòng)態(tài)的交互反應(yīng)。沉浸感、交互性、思維構(gòu)想性是虛擬現(xiàn)實(shí)的主要特點(diǎn)。

沉浸感，指用戶作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的虛擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使用戶難以分辨真假的程度，甚至超越真實(shí)；交互性，指用戶對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)的物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度；思維構(gòu)想性，指用戶沉浸在多維信息空間中，依靠自己的感知和認(rèn)知能力全方位地獲取知識(shí)，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，尋求解答，形成新的概念。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在圖書館的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最主要的就是導(dǎo)讀功能。引導(dǎo)讀者去閱讀那些質(zhì)量比較好的文獻(xiàn)，使得讀者更有閱讀的欲望，與此同時(shí)，也不斷的增強(qiáng)著讀者的閱讀能力。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為基于自然的人機(jī)界面，強(qiáng)調(diào)以人為中心，讓讀者身臨虛擬現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)信息分類組織和服務(wù)內(nèi)容一目了然，以最短時(shí)間、能最大限度地滿足自身的信息需求，因此有必要在圖書館界推廣虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，首先要建立對(duì)象物體的幾何模型，確定其空間位置和幾何元素的屬性，然后在其基礎(chǔ)上進(jìn)行模型創(chuàng)建為了增強(qiáng)虛擬場(chǎng)景的真實(shí)性。建設(shè)圖書館虛擬場(chǎng)景， 不僅可以實(shí)現(xiàn)圖書館場(chǎng)景漫游，同時(shí)可以將圖書的上架整理、架位的調(diào)整、閱覽室位置的選擇等具體工作，以虛擬場(chǎng)景的形象展示出來，方便館員的工作，節(jié)省實(shí)物調(diào)整設(shè)計(jì)時(shí)所消耗的人力物力。漫游動(dòng)畫技術(shù)，主要通過對(duì)現(xiàn)實(shí)空間采樣圖像序列生成新視景的圖像。首先在源場(chǎng)景中布置，燈光，設(shè)置材質(zhì)，然后設(shè)置相機(jī)動(dòng)畫再渲染出序列幀，最后再后期合成視頻。用戶可以通過視頻動(dòng)畫來瀏覽圖書館，其中應(yīng)用最廣的是虛擬漫游和交互技術(shù)，我們把場(chǎng)景，燈光，材質(zhì)做好以后。用戶可以通過鍵盤或鼠標(biāo)進(jìn)行上下、左右的移動(dòng)，選擇自己的視角，對(duì)該場(chǎng)景進(jìn)行360度視角實(shí)時(shí)的任意虛擬瀏覽。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1.場(chǎng)景建模技術(shù)

對(duì)于場(chǎng)景建模有兩種方式，一種是利用Unity3D本身的功能建模，另一種是從外部導(dǎo)入模型，以導(dǎo)入3dmax軟件的模型來說，可以直接將.max文件存入到Unity3D項(xiàng)目文件夾中，或者將其導(dǎo)出.fbx的文件格式.被導(dǎo)入的信息包括物體的空間位置，名稱材質(zhì)，動(dòng)畫等。

圖書館模型構(gòu)建是包括館內(nèi)和館外的地形、建筑物以及圖書館工具。地形和建筑在有了具體的數(shù)據(jù)之后，可以在3DMAX 中構(gòu)建，館內(nèi)環(huán)境部分主要包括大廳的吧臺(tái)、隔斷、查詢機(jī)、書架、書等館外環(huán)境部分主要包括天空、樹木和花草，這些在unity3d中有多種模型供選擇。在模型的構(gòu)建中需要注意的是多邊形模型的優(yōu)化.一個(gè)虛擬圖書館系統(tǒng)還是比較大的，對(duì)模型充分的優(yōu)化可以減小最后網(wǎng)絡(luò)文件的大小，利于用戶瀏覽. 除模型優(yōu)化外，在貼圖上除了要注意盡量真實(shí)，還應(yīng)注意貼圖的命名不能用中文，以免日后不能識(shí)別。此系統(tǒng)中部分模型如下：

3.2 交互技術(shù)

漫游是虛擬圖書館的關(guān)鍵， 交互是實(shí)現(xiàn)漫游的方式.簡(jiǎn)單的交互用JavaScript就可以實(shí)現(xiàn)，比如我們?cè)谌魏温蜗到y(tǒng)中都要用到的鼠標(biāo)按鍵行走功能，在unity3d中是可以以WSAD分別實(shí)現(xiàn)上下左右，相對(duì)應(yīng)的代碼在FPScontral.js腳本語言中，從文件的命名FPScontral就可以看出這是第一人稱視角控制，下面例舉向前行走的代碼：

function Update （） {

if（Input.GetKey（KeyCode.W））{

transform.Translate（Vector3.forward *

Time.deltaTime * -speed）；}

}

另一種重要的交互功能是GUI 界面設(shè)計(jì)，在虛擬圖書館中，可以選擇自動(dòng)導(dǎo)航、手動(dòng)導(dǎo)航和退出導(dǎo)航按鈕，根據(jù)選擇進(jìn)入場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的漫游模式.這也需要代碼實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)場(chǎng)景的功能。

以“自動(dòng)導(dǎo)航”的代碼為例，具體如下：

function OnGUI（）{

if（menuShow==false）{

return；}

if （GUI.Button （Rect

（Screen.width/2-30，Screen.height/2-50， 80， 30

），"自動(dòng)導(dǎo)航"）） {

print （"You clicked the button！"）；

Application.LoadLevel（1）；

menuShow=false；

}}

3.3 碰撞檢測(cè)技術(shù)

碰撞檢測(cè)最基本的是模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的物體在遇到障礙物時(shí)發(fā)生的本能反應(yīng)，比如遇到墻壁時(shí)，不能前行，好的碰撞檢測(cè)對(duì)一個(gè)漫游系統(tǒng)的基本條件。在Unity3D中也可以在腳本語言中實(shí)現(xiàn)控制：

function OnCollisionEnter（obj：Collision）{

Debug.Log（obj.gameObject.name）；}

4 虛擬視景生成技術(shù)存在的問題

目前在虛擬漫游動(dòng)畫和虛擬交互方面還有這很大的區(qū)別，主要的就是場(chǎng)景的真實(shí)感，由于收到模型面數(shù)的限制再虛擬交互的場(chǎng)景中模型面數(shù)較少，所以場(chǎng)景的真實(shí)性不如漫游，但它的優(yōu)點(diǎn)是用戶可以在場(chǎng)景中隨心所欲地“漫步”。漫游動(dòng)畫追求真實(shí)感我們可以再3Ds max中制作，對(duì)模型的面數(shù)相對(duì)不是很高，這樣做出的模型就很真實(shí)，但是它的缺點(diǎn)是用戶只能根據(jù)制作者設(shè)置的路徑進(jìn)行觀看，用戶不能隨心所欲地“漫步”其中，交互感差。在解決如何構(gòu)造既可以實(shí)時(shí)交互，同時(shí)又具有沉浸感的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境方面存在很多問題。要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)虛擬交互，場(chǎng)景的面數(shù)就會(huì)增多，否則用戶就會(huì)感到畫面不平滑，而目前的硬件狀況，只有高性能的圖形工作站才能滿足以上要求。因此構(gòu)建能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)交互的虛擬場(chǎng)景，存在著編程量大，對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件要求高等問題。

5 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一門集合了各種高新技術(shù)的交叉學(xué)科，通過發(fā)揮其沉浸性、交互性和想象性三大主要特征，為圖書館工作的各個(gè)環(huán)節(jié)帶來革命性的變化。因此針對(duì)圖書館中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所存在的問題時(shí)，圖書館界應(yīng)以積極的態(tài)度，高度關(guān)注虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展。各圖書館應(yīng)根據(jù)本館實(shí)際情況，探索如何將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與本館工作有機(jī)結(jié)合。

參考文獻(xiàn)

[1]李雪，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國家圖書館的應(yīng)用，科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2009（19）：27-28.

[2]馮鳳娟.永豐大廈虛擬漫游數(shù)字平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).北京：北京交通大學(xué)，2010.