VR技術在高校數字圖書館中的開發應用研究*

程羅德 樊雁 房文革 張巍

（大連海洋大學，遼寧 大連 116023）

1 引言

近年來，隨著信息技術的發展圖書館信息化程度得到很大程度的提升，但是跟國外發達國家高校圖書館建設和應用水平相比還存在較大的差距[1]。隨著AI、物聯網、大數據、云計算等技術的興起和應用[2]，VR技術研究不斷深入，利用AR技術服務讀者的高校數字圖書館越來越多，他們向讀者提供交互可視化的信息體驗服務，實現了新空間的再現，增強了閱讀便利，他們給讀者帶來了高端的沉浸體驗。如何更好地發揮VR技術在高校數字圖書館建設、服務中的作用，豐富數字資源，創新服務模式，使VR 技術和數字圖書館優勢互補，是目前高校圖書館在數字化建設進程中所關注的熱點。

2 VR技術與高校圖書館

VR是一種高端的人機接口，它通過人機之間的交互，綜合運用計算機圖形圖像學、多媒體技術、傳感技術等對人體多感官功能進行模擬，構建虛擬場景，讓體驗者沉浸在計算機處理構建的虛擬環境中，并通過肢體、自然語言等實現實時交互，同時利用可穿戴設備、數字手套等傳感器和顯示設備來增強交互感、真實感，讓體驗者處于一個多維度的信息空間[3]。VR 構造的虛擬環境分為兩種：一種是真實世界的重構再現，如再現秦陵兵馬俑、敦煌莫高窟、北京故宮等。再如，再現齊白石的蟬、梵高的日出印象、清明上河圖等，其目的在于利用一種載體把經典景象呈現給現場觀賞者，使其與原創者情感上的產生共鳴。另一種是完全虛擬的環境，如虛擬展覽館、虛擬圖書、虛擬在線空間等，運用VR 技術可以使體驗者獲得現實世界中的感受。

在互聯網+AI 時代，高校圖書館在數字化建設方面取得了很大的成就，但是還不夠直觀，不夠形象，與讀者存在空間距離感，讀者對數字圖書館缺少親切感。當前大多數高校圖書館仍以紙質文獻和電子資源為主要建設和利用模式，紙質以三維空間維度形式存在，資源豐富可視化，但是不適應網絡對信息的傳輸標準，數字資源文獻以平面或者二維度形式存在，但沒有立體空間感。在圖書館功能服務方面，讀者無法交互操作，更無法實現可視化和體驗感。如果充分利用VR技術獨特的技術特點和優勢，使其廣泛應用于高校圖書館數字化建設，可以方便解決數字圖書館可視化低、交互性差、無沉浸感等諸多方面的問題。

國際上，VR 技術多被應用于高校圖書館創新虛擬空間、場景漫游、數字資源聚合、信息檢索、咨詢服務、教育與培訓等領域。目前，我國高校圖書館已經開始積極探索和實踐VR技術的應用[4]。

3 VR技術在高校數字圖書館場景應用的問題

由于受數字圖書館的建設和發展等多方面的因素制約，加之VR 技術研究及開發應用的局限性等弊端，目前VR 技術與高校數字圖書館的深度融合仍有一定的難度。

首先，短時間內突然改變讀者的閱讀習慣，從紙質文獻到數字閱讀給讀者帶來的不適應感，對傳統圖書館概念和功能利用的依賴性等會降低讀者的閱讀體驗。若要使VR 技術創新操作和交互模式，從傳統圖書館利用和服務模式成功過渡到數字化圖書館，很大程度上還要取決于用戶的閱讀習慣及對新技術的接受程度。

其次，由于出版物格式難以統一，構建一個資源開放、合作共享的數字資源平臺環境，還需要VR技術在應用過程中遵循一定的開發和管理標準，利用核心建模技術來開發適合高校數字圖書館特性的模型。

再次，目前針對高校圖書館開發場景還不多，VR 技術與數字圖書館結合的深度還處于初級階段。受VR硬件設備投資成本制約，目前VR技術在高校圖書館的應用和普及率不高，但從另一角度說明了VR技術在未來高校數字圖書館應用前景非常廣闊。

4 VRS系統設計與全景制作

VRS是利用計算機和傳感設備來進行創建，實現人機交互的虛擬環境。除了需要人的參與之外，還需要VR 引擎支撐，包括VRS 軟件、三維模型庫、顯示設備和交互傳感設備等協同完成虛擬場景的構建和應用。為更好地實現人機自然交互，需要設計特殊的I/O設備，如頭盔、眼鏡、關節采集器等，再利用VRS管理平臺控制，根據參與者的動作、表情、指令等操作來提供各種信息反饋。VRS設計如圖1所示。

圖1 VRS系統設計

參與主體通過模塊與虛擬環境感知交互，反饋模塊提供實時的信息輸出，傳感器模塊接受指令并作用于虛擬場景并將結果反饋給操作者，控制模塊對傳感器及伺服電機進行動作控制，使參與主體、虛擬環境和現實世界實時交互。

在系統開發過程中，開發和設計場景的VR 軟件常見的工具有VRML、JAVA3D、OpenGL、X3D等。

利用VRML來進行建模，完成全景制作，創建三維立體空間，參與者可拖動鼠標、頭盔、眼鏡等，實現人機交互。

全景制作核心控制程序示例如下：

5 VR技術在創新空間虛擬場景的開發

3D模型庫可以對現實場景進行三維模型重構和表達，得到與現實相同的三維數據、參數等，并建立與其相對應的三維模型[5]。VR 技術創建圖書館空間虛擬環境，數據頭盔方便讀者以不同角度觀察空間構造，數據手套可隨時操縱改變虛擬場景中物體的位置，通過計算機操作界面直接進入圖書館虛擬三維空間，進行空間場景漫游，實現人機實時互動。完成圖書館空間場景重構后，讀者開始漫游場景，從虛擬空間場景全貌開始，通過各個節點的設置或操作進入到具體的空間細節，同時相應區域和位置的信息也會得到展示和表達。

漫游虛擬圖書館空間平臺，動態了解館舍布局、設備配置、資源分布等圖書館物理功能結構，讓入館讀者尤其是首次入館讀者可以更加方便、直觀、快速地了解熟悉圖書館的空間布局、功能結構和館藏分布等。漫游體驗路線可由管理員預先設定，也可由讀者自主操作，從而帶來最佳的空間漫游體驗效果。高校圖書館虛擬空間場景設計如圖2所示。

圖2 高校圖書館虛擬空間場景設計

6 VR技術在高校數字圖書館中的創新應用

VR 技術應用于高校數字圖書館建設，將實現信息的可視化及交互個性化服務應用。信息可視化在高校數字圖書館建設中是一種創新實踐，它運用可視化技術對現實場景進行建模、重構，運用三維構造使其圖形化，將信息參數、資源需求、功能模型等各種要素進行圖形圖像轉換，模擬出實際工藝設計和生產流程，以三維可視化重現場景。以大連海洋大學為例，其開發的海洋食品科學工程藻類精深加工與綜合利用虛擬現實場景，對工業化生產工藝流程、主要操作單元、現代工程技術、關鍵技術參數、核心設備、工廠車間布局等進行了模型構建，再現了消化罐、攪拌器、反應皿、傳感器等設備及生產流程和動態變化過程，包括前浸提、呈現消化、過濾、鈣化、脫鈣、脫水、干燥、回收，實現了虛擬漫游、工藝、流程、操作及設備結構的功能場景仿真。藻類精深加工與綜合利用VR場景系統開發架構如圖3所示，應用如圖4所示。

圖3 藻類精深加工與綜合利用VR場景系統開發架構

圖4 藻類精深加工與綜合利用VR場景

利用VR 技術在仿真模擬過程中的創新應用，能夠豐富知識獲取的手段和途徑，將復雜信息內容虛擬仿真，得到的學習結果更加直觀、生動、形象，參與者如同在實驗室或者生產工廠現實環境中一樣，可以獲取知識，并掌握實驗技能。

7 結語

將VR 技術應用于高校數字圖書館建設和發展，能夠豐富讀者的場景體驗，實現資源重構再現、信息可視化、交互及各種創新服務等，這必將改變高校圖書館服務范式、內容和理念。充分利用VR技術優勢，實現信息過程和結果的三維再現，使讀者獲得體驗式信息服務的同時，為知識信息發現和獲取的可視、交互、沉浸等提供支持，推動數字圖書館創新管理和服務，實現了圖書館的可持續發展。