基于虛擬現實技術的入館教育平臺的設計與實現

黃立冬　申小春　楊慧

關鍵詞：虛擬現實；入館教育；“經驗之塔”理論

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）36-0100-03

1 概述

目前，圖書館向沉浸式服務轉型已成為了必然，而基于虛擬現實技術的圖書館建設是邁向沉浸式服務的第一步。虛擬現實（Virtual Reality）技術，簡稱VR技術，于20世紀80年代初被提出，其核心為建模與仿真，是一種計算機人機交互的手段。目前VR技術在軍事、醫療、教育等領域均得到了廣泛的應用。虛擬現實技術在高校圖書館中的發展應用也逐漸興起，我國第一套可交互虛擬數字圖書館系統——“國家圖書館虛擬現實系統”于2008年9月正式投入使用[1]。之后，中山大學、中國礦業大學（徐州）、上海交通大學、江蘇科技大學、常州工學院等高校圖書館也陸續開展了虛擬現實技術在圖書館數字化工作中的研究與應用。

高校圖書館入館教育作為高校圖書館讀者服務工作的重要內容之一，對引導新生入學后自主學習起著積極的作用。傳統的新生入館教育一般通過發放書面材料，或者輔以講座、實地參觀等方式在新生入校時進行，教學模式較為單一、枯燥，新生讀者容易處于被動的狀態，教學效果也不盡如人意。戴爾的“經驗之塔”理論將學習得到的經驗分為三大類：做的經驗、觀察的經驗和抽象的經驗。而將VR技術應用于圖書館入館教育培訓中，則更有利于新生讀者獲得做的經驗和觀察的經驗。同時VR技術的應用使得圖書館入館教育不再受到時間和空間的限制，節省了學習者到館學習所需的時間成本，縮減了圖書館人員的工作量，在很大程度上改變了傳統入館教育模式單一、低效的狀況，為新生讀者提供了一個更加生動、更具有沉浸感的學習環境。

教育部發布的《普通高等學校圖書館規程》中指出：“圖書館應重視開展信息素質教育，采用現代教育技術，加強信息素質課程體系建設，完善和創新新生培訓、專題講座的形式和內容”。因此，將VR技術應用在圖書館入館教育中是緊跟時代發展和要求的，它不僅可以為新生提供數字化、虛擬化的教學服務，帶給新生一種全新的學習體驗，還可以促進圖書館入館教育的持續性發展。

2 入館教育平臺的設計與技術實現

虛擬現實對教育領域的全方位滲透，從根本上改變了人們的思維習慣和對傳統學習環境的概念[2]。筆者以淮陰師范學院圖書館為研究對象，參照建筑圖紙、嚴格按照比例，主要利用3DS MAX和VRP兩個軟件進行入館教育平臺的設計與技術實現。

2.1 開發流程設計

本入館教育平臺的開發流程由數據與材料準備、三維建模、貼圖與烘焙、功能性交互以及運行測試等五部分構成。

1）數據與材料準備

在前期準備階段需要收集淮陰師范學院圖書館的建設圖紙和相關資料，同時還需要利拍攝大量的實景照片。這些照片一是為建造模型提供參考，二是為了增強本虛擬平臺的沉浸感，模型的貼圖大部分采用位圖貼圖的方法，跟實景盡可能保持一致，因此實景照片也是制作位圖貼圖的重要依據與素材。

2）三維建模

借助3DS Max對圖書館進行三維建模，參照淮陰師范學院圖書館建設圖紙，以1：500的比例進行場景的模型制作。其中規則模型利用基本幾何體進行變形或者轉化為可編輯多邊形后進行修改而成，而不規則模型則需要利用二維圖形轉三維模型得以實現，如擠出、倒角、車削等。此外為了漫游時的流暢性，對于場景中的植物、欄桿等面數較多的模型運用十字面片法，減少場景中模型的面數，省時省力。

3）材質設置與貼圖烘焙

在完成三維建模之后就需要對模型進行材質設置與貼圖烘焙。為了使場景中模型與現實中實體盡可能相似，采用位圖貼圖。同時為了更好地表現場景中的真實光照感并且避免場景加載過慢，則使用烘焙后的貼圖。貼圖烘焙技術也叫Render To Textures，簡單地說就是一種把3DSMax光照信息渲染成貼圖的方式，而后把烘焙后的貼圖再貼回到場景中去的技術。這樣操作后光照信息變成了普通的貼圖，就不需要CPU再去費時地計算，這種技術主要應用于游戲和建筑漫游動畫里面[3]。

4）功能性交互與平臺架構

此階段使用的是中視典數字科技有限公司所開發的VRP（Virtual Reality Platform）軟件進行交互制作。首先導入3DSMax制作好的三維場景模型，然后使用腳本編輯器為場景添加各種交互功能，如背景音樂、語音提示、相機切換、人物行走等，并且將入館教學網站信息、教學視頻等功能集成在一個平臺中，完成平臺的搭建。

5）運行測試

平臺初步搭建好后進行打包導出，并測試運行。對試運行中遇到的問題及時進行解決，提高平臺的穩定性的同時，功能也在不斷地完善與成熟。

本平臺的設計與制作流程如圖1所示。

2.2 開發技術

本平臺主要開發軟件為VRP即虛擬現實平臺，之所以選擇VRP，是因為它的適用性與功能性都十分強大，同時這款軟件操作簡單，達到了高度的可視化，所見即所得。開發者在有良好的3DS Max建模和渲染基礎上僅需對VRP進行簡單的學習研究就可以基本掌握其操作技術，迅速進入虛擬現實場景的制作階段。VRP中的虛擬現實編輯器可以在制作好的3DS?Max三維場景的基礎上進行模型導入，之后再進行交互制作、界面設計等后期編輯。VRP中的虛擬現實編輯器也可以直接完成打包發布，整個操作流程簡單方便，使開發時間大大減少。

此外，平臺不同的功能模塊也還采用其他一些技術，具體如下。

1）虛擬圖書館的場景搭建

主要利用3DS Max的各種建模方法進行虛擬圖書館的場景搭建，虛擬圖書館的所有模型完成后，設置好燈光，并在3DS Max中完成模型的材質貼圖和材質烘焙設置，以便之后在VRP中進行模型的導入，圖2即為材質烘焙后的圖書館外部效果圖。

2）微課視頻部分

平臺中的微課視頻部分主要利用After Effects進行片頭視頻的制作、無縫剪輯，借助Edius進行視頻的整合和成品的輸出，最后在VRP中使用相關腳本代碼實現視頻的加載與播放。

3）移動終端主體網站部分

網站的制作主要使用Dreamweaver、HBuider 和Html5技術。網頁實現了響應式布局，以適應各種移動終端，讓新生學習者可以隨時隨地了解更多信息，帶給他們更好的用戶體驗。

在這個過程中，各個功能模塊就像是拼圖的不同零片，最后將所有的功能在VRP軟件中進行整合，完成整個入館教育平臺的搭建。

3 入館教育平臺的功能

在淮陰師范學院入館教育平臺的功能設計中，筆者主要著眼于虛擬場景的仿真性和平臺的交互性。首先，虛擬現實平臺應打破傳統的以試題考試、觀摩引導為主的學習模式，而采用以富媒體技術為支撐的虛擬化場景、微視頻、電子書、課件等多種形式相結合的方式豐富入館教育的內容與教學形式[4]，提高新生學習者的學習興趣與效率。本平臺集成了入館教學網站信息、教學視頻及3D 虛擬仿真，生動形象地展示了圖書館的館藏布局、規章制度、借閱書籍的流程等內容，能充分調動新生學習者的積極性，為其全方位、多途徑地了解淮陰師范學院圖書館，更好地完成圖書館入館教育提供了保障。

其次，平臺采用3DS Max作為三維建模工具，參照建筑圖紙，嚴格按照比例進行模型搭建，同時在材質、貼圖、燈光方面均進行了精細的設定。再利用VRP-BUILDER（虛擬現實編輯器）進行交互制作，添加了豐富的交互方式，除了傳統的相機漫游，用戶還可以利用方向鍵或W/S/A/D鍵控制人物進行上下左右的行走方向，配合鼠標可以模擬人物視角的轉換，控制角色人物在虛擬場景中漫游。

本平臺要求新生登錄淮陰師范學院入館教育網進行學習，新生可以進入本平臺自行完成入館教育，平臺使用流程如圖3所示。

1）主界面

主界面由操作說明、視頻介紹、虛擬體驗、移動學習以及退出界面等內容組成。

2）操作說明

操作說明為視頻形式，避免了文字帶來的枯燥感，可以讓學習者通過視頻生動直觀地了解各種操作，快速掌握本平臺使用方法，為下一步的學習奠定基礎。

3）視頻介紹和移動學習

平臺中包含視頻介紹和移動學習部分，其中視頻介紹部分可以幫助學習者了解淮陰師范學院圖書館的歷史與發展，而移動學習部分，學習者僅需掃描二維碼即可進行淮陰師范學院圖書相關信息的學習。

3）虛擬體驗

此部分為本平臺的重點，其中界面上方有四個固定按鈕和一個返回主頁面的箭頭，學習者可以通過鼠標單擊完成相應命令，在界面左下角還有一個觸發面板，在漫游時此面板為隱藏狀態，不會影響學習者的視覺效果，而在學習者有其他操作需求時則可以利用鼠標進行觸發。其界面如下圖5所示，其中任務部分包括查詢、借書、還書等內容，視頻則包括代書板的使用、借閱流程和還書流程等內容。

學習者進入虛擬體驗界面后，可以控制人物隨意行走，并且人物進行行走后可以觸發場景中的黃色光束粒子標簽，了解相關內容。如：入館須知、樓層索引、區域介紹（檢索區、總服務臺等），場景中的語音或文字講解會跟隨學習者漫游所觸發的區域同步進行，讓學習者在虛擬的圖書館場景中輕松完成學習。學習者也可以通過體驗漫游直觀了解淮陰師范學院圖書館的館內設施、館藏建設、服務內容，快速地了解如何使用圖書館。

4平臺特點與需改進的問題

4.1 平臺特點

本平臺初步建成后，曾邀請本校學生進行體驗，并根據他們的反饋總結出以下平臺的四個特色。

1）使用便捷，無時空限制

本平臺的使用僅需個人電腦和網絡即可完成，學習者可以隨時隨地進入學習，新生在收到錄取通知書后即可進入平臺，提前完成入館教育學習，突破了時間和地域的限制，大大減輕了傳統入館教育圖書館場地和人員的壓力，也為后疫情時代的入館教育提供了便利。

2）人性化、個性化人機交互設置

本平臺設計時充分考慮學習者初次接觸VR，對于相關操作進行了詳細的講解。為營造個性化的學習環境，本平臺的人機交互界面設計了很多自定義選項，如背景音樂的切換、音量大小的調整等。

3）資源豐富，涵蓋面廣

本虛擬平臺包含了館內3D漫游、教學網站、教學視頻等，能充分調動學習者的學習興趣和積極性，讓學習者能多途徑、多角度了解圖書館。

4）虛擬仿真，身臨其境

本平臺的建設嚴格按照圖書館建筑圖紙比例進行，并且館內的各種設施均采用實體照片的位圖貼圖仿真，盡量做到還原現實場景。

4.2 需要改進的問題

雖然相較于傳統入館教育，本平臺在技術和教學效果上均有了很大突破，但也存在一些問題，仍需不斷完善和改進。

1）運行空間和運行速度

由于本平臺包含較多模型數據與位圖貼圖，數據量較大，加載速度相對較慢，在使用時會造成電腦運行速度緩慢、場景加載卡頓、畫面不流暢等情況發生，很大程度上影響學習者的體驗，筆者認為可以減少復雜材質和模型的使用，并且對于面數較多的模型可以進行適當簡化。

2）未開發移動學習端

隨著時代進步，手機、平板等移動學習端更受大家喜愛，當代大學生也更喜歡利用手機進行碎片化學習，但由于VRP軟件打包發布時僅提供在線發布和EXE文件打包發布兩種方法，本平臺暫未開發移動端的學習平臺，這樣的技術限制使學習者無法利用手機、平板等移動設備開展入館教育。

3）無法實時在線

由于技術限制等原因，目前本平臺無法提供實時在線服務，學習者僅能通過下載EXE文件，進行安裝體驗，需要耗費一定的時間和精力，在一定程度上給學習者帶來不便。期待隨著技術的進一步提高，本平臺可以提供多用戶同時在線的實時服務，豐富平臺功能，并給廣大學習者提供便利。