美國大學圖書館的虛擬仿真應用實踐
——對美國TOP100大學圖書館VR/AR應用的調查*

郭亞軍，李 帥，丁 菲，郭 銳

0 引言

伴隨著高新技術的日新月異，以交互式、沉浸式以及多維感觸為代表的圖書館服務方式實現創新性發展，而虛擬仿真的應用為此類服務提供了戰略性的技術支持，并在全球范圍內推動了圖書館服務方式的變革。我國“十四五”規劃綱要將虛擬仿真相關技術列入數字經濟重點產業，宏觀環境的支持開啟了虛擬仿真市場的全面爆發，為圖書館虛擬仿真技術的普及應用奠定了社會基礎。在“數智賦能”與“元宇宙”的時代背景下，虛擬仿真技術已在諸多領域得到廣泛運用，使圖書館對虛擬仿真技術的應用有了新的技術支持和實踐基礎。圖書館如何更好地利用虛擬仿真技術，豐富數字資源，提升服務質量，仍然是亟待解決的問題。隨著圖書館建設不斷深入，虛擬仿真技術越來越受到業界關注，在圖書館空間導航、虛擬信息資源建設等眾多領域具有廣泛發展前景，并為元宇宙賦能下的虛擬圖書館建設提供技術支撐。

虛擬仿真技術是指以一個虛擬的系統模仿另一個真實系統的技術，在目前科技水平下的實現方式主要包括虛擬現實(Virtual Reality，VR)、增強現實(Augmented Reality，AR)、融合現實(Mixed Reality，MR)、擴 展 現 實(Extended Reality，XR)、計算機模擬、三維建模、數字孿生以及全息投影等。目前，計算機模擬、三維建模主要用于教育領域，全息投影主要用于商業表演領域，近年新興的數字孿生以及擴展現實等深度沉浸式技術主要用于醫療衛生、航空航天等高技術產業，而VR與AR是圖書館領域應用最普及的，也是最容易讓用戶所接受和理解的虛擬仿真技術。VR是利用計算機生成逼真的三維視、聽、觸等多重感覺，讓參與者通過適當的裝備與虛擬世界進行體驗與交互[1]；AR是VR的延伸和發展，將虛擬信息疊加到現場視頻中，實現虛擬信息對現實的強化，從而創造出更真實的體驗[2]。

早在1991年Surprenant就提出在圖書館設計出一種人造環境，讓體驗者與人造環境進行互動，從而與虛擬場景融入一體的想法[3]。在此后幾年的相關文獻中，圖書館虛擬仿真技術的研究處于“理論探討階段”。1996年后，圖書館界開始探討如何將虛擬仿真技術運用到圖書館工作中。比如，Chen提出用虛擬仿真技術增強數字圖書館的用戶頁面[4]，從而進入圖書館運用虛擬仿真技術的“實踐初探階段”。2006-2010年，圖書館虛擬仿真技術的研究爆炸式增長，不斷產生新理論與新觀點[5]，開始有部分圖書館應用虛擬仿真技術的案例進入大眾視野，該階段屬于圖書館應用虛擬仿真技術的“擴大應用階段”。2011年至今，隨著虛擬仿真設備的逐漸普及，圖書館對虛擬仿真技術的運用不斷趨于成熟，帶來了大量虛擬現實產品在圖書館中的運用[6]，進入圖書館應用虛擬仿真技術的“普及應用階段”。

美國大學圖書館(以下簡稱“高校館”)2003年開始在大型多人在線三維網絡虛擬世界“第二人生”(Second Life)中成立部分虛擬圖書館，在虛擬仿真應用探索的初期就能提供諸多服務，近20年不斷拓展虛擬仿真技術在圖書館領域的應用，積累了寶貴經驗，值得借鑒和學習。因此，本文對美國排名前100所高校館VR/AR的應用進行深入調查，旨在了解美國高校館虛擬仿真技術的最新實踐和典型案例，為我國圖書館虛擬仿真技術的應用提供借鑒。

1 調查概況

本文選擇世界權威排名機構之一《美國新聞與世界報道》(U.S.News&World Report)最新發布的2022年美國排名前100所高校館作為調查對象[7]，它們能較好地反映美國高校館虛擬仿真技術的應用情況。

本研究采用網站訪查、內容分析等方法搜集數據，調查時間為2021年9月5-28日，具體步驟如下：根據上文對虛擬仿真技術的應用分析，發現VR與AR技術在圖書館領域應用較為廣泛并具有代表性，因此集中調查VR和AR在美國高校館的應用現狀。首先，研究者逐一訪查美國排名前100所高校館的網站，在其站內搜索框search the site中分別輸入VR、AR、Virtual Reality、Augmented Reality等關鍵詞進行搜索，并通過谷歌、百度等搜索引擎采用“關鍵詞+site：高校館網址”檢索式進行檢索，查看相關搜索結果，對各高校館的虛擬仿真應用情況進行記錄。其次，對沒有發現任何結果的圖書館網站，查找該館與虛擬仿真技術有關的新聞，從而了解其虛擬仿真技術的應用情況。最后，對調查數據進行核查和統計分析。

2 美國大學圖書館虛擬仿真技術應用實踐

通過對美國排名前100所高校館的網站調查發現，86%應用VR/AR技術，14%并未在其網站提及VR/AR技術的應用。這些館的VR/AR應用領域體現在地圖、空間、資源、體驗、互動、醫學、游戲、無障礙服務等方面，相對集中的服務領域為地圖、空間、資源、體驗以及互動，因此本文主要從這5個方面進行分析。具體而言，提供虛擬仿真智能地圖服務、VR工作室與VR創客空間、虛擬閱讀與可視化檢索、沉浸式學習與虛擬展覽/會議、虛擬可視化咨詢服務以及其他服務的高校館占比情況見圖1。

圖1 美國排名前100所大學圖書館虛擬仿真技術應用情況

2.1 虛擬仿真智能地圖服務

早在虛擬仿真技術發展初期，VR/AR技術就被廣泛應用于谷歌街景地圖。當前越來越多的圖書館提供虛擬仿真智能地圖服務，并衍生出可視化地理信息系統以及VR導引服務等特色服務。可視化地理信息系統是在傳統的地理信息系統上融入虛擬仿真技術，使地理環境變為三維立體的地理信息系統，而VR導引服務就是在可視化地理信息系統的基礎上使用VR技術進行虛擬的引導服務。美國排名前100所高校館中提供可視化地理信息系統服務的有45所，提供VR導引服務的有19所，二者均提供的有16所。

美國高校館主要以開展活動的方式提供虛擬仿真智能地圖服務，讓用戶體驗虛擬圖書館之旅或者虛擬校園之旅。例如，克萊蒙森大學圖書館提供地理信息系統服務，可以虛擬參觀學校的每個地方，并以全3D形式展現[8]；布蘭迪斯大學圖書館利用VR和AR等虛擬仿真設備，讓學生可以被帶到學校任何地方，以虛擬方式體驗他們可能無法到達的校內實驗室等[9]，如圖2所示。疫情期間，還有一些高校在無法線下開學的情況下，利用虛擬仿真技術開展虛擬開學典禮和虛擬迎新等活動。虛擬仿真智能地圖服務其實已經是虛擬仿真技術應用的“家常便飯”，很多館都以此項服務為特色來開展宣傳推廣，具有不錯的效果。美國高校館在可視化地理信息系統方面的應用比較完善，但可視化導引服務尚未普及。

圖2 布蘭迪斯大學圖書館提供的虛擬仿真之旅

2.2 VR工作室與VR創客空間

VR工作室是指圖書館提供配備VR設備的空間，專門用于體驗VR，是用來研究VR在各種領域的應用空間；而VR創客空間的內涵更加豐富，在該空間內不僅可以體驗VR技術，還可以利用VR設備進行創新和制作。在被調查的100所美國高校館中，設置了VR工作室的有64所，設置VR創客空間的有23所，兩項服務都提供的有14所。

大多數美國高校館設置有VR工作室或VR創客空間，體現了對虛擬仿真場景建設的重視。例如，普林斯頓大學圖書館在2021年2月開啟集“制作、創新”于一身的PUL創客空間，并在該空間內配備虛擬仿真設備供用戶學習和探索，該空間包含“建造和探索”“打印和創建”等物理工作區域，并在這幾個區域內都配備有頭戴式和手持式虛擬仿真設備、3D打印機以及協作工作臺等[10]。斯坦福大學設置VR工作站，配備有VR設備、3D打印機等傳統設備，可以通過各種虛擬仿真技術讓用戶體驗成為斯坦福大學學生的生活[11]。加州大學洛杉磯分校圖書館推出化學資源VR沉浸式平臺，讓用戶在圖書館能直觀地觀察到各種平常無法看到的化學元素，并且使用兼容的VR耳機與三維有機分子進行互動，了解它們與日常生活的相關性[12]，如圖3所示。美國高校館設置VR工作室以及VR創客空間，充分發揮了圖書館的空間職能，創新了圖書館用戶體驗，提升了圖書館的影響力。

圖3 加州大學洛杉磯分校圖書館的化學資源VR沉浸式平臺

2.3 虛擬閱讀與可視化檢索

虛擬閱讀是指利用虛擬仿真技術使平面的電子資源立體化，讓用戶在閱讀電子資源時能夠獲得與閱讀實體書一樣的體驗。可視化檢索服務一般運用在虛擬圖書館，運用虛擬仿真技術使各種資源能立體地展示在用戶面前，提高用戶獲取資源的效率。調查顯示，美國高校館提供虛擬閱讀服務的有40所，提供可視化文獻檢索服務的有13所，兩項都提供的有11所。

在虛擬閱讀與可視化檢索服務方面，哈佛大學具有代表性。哈佛大學圖書館提供虛擬瀏覽功能，在虛擬圖書館中可以找到“貨架視圖”這一選項，進入后可以按索書號、主題標題、圖書館空間進行3D模型的預覽，并且使用這個3D虛擬模型可瀏覽多個分館的文獻[13]。芝加哥大學利用AR技術將核心課程中的文本投射到公共領域，比如，老師和學生在核心課程閱讀的摘錄中選擇29條引文，然后在芝加哥大學的外墻上虛擬投影和展示這些文本，帶給學生不一樣的課程體驗[14]。賓夕法尼亞大學通過索書號對圖書館擁有的各類資源進行可視化檢索[15]。密歇根大學安娜堡分校的虛擬地球科學圖書館能同時實現虛擬瀏覽和可視化檢索[16]。目前提供虛擬閱讀與可視化文獻檢索服務的高校館都未超過半數，尤其是提供可視化文獻檢索服務的僅有13所大學，尚有較大發展空間。值得一提的是，提供此類服務的圖書館主要集中在排名前50位的大學中，并且排名越靠前的大學對虛擬閱讀與可視化文獻檢索服務越重視。

2.4 沉浸式學習與虛擬展覽/會議

VR/AR技術應用的不斷深入促進了高校智慧教育的發展，對圖書館來說提供沉浸式學習與虛擬展覽/會議服務是推進圖書館“智能+教育”模式的重要一步。沉浸式學習是指利用虛擬仿真設備讓用戶在學習的過程中能夠身臨其境地感覺到自身環境的變化，從而進入深度學習的狀態；虛擬展覽/會議是指利用虛擬仿真設備進行電子資源或實體資源的虛擬化展覽或者提供會議服務，讓用戶足不出戶就能看到逼真的實體資源或者享受到面對面的會議服務。調查顯示，美國高校館提供沉浸式學習服務的有45所，提供虛擬展覽/會議服務的有36所，兩項服務均提供的有18所。

美國高校館接近半數提供沉浸式學習的服務，反映了美國大學重視圖書館的輔助教學功能。比如，普林斯頓大學圖書館的分館斯托克斯圖書館提供在沉浸式虛擬現實中學習的機會：一方面提供虛擬歷史事件，以及在虛擬人群面前練習公開演講技巧、參與現實的互動環境等虛擬體驗；另一方面，圖書館通過虛擬仿真技術進行輔助教學、探索和學習新形式的數據可視化[17]。哥倫比亞大學利用交互式虛擬仿真設備來研究和教授歷史城市環境，利用實時視覺模擬技術，開創性地提出了涉及文化遺產地的體驗式解釋，創新教學法，讓用戶能夠探索不復存在的建筑環境[18]。加州大學圣地亞哥分校圖書館開展大屠殺歷史虛擬展覽，并向所有公眾開放，加深公眾對歷史的理解，同時保護了大屠殺受害者以及幸存者的記憶；該虛擬展覽強調雖然時間已經過去，但歷史在世界的時間轉盤上是不可磨滅的[19]。沉浸式學習與虛擬展覽/會議是圖書館應用VR/AR技術的重要場景，美國高校館在相關應用方面已經涉及歷史、軍事、物理、天體等諸多領域，已較為成熟。

2.5 虛擬可視化咨詢服務

參考咨詢服務是圖書館服務重要的組成部分，從人工時代的面對面咨詢，到互聯網時代的線上咨詢，逐漸發展到智能化時代的虛擬可視化咨詢，為虛擬可視化咨詢服務提供重要支撐的就是虛擬仿真技術。虛擬可視化咨詢服務主要利用虛擬仿真設備為用戶提供虛擬可視化的面對面交流服務，一方面做到了無接觸式服務，另一方面也能提高圖書館員解決問題的效率。調查顯示，美國高校館提供虛擬可視化咨詢服務的有31家，大部分圖書館尚未開展該項服務。

雖然被調查樣本中提供虛擬咨詢服務的高校館不太多，但有部分大學的服務頗具特色。例如，加州大學伯克利分校工程圖書館運用虛擬仿真技術提供醫療方面的虛擬咨詢服務，能讓現場人員以更直觀的方式與醫生交流[20]；華盛頓大學提供按主題或按專業搜索的搜索引擎，根據用戶的需要為其匹配具有學科專業知識的工作人員或者教授操作方法的專家，并且能實現一對一的可視化虛擬咨詢[21]；馬薩諸塞大學阿默斯特分校開啟虛擬媒體咨詢，通過云視頻會議軟件ZOOM實現學生、教職員工之間的虛擬咨詢[22]。美國高校館提供虛擬可視化咨詢的比例較低，其應用還不成熟，但值得一提的是，越來越多的圖書館正在積極地改變傳統的咨詢方式，逐漸發展虛擬可視化咨詢服務。

3 我國高校館虛擬仿真應用策略

3.1 優化宣傳效果，提高虛擬仿真利用率

美國高校館的虛擬仿真利用率較高，其主要通過虛擬仿真智能地圖服務進行宣傳和推廣。我國許多高校館已經通過提供虛擬仿真智能地圖服務來吸引用戶，如虛擬圖書館之旅、虛擬場景漫游。但虛擬仿真技術的活動內容比較單一，活動多樣化才是改善宣傳效果、提高讀者利用率的重要途徑。

一是圖書館可以從個人經歷體驗出發，利用虛擬仿真技術讓用戶真實感覺到環境的變化或事實的發生，克服對某些事情的緊張情緒，從而建立起自信的狀態。例如，對有社交恐懼癥的人，可以模擬一個虛擬的禮堂讓用戶面對公眾進行演講，從而克服其恐懼情緒。這種體驗一方面能讓參與者克服某些困難，緩解其情緒，另一方面又能增加圖書館影響力，從而提高圖書館虛擬仿真技術的利用率。

二是圖書館可以從社會事件體驗出發，利用虛擬仿真技術開展相關的活動。比如，在國慶節期間，可以舉辦“成為故事里的偉人”等主題活動，通過虛擬仿真技術模擬建黨前夕、建國前夕等重要歷史時間的各種場景，讓體驗者能夠真切體會到新中國成立的歷史艱辛。

3.2 關注空間建設，拓展高校館職能

73%美國高校館開辦VR工作室與VR創客空間，在虛擬仿真空間建設上較完善，覆蓋率較高，創新了高校館職能。傳統高校館的基本職能主要有4個方面，即文獻資源的保存職能、信息服務的信息職能、信息素質教育的教育職能以及為社會公眾提供服務的社會職能[23]。伴隨著智能時代的到來與高新技術發展，傳統的圖書館職能不能滿足于現狀，用戶更希望圖書館能提供一個利用新興技術來進行自由創作和體驗的空間。因此，可以通過建設虛擬仿真空間，來拓展高校館新的職能，即空間服務的提供職能。高校館開展虛擬仿真空間服務，應重點關注以下工作。

首先要做好空間的功能定位設計。根據對美國高校館虛擬仿真技術應用的調查發現，一般虛擬仿真工作室主要有兩種形式，一是小型的單人體驗空間，二是大型多人強交互式操作空間。與前者相比，后者不僅僅是增加了所占面積以及各種虛擬仿真設備，而是使空間的功能更充分、更多元。具體以什么形式進行呈現，要考慮到圖書館的用戶需求以及空間的服務目標和功能定位。例如，在圖書館推廣虛擬仿真技術以及體驗的過程中，可以用單人的小型虛擬仿真工作室，在進行跨學科的協作交流時，就需要用到強交互的大型實驗室。

其次要促進協同，大力開展跨學科服務。在“大科學”的時代，學科交叉融合是未來科學研究發展的一項重要領域，而虛擬仿真技術具有較高的學科綜合性和廣泛性，可以充分推動學科間的大討論和促進學科交叉合作。在創作和充分協同的環境中，需要用到多種跨學科知識來解決一些高階思維問題和系列復雜任務，圖書館可以邀請各種不同的技術人員加入相關項目小組，如高校虛擬現實技術研究人員、虛擬現實技術商業開發人員以及各個專業的教師。

3.3 推進資源建設，便利教學資源獲取

美國排名前100所高校館提供可視化檢索服務的相對較少，且分布不均。對我國高校館來說，應該吸取經驗，避免讓其成為我國高校館虛擬仿真應用的“短板”。

高校館館藏一般有兩種資源，一是傳統的紙質館藏資源，二是數據庫資源。傳統的紙質文獻不利于傳遞以及長時間的保存，如較為珍貴的原版圖書和因陳舊而被淘汰的圖書，甚至還包括一些古籍和特色文獻。這些不易保存和查看的圖書可以利用虛擬仿真技術構建出紙質資源的虛擬化模型，再將這些圖書進行立體的數字化加工，從而建設立體信息資源庫，形成虛擬館藏資源以供教師和學生進行檢索和閱讀。這種基于虛擬仿真技術的立體信息資源建設，不僅能讓用戶獲得與閱讀原版圖書一樣的體驗，而且能實現珍貴圖書、陳舊圖書、特色文獻以及普通圖書的共享，不僅能提高資源獲取效率，便于教師獲取教學資源、學生獲取學習資源，而且能有效激發讀者興趣。

圖書館的數據庫資源，如電子期刊、電子圖書資源、自建特色數據庫，本身就是以數字化的方式存在，但這些資源仍然是平面化的。因此，圖書館可以借助虛擬仿真技術使這些平面化的虛擬信息資源立體化，讓教師和學生能直觀看到自己所需要的信息資源。此外，高校館的用戶大多數為數字化時代的原住民，具有對檢索時間“零等待”的特征，圖書館可以利用虛擬仿真技術將圖書館購置的電子資源與自建特色數據庫進行整合，實現統一檢索和知識發現，使用戶仿佛置身于各種信息資源中，形成一種可視化虛擬檢索系統，方便師生檢索和利用。

3.4 融入虛擬仿真模式，提升教學體驗

美國高校館利用虛擬仿真技術提供教學支持以及虛擬會議或展覽的比例較大，其實踐方式也比較成熟，值得我國高校館借鑒。高校館有教育職能，在教學中融入虛擬仿真技術，可將教育、培訓與交流置于一種理想化的教學環境中，并根據服務的需要而變換場景，不僅能節省圖書館資源，還能達到沉浸式學習的效果。本文從以下兩個方面探討虛擬仿真模式融入教育培訓的路徑。

一是基于虛擬仿真的圖書館入館教育。目前幾乎所有的高校館都會進行新生入館教育，主要有線上線下兩種方式。傳統的入館教育缺乏交流體驗和互動，其效果并不理想。虛擬仿真技術可以讓圖書館在入館教育中融入交互性和體驗性。首先圖書館可以融入虛擬仿真模式，構建“場景漫游”功能，賦予用戶圖書館員的角色，自主地與NPC(非玩家角色)進行對話，了解圖書館的場地設施、館藏資源建設以及服務內容等，最終通過角色扮演的方式讓讀者在虛擬場景中輕松愉快地完成對圖書館的體驗和認知。

二是基于虛擬仿真的沉浸式學習體驗。在沉浸式學習體驗開始之前，圖書館要提供具有各種虛擬仿真設備的元宇宙能動性學習空間，在該空間內用戶不僅可進行沉浸式學習體驗，還能看到其他一起在線參與學習的同學，賦予學習者更多的自我控制能力，使學習者能夠自主學習、自主發現。在學生進行選修課的選擇時，可以在該空間中提前體驗該課程是否是自己想要學習的課程，讓學生正確選擇自己感興趣的學習內容。

3.5 利用虛擬仿真技術，優化參考咨詢服務

虛擬咨詢服務是圖書館服務中的重要一環，美國高校館幾乎都提供虛擬咨詢服務，但利用虛擬仿真技術，讓圖書館館員與用戶能夠虛擬面對面交流的仍然較少。我國高校館可以提高虛擬仿真技術利用率，優化可視化虛擬參考咨詢服務。高校館用戶的咨詢需求主要集中于兩個方面，一是尋找服務，二是檢索資源。尋找服務時，傳統的圖書館會在圖書館大廳或者官網上展示出服務信息，但這些信息往往并不足以解決用戶的服務需求。圖書館可以利用虛擬仿真技術先讓用戶選擇想要的服務，然后根據用戶需要的服務推送其他用戶可能會使用的衍生服務，當最終無法解決用戶需求時開通虛擬一對一咨詢入口，使用戶能進入到一個元宇宙仿真虛擬圖書館社區，在該虛擬的空間與在線圖書館員實時“面對面”交談。

難以檢索到想要的資源是大多數圖書館用戶遇到的普遍問題，當在實體圖書館中遇到檢索困難，用戶通常會詢問圖書館員或者去服務臺咨詢，但當處于數字圖書館中，現有的咨詢方式往往不能及時高效地解決用戶的檢索問題。因此，可以利用虛擬仿真技術為用戶提供遠程檢索協助服務，當用戶遇到檢索困難時，可以進入到虛擬遠程幫助中，讓圖書館員一對一指導用戶如何檢索，必要的時候可以啟用遠程控制功能，先幫助用戶快速檢索到相應資源，事后再進行反饋詢問，確保用戶下次能快速準確地找到自己需要的信息資源。另外，圖書館可以借助增強現實技術，通過大數據的分析將可能在圖書館遇到的問題以及感興趣的信息資源推送給用戶，變被動為主動，從而優化參考咨詢服務。

4 結語

本文對美國排名前100所高校館的VR/AR技術應用情況進行了調查，分別從虛擬仿真智能地圖服務、VR工作室與VR創客空間、虛擬閱讀與可視化檢索、沉浸式學習與虛擬展覽/會議以及虛擬可視化咨詢服務等5個方面總結了美國高校館虛擬仿真技術的實踐應用情況，提出我國高校館應該從提高圖書館虛擬仿真利用率、關注空間建設、推進信息資源建設、提升師生教學體驗以及優化參考咨詢服務等5個方面來促進虛擬仿真技術應用，為我國高校館改進用戶服務提供相關借鑒與啟發。

本文主要通過網絡調查開展研究，因條件限制無法到各個圖書館進行實地調查，且調查樣本難以覆蓋所有美國高校，調查結果難免有所遺漏。但相關研究值得圖書館界給予重視，如元宇宙賦能下的虛擬圖書館研究、中美圖書館虛擬仿真技術應用的對比、公共圖書館虛擬仿真技術的應用以及智慧圖書館建設中的虛擬仿真技術應用等，是未來可以進一步研究的課題。