虚拟现实技术在数字图书馆中的应用

解 娜 (燕山大学图书馆)

在高速发展的信息技术推动下，图书馆事业有了突飞猛进的发展，突出表现在图书馆建设的技术手段、读者需求和服务方式的变化等方面，越来越多的图书馆超越传统的书、报、刊等纸质范畴向数字化、虚拟化方向发展。虚拟图书馆作为一个全新的发展方向已成为图书馆数字化建设的一个重要方面。虚拟图书馆依托图书馆真实的建筑外观、内部场馆结构、图书（期刊）及数字图书馆平台“复制”到虚拟环境中，实现对实体图书馆的导引、延伸和补充，旨在通过场景化服务导航、OPAC 纸质书查询、数图学习系统、场景化在线咨询等板块提高读者对数字资源的认知度和使用率。虚拟现实技术在图书馆的成功应用，为图书馆进行创新服务提供了新途径。

1 虚拟现实技术

虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）是以计算机技术为核心生成一种高度逼真的模拟人在自然环境中视、听、动等行为的人机交互技术，用户借助必要的设备与虚拟世界中的物体进行交互，同时可以漫游、查询，甚至分析虚拟现实中的物体，可以产生身临其境的感受和体验。虚拟现实技术的突出特征为“3I”，即Immersion（沉浸）、Interactive（交互）、Imagination（想象）。沉浸性是指用户完全沉浸于计算机所营造的虚拟环境中，产生沉浸其中的强烈感觉。交互性是指用户是主动参与者，与虚拟环境自然交互，参与其中的各种活动。想象性是指通过虚拟现实技术，人的想象都可以变成虚拟现实，它强调的是虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间。

2 虚拟现实与数字图书馆结合

数字图书馆具有很多传统图书馆无法比拟的优势，而虚拟现实技术作为高新技术的交叉学科，将虚拟现实技术引入图书馆领域，可以极大地提高图书馆资源建设水平和读者服务工作质量，给人带来无以伦比的体验效果，吸引更多的读者。

2.1 核心技术

2.1.1 Isometric Game

为了真实复现图书馆场景，显示画面采用以等角投影显示的二维地图，把场景中的元素沿坐标轴旋转一定角度制作并绘制到屏幕上，让用户能够看到物体的多个侧面，从而产成2.5D 效果。这种手法在游戏界也成为“2.5D”或者“Isometric Game”。Isometric Game 中的isometric，指的正是机械制图中，以等轴测投影法在投影平面上绘制三维物体平面图的一种测绘方法。等轴测图是一种单面投影图，在一个投影面上能同时反映出物体三个坐标面的形状，并接近于人们的视觉习惯，形象、逼真，富有立体感。

2.1.2 自动寻径

用户通过鼠标点击场景控制角色人物行走时，系统能够选择最优化的线路，角色根据线路自动移动到目的地，并且在行走过程中能自动躲避障碍。这里采用A*寻路算法，A*（A-Star）算法是一种静态路网中求解最短路最有效的方法。

角色在自动行走过程中，场景地图会计算并滚动达到角色场景漫游的效果。这里使用了一种地图缓冲绘制的方法（卡马克卷轴算法），将地图栅栏切片，有效改善在地图绘制中的屏幕闪耀，提高地图显示质量，提高运行时的帧数。

当角色在场景中漫游时，为真实的表现出角色和周边物体之间的立体关系，系统使用深度排序算法来计算出角色和物体的视觉远近值，然后渲染出角色和物体之间的遮挡。从而达到真实视觉效果。

整个系统是由很多的场景组成，当用户控制的角色到达当前场景的边缘，并且触发进入下一个场景时。系统使用了场景切换效果，解决了用户在等待场景加载时的视觉空白时间，使系统的场景之间转换更连贯。

2.1.3 RIA

RIA（Rich Internet Applications，RIA）丰富互联网应用程序，是一种具有近似于传统桌面应用软件系统功能和特性的网络应用系统。传统网络程序开发的数据是页面与服务器端之间相互传递的，其表示层建立于适合文本的HTML 页面之上，因此传统基于页面的系统已不能满足用户更高的、全方位的体验要求，而RIA 的出现就是为了解决这个问题。RIA 利用一个轻量级的客户端脚本解释引擎，使用虚拟机的方式为用户提供内容密集、响应速度快、图形丰富以及允许异步处理的用户界面，其最大特点是数据能够被缓存在客户端，因此大部分处理任务移植到客户端，仅保留一些必要数据与服务器端进行信息交互，将桌面程序的表现力与浏览器的程序方便、快捷结合在一起。

2.1.4 Adobe Flex

在多层式开发模型中，Flex 应用属于表现层，用于构建具有表现力的Web 应用程序，利用Adobe Flash Player 和Adobe AIR 运行时跨浏览器、桌面和操作系统实现一致的部署。它的目标是让程序员更快更简单地开发RIA 应用。Flex使用基于XML 的MXML 语言，具有多种组件，可实现Web Services，远程对象，drag and drop，列排序，图表等功能；Flex内建动画效果和其它简单互动界面等。

2.2 虚拟图书馆

（1）展现图书馆建设成果。采用2.5D 虚拟场景复现，场景化书架，及场景漫游体验，直观、全面地展示场馆建设、基础设施、馆藏建设、数字化建设及服务体系建设成果。将图书馆的详细信息通过文本剧情方式或者通过照片展示方式展示在读者面前，使新读者能够快速了解和使用图书馆，老读者更加依赖并高效使用图书馆。图1 为图书馆场景复现包括的内容，图2 为图书馆场景复现。

1 图书馆场景复现内容

图2 图书馆场景复现

（2）实现场景化书架。与OPAC 系统或者RFID 系统实现深度挂接。与OPAC 系统挂接，实现在虚拟场景中对纸本图书书目的查询与借阅、归还功能，并且可以与RFID 系统挂接，实现与真实书架一致的虚拟场景排架，以及纸本图书的排架位置、复本信息等。实现图书检索时的快速场景定位功能，读者查询后自动生成场景索书导航路线，方便读者寻找图书，方便馆员更加直观高效地还架。如图3 为场景化书架实现的功能，图4 为虚拟场景排架。

图3 场景化书架实现的功能

图4 场景化书架图

（3）更好解决新生入馆培训。采用新手上路的形式，循序渐进的操作向导（如图5），手把手地引导读者完成对图书馆的基本认知和服务体验，使新生读者乐于图书馆的认知，乐于图书馆的体验，以情景式认知为学习形式，重点介绍图书馆服务、数字资源平台等，包括文字讲解、配音、动画及图文展示等，如图6。

图5 循序渐进的操作向导

图6 情景式认知

（4）场景化交互与自助式问题解答。场景化在线交互、在线咨询功能，集咨询、留言、信息协助、信息分享、打招呼、交朋友等一系列互动功能为一体，如图7。

图7 交互与自助式问题解答

3 结语

虚拟图书馆是信息技术发展到一定阶段的产物，利用虚拟现实技术为读者提供个性化、人性化的特色服务，全方位展现图书馆多年来的硬件建设成果及环境，通过丰富的情景认知，吸引更多读者到图书馆阅读。但目前应用虚拟技术主要集中在构造虚拟场景的应用，因此在解决如何构造实时交互具有沉浸感的虚拟现实环境方面存在很多问题，需要进一步改进。

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