增强现实技术在数字图书馆服务创新中的应用*

付　佳　闫　实　王国军

（1.牡丹江医学院图书馆；2.牡丹江医学院现代教育技术中心，黑龙江　牡丹江　157011）



增强现实技术在数字图书馆服务创新中的应用*

付佳1闫实2王国军1

（1.牡丹江医学院图书馆；2.牡丹江医学院现代教育技术中心，黑龙江牡丹江157011）

［摘要］简要介绍增强现实技术，分析数字图书馆应用增强现实技术的必要性，指出增强现实技术在数字图书馆的应用形式、工作流程以及图像识别机制，探究基于增强现实技术的数字图书馆创新服务模式。

［关键词］增强现实技术数字图书馆服务创新

信息技术的发展拓展了信息获取渠道，用户对数字图书馆的需求也日益多样化。目前数字图书馆基于互联网的二维空间服务模式已经无法充分吸引读者，面对当前用户的大量流失，数字图书馆急需通过先进技术拓展服务渠道，为其稳定发展注入新的活力。当前智能化以及物联网技术的发展，为AR增强现实技术的应用创造了条件，也为图书馆利用新技术革新服务理念与方式提供了契机。AR增强现实技术作为一门与多学科融合的综合技术，能够帮助数字图书馆构建虚拟场景，让用户在与虚拟世界物体交互中产生身临其境的感受，增强图书馆服务的形象性与趣味性，也为数字图书馆提供了个性化的服务模式。

1　增强现实（AR）技术简介

1.1增强现实（AR）技术的概念

所谓增强现实，就是将虚拟与现实相结合，将虚拟的事物融入现实世界中，让人们产生身临其境的感受，但不完全替代现实。AR增强现实技术能够通过计算机系统创造接近现实环境的情境，保障现实与移动终端虚拟物体的融合，进而强化用户对现实世界的感知。AR增强现实技术的重点内容，就是通过计算机生成3D虚拟模型，并将其与现实场景结合起来。该技术的产生就是为了将计算机虚拟环境与现实世界合并起来［1］。Azuma在1997年就论述了虚拟现实与增强现实之间的关系，指出增强现实技术的本质就是“虚实结合”，并且预测了虚拟、现实两者变化的大体趋势。Milgram提出虚拟与现实是一个封闭的集合，并且划分出现实环境与虚拟环境的跨度，两者之间的区域称作增强现实或混合现实，而接近虚拟世界的区域称作增强虚拟。

1.2增强现实（AR）技术的特征

AR增强现实技术属于虚拟现实技术的一种特殊类型，在构建虚拟世界的同时，更加侧重于将真实场景与虚拟信息融合在一起，并且交互性更强。增强叠加中的电子信息与现实场景中的实体影像，可以说是AR增强现实技术中最为重要的数据［2］。我们可以利用摄影设备捕捉实体影像，而电子信息则可以通过搜索电子信息数据库，或者通过图像识别、立体定位技术等获取。AR增强现实技术实现了现实影像与虚拟信息的叠加，还可以引导用户增强对真实场景的理解。AR增强现实技术集成了多项先进技术，一方面它可以通过人文智能将用户的身心与设备结合起来，让用户感受到自身的所见所闻，并且增强与他人的沟通交流。另一方面，通过三维注册技术在空间定位上投射图像，且保持与用户动作的一致性，让用户在感受虚拟世界图像的同时，获得超出现实景象的体验。AR增强现实技术与智能移动终端的结合，就是移动AR应用，可以让用户随时获得与现实场景相关度高的虚拟信息，进而增强主观体验。

1.3增强现实（AR）技术体系中的关键技术

AR增强现实技术体系所带来的感官体验与传统虚拟技术存在差别，它具有实时交互性，并且引入了三维注册、虚实融合等关键技术。其中借助实时跟踪摄影设备拍摄目标物体，对真实场景中虚拟物体的注册位置进行计算，这就是三维注册。它是AR增强现实体系中最为关键的技术，能够保障现实物体在三维空间的位置匹配，让人感觉到所见的物体是真实存在的。而要想获得精确的三维空间位置数据，首先需要利用跟踪设备及时捕捉现实场景中的空间数据，然后计算跟踪设备当前的位态。在跟踪与计算注册位置的基础上，还需要对现实场景与虚拟物体进行精确定位，综合考虑阴影、遮光等问题，并借助真实感渲染法构建虚拟场景，这就是虚实融合技术。虚实融合能够增强用户的情感体验，让用户沉浸于虚拟情境中，进而全面了解目标物体的信息［3］。

2　增强现实（AR）技术应用于数字图书馆的必要性

AR增强现实技术能够利用计算机系统增强感官体验，让用户通过移动智能终端实现与虚拟世界的交互，并扩展思维与想象空间。当前AR增强现实技术得到了广泛应用，三网融合的发展也为数字图书馆引入AR技术奠定了基础，并且有助于数字图书馆实现创新升级。

2.1三维融合为AR技术的应用创造了条件

2010年我国政府工作报告中首次提出建设“三网融合”的内容，并将北京、上海、武汉等12个城市作为试点，力求通过三网融合促进产业升级组合，推动战略性新兴产业的发展。三网融合的主要目标就是实现信息资源共享，提高通信稳定性与传输速度，为用户带来综合多媒体的高品质服务。三网融合的深入开展改变了人们的通信习惯，也为数字图书馆引入新技术奠定了网络基础［4］。三网融合为数字图书馆的信息传输提供了支撑，也为构建基于AR增强现实技术的虚拟空间提供了便利。三网融合的高带宽、低成本特性，不仅提高了虚拟环境中信息传输的速率，也保障了虚拟物体与现实物体的相似度，增强了用户的体验感，可以帮助数字图书馆吸引更多的用户。

2.2数字图书馆资源建设的需要

数字图书馆作为传播文化资源的服务中心，不仅需要具备文献收藏、保护等功能，还需要为读者提供全方位、深层次的数字化服务。数字图书馆的功能并非一成不变的，而是需要根据社会发展的需要逐渐丰富与完善［5］。引入新技术是数字图书馆适应社会发展趋势的动力，也有利于图书馆审视自身定位，并且推出更为优质高效的服务。AR增强现实技术能够营造接近真实环境的虚拟空间，让用户通过交互工具沉浸其中，并且在与虚拟物体交互中获得感官体验。AR增强现实技术的应用，有助于数字图书馆重构信息资源，并以人性化、直观的服务方式吸引更多用户。当前数字图书馆要想承担起公共文化服务职能，就需要及时引入AR增强现实等新技术，以全新的技术支撑提高资源建设质量，进而真正发挥自身优势。

2.3有助于数字图书馆创新服务

数字图书馆本身融合了数据处理、网络通信等高新技术，是互联网环境下大型文献信息网络中心。数字图书馆在处理信息资源方面，要求构建多维度综合信息空间，让用户能够更好地感知、认识与应用馆藏资源。AR增强现实技术超越了传统的人机交互与即时操作技术，能够提供可视化的三维交互环境，给用户带来身临其境的感受，有助于图书馆创新服务模式。该技术改变了用户应用计算机的单调模式，与数字图书馆的结合也将为移动阅读带来全新的体验。数字图书馆可以利用该技术进行信息资源建模，将二维纸质文献资源变为三维形态，并搭配移动传感设备，让用户坐在家中就可以随时获取三维信息资源，并且可以通过移动智能终端翻阅文献、图书等。同时AR增强现实技术能够迅速处理复杂数据并形成可视化界面，为数字图书馆开展参考咨询提供了便利，其交互式操作方式更易被用户接受，也更加生动形象，将吸引更多的读者使用数字图书馆。

3　增强现实（AR）技术在数字图书馆的工作流程与图像识别机制

AR增强现实技术在数字图书馆的应用，能够为读者营造轻松、舒适的知识获取空间，让读者在多样化的服务中增强深入挖掘信息资源的欲望。目前数字图书馆主要将AR增强现实技术应用于构建虚拟空间、教育培训等方面，具有独特的工作流程与作用机制。

3.1增强现实（AR）技术的应用形式

数字图书馆可以引入AR增强现实技术体系构建虚拟场景，实现与读者之间的深层交流与交互。AR增强现实技术的应用一方面能够重现实体情景，让读者进入情境中迅速了解图书馆的布局、馆藏状况等，进而增强对数字图书馆的认知。这种方式不仅让读者有亲临数字图书馆的感受，也发挥着宣传推广作用。另一方面就是构建结构简单统一的场景，以方便用户浏览与应用信息资源［6］。同时数字图书馆可以应用AR增强现实技术开展参考咨询服务，构建可视化的虚拟互动咨询平台，让图书馆员与读者进入虚拟场景中，便可以实现与现实相同的交流方式。这种参考咨询方式更为灵活，网页交流的方式更加人性化，也方便用户提出自己感兴趣的问题，增进用户与馆员之间的互动交流。此外，AR增强现实技术可以用于图书馆教育培训中，通过构建虚拟教学培训情境的方式开展教育、讨论活动，让来自不同地域的人能够面对面交流。这种方式更加吸引用户，能够创造现实中无法实现的学习教学空间，有效节省了图书馆的成本，也扩大了数字图书馆的教育培训范围。

3.2增强现实（AR）技术体系的工作流程

数字图书馆AR增强现实技术体系综合了虚拟场景采集、跟踪注册以及虚实融合等功能，需要结合计算机、摄像机等设备，并引入ES、C语言等工具，其中输出设备与注册系统对于虚实结合效果有重要影响。其操作流程为首先通过摄录或视频设备从周围场景中获取图像信息，然后运用跟踪注册系统对虚拟对象进行跟踪，并将现实场景绘制成虚拟图形，最后根据精准的算法计算注册位置，进而将现实场景转化为虚拟图像。AR体系在获取图像信息后需要立即进行处理，如对图像进行投影、渲染与动态展示等，并采用格式转换、光栅化等方法形成指令。然后构建一个类似现实空间的模型，并借助计算机系统截取图像资料生成虚拟对象，后将其放入已经构建完成的空间模型中，通过叠加的方式保障虚拟与现实的无缝对接，如图1所示。这样用户就可以通过移动终端，轻松进入数字图书馆与虚拟场景进行交互。

图1　数字图书馆AR增强现实技术体系的工作流程

3.3增强现实（AR）技术的图像识别机制

摄像或视频设备捕捉到图像信息后，需要这些信息进行二值化处理，通过图像压缩、颜色变换等方式，保障这些图像信息更容易被识别，尽量凸显需要识别图像的外部轮廓。AR增强现实技术体系会对经过二值化的图像数据进行分割，然后标记图像分割线，方便后期查询与处理。在获取分割线标识信息后，就可以开展轮廓跟踪、估计，并采用像素点连通的方法进行面积计算［7］。由于系统获取图像数据存在不确定性，所得图像也呈不规则的形态，这就需要利用解码技术进行图形规范化处理，然后选择合适的匹配模板，最终识别出符合标准的虚拟物体。数字图书馆是与智能移动终端相连接的，如手机在识别某个物体后，可以借助自带摄像头拍摄实景物体，然后计算标志物的位置坐标，并构建一个AR增强现实技术体系，实现对识别物体的跟踪监测，最后将其录入虚拟数据库中。

4　基于增强现实（AR）技术的数字图书馆服务创新

AR增强现实技术在数字图书馆具有巨大的应用优势，能够优化用户的知识获取流程与情感体验，从跟踪导航、可视化信息检索等方面实现服务创新，增强数字图书馆学科知识之间的关联，进而促进数字图书馆的可持续发展。

4.1构建移动学习系统

AR增强现实技术作为一项独特的虚拟现实技术，能够完整展现复杂的学习内容，它在数字图书馆的应用不仅能够深化用户对学习环境的体验与认知，也可以通过交互增强用户的学习能力。在分析AR增强现实技术的工作流程与作用机制的基础上，可以构建基于AR增强现实技术的移动学习

图2　数字图书馆基于AR增强现实技术的移动学习系统

系统（见图2），设置技术、功能与需求分析3个功能模块，以激发用户的移动阅读兴趣，提升用户的学习、实践能力。首先数字图书馆需要结合用户需求分析AR增强现实技术的可行性，明确哪些学习活动能够应用该技术构建学习情境，以避免资源浪费。在掌握用户学习需求后，根据AR增强现实技术优势开展交互设计，如图像与多媒体之间的交互设置等［8］。然后引入必备技术开发应用程序，分为基础服务、开发服务、应用与用户层4个部分，每个层次设置不同的功能模块与程序接口。其中基础服务层为馆员操作平台，能够提供位置导航、信息检索等服务。而开发服务层设置有相应的移动应用设备，如增强现实开发包等。应用层为用户开展移动学习的平台，设置有不同的选择使用模块，用户可以根据学习需求利用移动终端选择不同的学习模式，有效提升自己的学习与实践能力。

4.2提供跟踪导航服务

现代图书馆的功能更为多样，结构也越来越复杂，极大增加了用户利用馆藏资源的难度。我国目前新建的图书馆规模越来越大，超过1000平方米的图书馆已经不再鲜见，并且多设计为开间模式，功能区相对分散。对于初次进入数字图书馆的用户，由于不熟悉图书馆的功能设置情况，很容易迷失方向，这就需要有高效的导航系统。随着各种导航服务与电子地图的应用，部分图书馆开发了电子导航地图，而将位置跟踪导航与AR增强现实技术相结合，无疑能够让导航服务更加生动有趣。数字图书馆可以利用指纹识别、射频识别等技术实现室内跟踪导航，而室外则可以借助电子指示仪、移动网络等确定位置信息，然后利用AR增强现实技术进行地理场景叠加，进而达到还原场景的目的。数字图书馆也可以借助二维码识别系统，对虚拟场景中的物体进行定位与标识，用户则可以借助移动终端扫描二维码，进而获得相关的地理位置信息。而若用户需要查找数字图书馆的具体文献资源，AR增强现实技术体系也可以根据用户的位置信息，及时将具体的路线推送至用户的移动终端，并将现实服务资源与虚拟馆内的物体链接起来，以帮助他们迅速获取所需的资料。例如，用户进入数字图书馆阅览室，系统就会迅速推送与现存资源、存包柜使用率等相关的信息，而进入书库后系统则会及时推送借阅规则等信息。

4.3可视化信息检索

传统的信息检索方式就是对图片或文字进行注释说明，用户可根据相关提示进行信息检索，这种方式操作简单，但是交互性较弱。数字图书馆可以利用AR增强现实技术构建三维模型，将信息资源进行投影与三维重建，为用户提供可视化信息检索服务。AR增强现实技术的应用，能够让用户在信息检索的过程中获得专业指导，了解检索的内容是否具有价值，并且进一步发现学科知识的内在规律。例如，数字图书馆可以利用AR增强现实技术构建阅览室的三维空间模型，根据图书分类法设计馆藏资源定位系统。用户通过移动终端就可以实现可视化信息检索，不仅能够带来直观的检索体验，也能引导他们尽快适应图书馆的环境。此外，数字图书馆也可根据每本图书的具体位置，设计与书目索引链接的图书精确定位系统，让用户了解每本图书的具体位置，进而提升图书馆的资源利用率。

5　结语

在三网融合逐步推进以及互联网产业蓬勃发展的背景下，AR增强现实技术以其高效交互、虚实融合的特点，获得了多个行业的青睐。AR增强现实技术可行性强，能够再现数字图书馆的服务场景，强化用户的感官体验，提升数字图书馆的服务效率。AR增强现实技术融合了图像捕捉、三维定位等功能，为数字图书馆服务提供了全新的沟通媒介，也是数字图书馆实现服务创新的重要突破口。当前数字图书馆应该结合自身需求与资源优势，充分借鉴AR增强现实技术的成功应用经验，利用AR增强现实技术开展跟踪导航、可视化检索等服务，进而为用户带来全新的体验。

参考文献：

［1］王璞.移动增强现实技术在图书馆中的应用研究［J］.图书与情报，2014（1）:96-100.

［2］许卫华.从虚拟现实技术到增强现实技术［J］.中国有线电视，2013（7）:854-857.

［3］付跃安.移动增强现实（AR）技术在图书馆中应用前景分析［J］.中国图书馆学报，2013（3）:34-39.

［4］李震，李艳诚.图书馆应用移动增强现实技术（AR）探究［J］.图书馆学研究，2014（21）:17-21.

［5］王斌英.增强现实技术在图书馆移动信息服务中的应用研究［J］.情报探索，2015（6）:78-81.

［6］江文慧.浅析移动增强现实技术在图书馆中的应用前景［J］.内蒙古科技与经济，2015（5）:140-141.

［7］赵继海.若干前沿信息技术的发展及其对图书馆的影响［J］.图书馆工作与研究，2015（1）:2-6.

［8］张屹，朱莎，杨宗凯.从技术视角看高等教育信息化——历年地平线报告内容分析［J］.现代教育技术，2012（4）: 16-20.

付佳女，1981年生。硕士研究生，馆员。研究方向：数字图书馆。

［分类号］G252

*本文系黑龙江省高校图工委科研项目：“互联网+”教育环境下数字图书馆建设研究（项目编号：2015-A-164）成果。

收稿日期：（2016-01-06；责编：姚雪梅。）