VR技术在高校数字图书馆中的开发应用研究*

程罗德 樊雁 房文革 张巍

（大连海洋大学，辽宁 大连 116023）

1 引言

近年来，随着信息技术的发展图书馆信息化程度得到很大程度的提升，但是跟国外发达国家高校图书馆建设和应用水平相比还存在较大的差距[1]。随着AI、物联网、大数据、云计算等技术的兴起和应用[2]，VR技术研究不断深入，利用AR技术服务读者的高校数字图书馆越来越多，他们向读者提供交互可视化的信息体验服务，实现了新空间的再现，增强了阅读便利，他们给读者带来了高端的沉浸体验。如何更好地发挥VR技术在高校数字图书馆建设、服务中的作用，丰富数字资源，创新服务模式，使VR 技术和数字图书馆优势互补，是目前高校图书馆在数字化建设进程中所关注的热点。

2 VR技术与高校图书馆

VR是一种高端的人机接口，它通过人机之间的交互，综合运用计算机图形图像学、多媒体技术、传感技术等对人体多感官功能进行模拟，构建虚拟场景，让体验者沉浸在计算机处理构建的虚拟环境中，并通过肢体、自然语言等实现实时交互，同时利用可穿戴设备、数字手套等传感器和显示设备来增强交互感、真实感，让体验者处于一个多维度的信息空间[3]。VR 构造的虚拟环境分为两种：一种是真实世界的重构再现，如再现秦陵兵马俑、敦煌莫高窟、北京故宫等。再如，再现齐白石的蝉、梵高的日出印象、清明上河图等，其目的在于利用一种载体把经典景象呈现给现场观赏者，使其与原创者情感上的产生共鸣。另一种是完全虚拟的环境，如虚拟展览馆、虚拟图书、虚拟在线空间等，运用VR 技术可以使体验者获得现实世界中的感受。

在互联网+AI 时代，高校图书馆在数字化建设方面取得了很大的成就，但是还不够直观，不够形象，与读者存在空间距离感，读者对数字图书馆缺少亲切感。当前大多数高校图书馆仍以纸质文献和电子资源为主要建设和利用模式，纸质以三维空间维度形式存在，资源丰富可视化，但是不适应网络对信息的传输标准，数字资源文献以平面或者二维度形式存在，但没有立体空间感。在图书馆功能服务方面，读者无法交互操作，更无法实现可视化和体验感。如果充分利用VR技术独特的技术特点和优势，使其广泛应用于高校图书馆数字化建设，可以方便解决数字图书馆可视化低、交互性差、无沉浸感等诸多方面的问题。

国际上，VR 技术多被应用于高校图书馆创新虚拟空间、场景漫游、数字资源聚合、信息检索、咨询服务、教育与培训等领域。目前，我国高校图书馆已经开始积极探索和实践VR技术的应用[4]。

3 VR技术在高校数字图书馆场景应用的问题

由于受数字图书馆的建设和发展等多方面的因素制约，加之VR 技术研究及开发应用的局限性等弊端，目前VR 技术与高校数字图书馆的深度融合仍有一定的难度。

首先，短时间内突然改变读者的阅读习惯，从纸质文献到数字阅读给读者带来的不适应感，对传统图书馆概念和功能利用的依赖性等会降低读者的阅读体验。若要使VR 技术创新操作和交互模式，从传统图书馆利用和服务模式成功过渡到数字化图书馆，很大程度上还要取决于用户的阅读习惯及对新技术的接受程度。

其次，由于出版物格式难以统一，构建一个资源开放、合作共享的数字资源平台环境，还需要VR技术在应用过程中遵循一定的开发和管理标准，利用核心建模技术来开发适合高校数字图书馆特性的模型。

再次，目前针对高校图书馆开发场景还不多，VR 技术与数字图书馆结合的深度还处于初级阶段。受VR硬件设备投资成本制约，目前VR技术在高校图书馆的应用和普及率不高，但从另一角度说明了VR技术在未来高校数字图书馆应用前景非常广阔。

4 VRS系统设计与全景制作

VRS是利用计算机和传感设备来进行创建，实现人机交互的虚拟环境。除了需要人的参与之外，还需要VR 引擎支撑，包括VRS 软件、三维模型库、显示设备和交互传感设备等协同完成虚拟场景的构建和应用。为更好地实现人机自然交互，需要设计特殊的I/O设备，如头盔、眼镜、关节采集器等，再利用VRS管理平台控制，根据参与者的动作、表情、指令等操作来提供各种信息反馈。VRS设计如图1所示。

图1 VRS系统设计

参与主体通过模块与虚拟环境感知交互，反馈模块提供实时的信息输出，传感器模块接受指令并作用于虚拟场景并将结果反馈给操作者，控制模块对传感器及伺服电机进行动作控制，使参与主体、虚拟环境和现实世界实时交互。

在系统开发过程中，开发和设计场景的VR 软件常见的工具有VRML、JAVA3D、OpenGL、X3D等。

利用VRML来进行建模，完成全景制作，创建三维立体空间，参与者可拖动鼠标、头盔、眼镜等，实现人机交互。

全景制作核心控制程序示例如下：

5 VR技术在创新空间虚拟场景的开发

3D模型库可以对现实场景进行三维模型重构和表达，得到与现实相同的三维数据、参数等，并建立与其相对应的三维模型[5]。VR 技术创建图书馆空间虚拟环境，数据头盔方便读者以不同角度观察空间构造，数据手套可随时操纵改变虚拟场景中物体的位置，通过计算机操作界面直接进入图书馆虚拟三维空间，进行空间场景漫游，实现人机实时互动。完成图书馆空间场景重构后，读者开始漫游场景，从虚拟空间场景全貌开始，通过各个节点的设置或操作进入到具体的空间细节，同时相应区域和位置的信息也会得到展示和表达。

漫游虚拟图书馆空间平台，动态了解馆舍布局、设备配置、资源分布等图书馆物理功能结构，让入馆读者尤其是首次入馆读者可以更加方便、直观、快速地了解熟悉图书馆的空间布局、功能结构和馆藏分布等。漫游体验路线可由管理员预先设定，也可由读者自主操作，从而带来最佳的空间漫游体验效果。高校图书馆虚拟空间场景设计如图2所示。

图2 高校图书馆虚拟空间场景设计

6 VR技术在高校数字图书馆中的创新应用

VR 技术应用于高校数字图书馆建设，将实现信息的可视化及交互个性化服务应用。信息可视化在高校数字图书馆建设中是一种创新实践，它运用可视化技术对现实场景进行建模、重构，运用三维构造使其图形化，将信息参数、资源需求、功能模型等各种要素进行图形图像转换，模拟出实际工艺设计和生产流程，以三维可视化重现场景。以大连海洋大学为例，其开发的海洋食品科学工程藻类精深加工与综合利用虚拟现实场景，对工业化生产工艺流程、主要操作单元、现代工程技术、关键技术参数、核心设备、工厂车间布局等进行了模型构建，再现了消化罐、搅拌器、反应皿、传感器等设备及生产流程和动态变化过程，包括前浸提、呈现消化、过滤、钙化、脱钙、脱水、干燥、回收，实现了虚拟漫游、工艺、流程、操作及设备结构的功能场景仿真。藻类精深加工与综合利用VR场景系统开发架构如图3所示，应用如图4所示。

图3 藻类精深加工与综合利用VR场景系统开发架构

图4 藻类精深加工与综合利用VR场景

利用VR 技术在仿真模拟过程中的创新应用，能够丰富知识获取的手段和途径，将复杂信息内容虚拟仿真，得到的学习结果更加直观、生动、形象，参与者如同在实验室或者生产工厂现实环境中一样，可以获取知识，并掌握实验技能。

7 结语

将VR 技术应用于高校数字图书馆建设和发展，能够丰富读者的场景体验，实现资源重构再现、信息可视化、交互及各种创新服务等，这必将改变高校图书馆服务范式、内容和理念。充分利用VR技术优势，实现信息过程和结果的三维再现，使读者获得体验式信息服务的同时，为知识信息发现和获取的可视、交互、沉浸等提供支持，推动数字图书馆创新管理和服务，实现了图书馆的可持续发展。