美国大学图书馆的虚拟仿真应用实践——对美国TOP100大学图书馆VR/AR应用的调查*

郭亚军，李 帅，丁 菲，郭 锐

0 引言

伴随着高新技术的日新月异，以交互式、沉浸式以及多维感触为代表的图书馆服务方式实现创新性发展，而虚拟仿真的应用为此类服务提供了战略性的技术支持，并在全球范围内推动了图书馆服务方式的变革。我国“十四五”规划纲要将虚拟仿真相关技术列入数字经济重点产业，宏观环境的支持开启了虚拟仿真市场的全面爆发，为图书馆虚拟仿真技术的普及应用奠定了社会基础。在“数智赋能”与“元宇宙”的时代背景下，虚拟仿真技术已在诸多领域得到广泛运用，使图书馆对虚拟仿真技术的应用有了新的技术支持和实践基础。图书馆如何更好地利用虚拟仿真技术，丰富数字资源，提升服务质量，仍然是亟待解决的问题。随着图书馆建设不断深入，虚拟仿真技术越来越受到业界关注，在图书馆空间导航、虚拟信息资源建设等众多领域具有广泛发展前景，并为元宇宙赋能下的虚拟图书馆建设提供技术支撑。

虚拟仿真技术是指以一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术，在目前科技水平下的实现方式主要包括虚拟现实(Virtual Reality，VR)、增强现实(Augmented Reality，AR)、融合现实(Mixed Reality，MR)、扩 展 现 实(Extended Reality，XR)、计算机模拟、三维建模、数字孪生以及全息投影等。目前，计算机模拟、三维建模主要用于教育领域，全息投影主要用于商业表演领域，近年新兴的数字孪生以及扩展现实等深度沉浸式技术主要用于医疗卫生、航空航天等高技术产业，而VR与AR是图书馆领域应用最普及的，也是最容易让用户所接受和理解的虚拟仿真技术。VR是利用计算机生成逼真的三维视、听、触等多重感觉，让参与者通过适当的装备与虚拟世界进行体验与交互[1]；AR是VR的延伸和发展，将虚拟信息叠加到现场视频中，实现虚拟信息对现实的强化，从而创造出更真实的体验[2]。

早在1991年Surprenant就提出在图书馆设计出一种人造环境，让体验者与人造环境进行互动，从而与虚拟场景融入一体的想法[3]。在此后几年的相关文献中，图书馆虚拟仿真技术的研究处于“理论探讨阶段”。1996年后，图书馆界开始探讨如何将虚拟仿真技术运用到图书馆工作中。比如，Chen提出用虚拟仿真技术增强数字图书馆的用户页面[4]，从而进入图书馆运用虚拟仿真技术的“实践初探阶段”。2006-2010年，图书馆虚拟仿真技术的研究爆炸式增长，不断产生新理论与新观点[5]，开始有部分图书馆应用虚拟仿真技术的案例进入大众视野，该阶段属于图书馆应用虚拟仿真技术的“扩大应用阶段”。2011年至今，随着虚拟仿真设备的逐渐普及，图书馆对虚拟仿真技术的运用不断趋于成熟，带来了大量虚拟现实产品在图书馆中的运用[6]，进入图书馆应用虚拟仿真技术的“普及应用阶段”。

美国大学图书馆(以下简称“高校馆”)2003年开始在大型多人在线三维网络虚拟世界“第二人生”(Second Life)中成立部分虚拟图书馆，在虚拟仿真应用探索的初期就能提供诸多服务，近20年不断拓展虚拟仿真技术在图书馆领域的应用，积累了宝贵经验，值得借鉴和学习。因此，本文对美国排名前100所高校馆VR/AR的应用进行深入调查，旨在了解美国高校馆虚拟仿真技术的最新实践和典型案例，为我国图书馆虚拟仿真技术的应用提供借鉴。

1 调查概况

本文选择世界权威排名机构之一《美国新闻与世界报道》(U.S.News&World Report)最新发布的2022年美国排名前100所高校馆作为调查对象[7]，它们能较好地反映美国高校馆虚拟仿真技术的应用情况。

本研究采用网站访查、内容分析等方法搜集数据，调查时间为2021年9月5-28日，具体步骤如下：根据上文对虚拟仿真技术的应用分析，发现VR与AR技术在图书馆领域应用较为广泛并具有代表性，因此集中调查VR和AR在美国高校馆的应用现状。首先，研究者逐一访查美国排名前100所高校馆的网站，在其站内搜索框search the site中分别输入VR、AR、Virtual Reality、Augmented Reality等关键词进行搜索，并通过谷歌、百度等搜索引擎采用“关键词+site：高校馆网址”检索式进行检索，查看相关搜索结果，对各高校馆的虚拟仿真应用情况进行记录。其次，对没有发现任何结果的图书馆网站，查找该馆与虚拟仿真技术有关的新闻，从而了解其虚拟仿真技术的应用情况。最后，对调查数据进行核查和统计分析。

2 美国大学图书馆虚拟仿真技术应用实践

通过对美国排名前100所高校馆的网站调查发现，86%应用VR/AR技术，14%并未在其网站提及VR/AR技术的应用。这些馆的VR/AR应用领域体现在地图、空间、资源、体验、互动、医学、游戏、无障碍服务等方面，相对集中的服务领域为地图、空间、资源、体验以及互动，因此本文主要从这5个方面进行分析。具体而言，提供虚拟仿真智能地图服务、VR工作室与VR创客空间、虚拟阅读与可视化检索、沉浸式学习与虚拟展览/会议、虚拟可视化咨询服务以及其他服务的高校馆占比情况见图1。

图1 美国排名前100所大学图书馆虚拟仿真技术应用情况

2.1 虚拟仿真智能地图服务

早在虚拟仿真技术发展初期，VR/AR技术就被广泛应用于谷歌街景地图。当前越来越多的图书馆提供虚拟仿真智能地图服务，并衍生出可视化地理信息系统以及VR导引服务等特色服务。可视化地理信息系统是在传统的地理信息系统上融入虚拟仿真技术，使地理环境变为三维立体的地理信息系统，而VR导引服务就是在可视化地理信息系统的基础上使用VR技术进行虚拟的引导服务。美国排名前100所高校馆中提供可视化地理信息系统服务的有45所，提供VR导引服务的有19所，二者均提供的有16所。

美国高校馆主要以开展活动的方式提供虚拟仿真智能地图服务，让用户体验虚拟图书馆之旅或者虚拟校园之旅。例如，克莱蒙森大学图书馆提供地理信息系统服务，可以虚拟参观学校的每个地方，并以全3D形式展现[8]；布兰迪斯大学图书馆利用VR和AR等虚拟仿真设备，让学生可以被带到学校任何地方，以虚拟方式体验他们可能无法到达的校内实验室等[9]，如图2所示。疫情期间，还有一些高校在无法线下开学的情况下，利用虚拟仿真技术开展虚拟开学典礼和虚拟迎新等活动。虚拟仿真智能地图服务其实已经是虚拟仿真技术应用的“家常便饭”，很多馆都以此项服务为特色来开展宣传推广，具有不错的效果。美国高校馆在可视化地理信息系统方面的应用比较完善，但可视化导引服务尚未普及。

图2 布兰迪斯大学图书馆提供的虚拟仿真之旅

2.2 VR工作室与VR创客空间

VR工作室是指图书馆提供配备VR设备的空间，专门用于体验VR，是用来研究VR在各种领域的应用空间；而VR创客空间的内涵更加丰富，在该空间内不仅可以体验VR技术，还可以利用VR设备进行创新和制作。在被调查的100所美国高校馆中，设置了VR工作室的有64所，设置VR创客空间的有23所，两项服务都提供的有14所。

大多数美国高校馆设置有VR工作室或VR创客空间，体现了对虚拟仿真场景建设的重视。例如，普林斯顿大学图书馆在2021年2月开启集“制作、创新”于一身的PUL创客空间，并在该空间内配备虚拟仿真设备供用户学习和探索，该空间包含“建造和探索”“打印和创建”等物理工作区域，并在这几个区域内都配备有头戴式和手持式虚拟仿真设备、3D打印机以及协作工作台等[10]。斯坦福大学设置VR工作站，配备有VR设备、3D打印机等传统设备，可以通过各种虚拟仿真技术让用户体验成为斯坦福大学学生的生活[11]。加州大学洛杉矶分校图书馆推出化学资源VR沉浸式平台，让用户在图书馆能直观地观察到各种平常无法看到的化学元素，并且使用兼容的VR耳机与三维有机分子进行互动，了解它们与日常生活的相关性[12]，如图3所示。美国高校馆设置VR工作室以及VR创客空间，充分发挥了图书馆的空间职能，创新了图书馆用户体验，提升了图书馆的影响力。

图3 加州大学洛杉矶分校图书馆的化学资源VR沉浸式平台

2.3 虚拟阅读与可视化检索

虚拟阅读是指利用虚拟仿真技术使平面的电子资源立体化，让用户在阅读电子资源时能够获得与阅读实体书一样的体验。可视化检索服务一般运用在虚拟图书馆，运用虚拟仿真技术使各种资源能立体地展示在用户面前，提高用户获取资源的效率。调查显示，美国高校馆提供虚拟阅读服务的有40所，提供可视化文献检索服务的有13所，两项都提供的有11所。

在虚拟阅读与可视化检索服务方面，哈佛大学具有代表性。哈佛大学图书馆提供虚拟浏览功能，在虚拟图书馆中可以找到“货架视图”这一选项，进入后可以按索书号、主题标题、图书馆空间进行3D模型的预览，并且使用这个3D虚拟模型可浏览多个分馆的文献[13]。芝加哥大学利用AR技术将核心课程中的文本投射到公共领域，比如，老师和学生在核心课程阅读的摘录中选择29条引文，然后在芝加哥大学的外墙上虚拟投影和展示这些文本，带给学生不一样的课程体验[14]。宾夕法尼亚大学通过索书号对图书馆拥有的各类资源进行可视化检索[15]。密歇根大学安娜堡分校的虚拟地球科学图书馆能同时实现虚拟浏览和可视化检索[16]。目前提供虚拟阅读与可视化文献检索服务的高校馆都未超过半数，尤其是提供可视化文献检索服务的仅有13所大学，尚有较大发展空间。值得一提的是，提供此类服务的图书馆主要集中在排名前50位的大学中，并且排名越靠前的大学对虚拟阅读与可视化文献检索服务越重视。

2.4 沉浸式学习与虚拟展览/会议

VR/AR技术应用的不断深入促进了高校智慧教育的发展，对图书馆来说提供沉浸式学习与虚拟展览/会议服务是推进图书馆“智能+教育”模式的重要一步。沉浸式学习是指利用虚拟仿真设备让用户在学习的过程中能够身临其境地感觉到自身环境的变化，从而进入深度学习的状态；虚拟展览/会议是指利用虚拟仿真设备进行电子资源或实体资源的虚拟化展览或者提供会议服务，让用户足不出户就能看到逼真的实体资源或者享受到面对面的会议服务。调查显示，美国高校馆提供沉浸式学习服务的有45所，提供虚拟展览/会议服务的有36所，两项服务均提供的有18所。

美国高校馆接近半数提供沉浸式学习的服务，反映了美国大学重视图书馆的辅助教学功能。比如，普林斯顿大学图书馆的分馆斯托克斯图书馆提供在沉浸式虚拟现实中学习的机会：一方面提供虚拟历史事件，以及在虚拟人群面前练习公开演讲技巧、参与现实的互动环境等虚拟体验；另一方面，图书馆通过虚拟仿真技术进行辅助教学、探索和学习新形式的数据可视化[17]。哥伦比亚大学利用交互式虚拟仿真设备来研究和教授历史城市环境，利用实时视觉模拟技术，开创性地提出了涉及文化遗产地的体验式解释，创新教学法，让用户能够探索不复存在的建筑环境[18]。加州大学圣地亚哥分校图书馆开展大屠杀历史虚拟展览，并向所有公众开放，加深公众对历史的理解，同时保护了大屠杀受害者以及幸存者的记忆；该虚拟展览强调虽然时间已经过去，但历史在世界的时间转盘上是不可磨灭的[19]。沉浸式学习与虚拟展览/会议是图书馆应用VR/AR技术的重要场景，美国高校馆在相关应用方面已经涉及历史、军事、物理、天体等诸多领域，已较为成熟。

2.5 虚拟可视化咨询服务

参考咨询服务是图书馆服务重要的组成部分，从人工时代的面对面咨询，到互联网时代的线上咨询，逐渐发展到智能化时代的虚拟可视化咨询，为虚拟可视化咨询服务提供重要支撑的就是虚拟仿真技术。虚拟可视化咨询服务主要利用虚拟仿真设备为用户提供虚拟可视化的面对面交流服务，一方面做到了无接触式服务，另一方面也能提高图书馆员解决问题的效率。调查显示，美国高校馆提供虚拟可视化咨询服务的有31家，大部分图书馆尚未开展该项服务。

虽然被调查样本中提供虚拟咨询服务的高校馆不太多，但有部分大学的服务颇具特色。例如，加州大学伯克利分校工程图书馆运用虚拟仿真技术提供医疗方面的虚拟咨询服务，能让现场人员以更直观的方式与医生交流[20]；华盛顿大学提供按主题或按专业搜索的搜索引擎，根据用户的需要为其匹配具有学科专业知识的工作人员或者教授操作方法的专家，并且能实现一对一的可视化虚拟咨询[21]；马萨诸塞大学阿默斯特分校开启虚拟媒体咨询，通过云视频会议软件ZOOM实现学生、教职员工之间的虚拟咨询[22]。美国高校馆提供虚拟可视化咨询的比例较低，其应用还不成熟，但值得一提的是，越来越多的图书馆正在积极地改变传统的咨询方式，逐渐发展虚拟可视化咨询服务。

3 我国高校馆虚拟仿真应用策略

3.1 优化宣传效果，提高虚拟仿真利用率

美国高校馆的虚拟仿真利用率较高，其主要通过虚拟仿真智能地图服务进行宣传和推广。我国许多高校馆已经通过提供虚拟仿真智能地图服务来吸引用户，如虚拟图书馆之旅、虚拟场景漫游。但虚拟仿真技术的活动内容比较单一，活动多样化才是改善宣传效果、提高读者利用率的重要途径。

一是图书馆可以从个人经历体验出发，利用虚拟仿真技术让用户真实感觉到环境的变化或事实的发生，克服对某些事情的紧张情绪，从而建立起自信的状态。例如，对有社交恐惧症的人，可以模拟一个虚拟的礼堂让用户面对公众进行演讲，从而克服其恐惧情绪。这种体验一方面能让参与者克服某些困难，缓解其情绪，另一方面又能增加图书馆影响力，从而提高图书馆虚拟仿真技术的利用率。

二是图书馆可以从社会事件体验出发，利用虚拟仿真技术开展相关的活动。比如，在国庆节期间，可以举办“成为故事里的伟人”等主题活动，通过虚拟仿真技术模拟建党前夕、建国前夕等重要历史时间的各种场景，让体验者能够真切体会到新中国成立的历史艰辛。

3.2 关注空间建设，拓展高校馆职能

73%美国高校馆开办VR工作室与VR创客空间，在虚拟仿真空间建设上较完善，覆盖率较高，创新了高校馆职能。传统高校馆的基本职能主要有4个方面，即文献资源的保存职能、信息服务的信息职能、信息素质教育的教育职能以及为社会公众提供服务的社会职能[23]。伴随着智能时代的到来与高新技术发展，传统的图书馆职能不能满足于现状，用户更希望图书馆能提供一个利用新兴技术来进行自由创作和体验的空间。因此，可以通过建设虚拟仿真空间，来拓展高校馆新的职能，即空间服务的提供职能。高校馆开展虚拟仿真空间服务，应重点关注以下工作。

首先要做好空间的功能定位设计。根据对美国高校馆虚拟仿真技术应用的调查发现，一般虚拟仿真工作室主要有两种形式，一是小型的单人体验空间，二是大型多人强交互式操作空间。与前者相比，后者不仅仅是增加了所占面积以及各种虚拟仿真设备，而是使空间的功能更充分、更多元。具体以什么形式进行呈现，要考虑到图书馆的用户需求以及空间的服务目标和功能定位。例如，在图书馆推广虚拟仿真技术以及体验的过程中，可以用单人的小型虚拟仿真工作室，在进行跨学科的协作交流时，就需要用到强交互的大型实验室。

其次要促进协同，大力开展跨学科服务。在“大科学”的时代，学科交叉融合是未来科学研究发展的一项重要领域，而虚拟仿真技术具有较高的学科综合性和广泛性，可以充分推动学科间的大讨论和促进学科交叉合作。在创作和充分协同的环境中，需要用到多种跨学科知识来解决一些高阶思维问题和系列复杂任务，图书馆可以邀请各种不同的技术人员加入相关项目小组，如高校虚拟现实技术研究人员、虚拟现实技术商业开发人员以及各个专业的教师。

3.3 推进资源建设，便利教学资源获取

美国排名前100所高校馆提供可视化检索服务的相对较少，且分布不均。对我国高校馆来说，应该吸取经验，避免让其成为我国高校馆虚拟仿真应用的“短板”。

高校馆馆藏一般有两种资源，一是传统的纸质馆藏资源，二是数据库资源。传统的纸质文献不利于传递以及长时间的保存，如较为珍贵的原版图书和因陈旧而被淘汰的图书，甚至还包括一些古籍和特色文献。这些不易保存和查看的图书可以利用虚拟仿真技术构建出纸质资源的虚拟化模型，再将这些图书进行立体的数字化加工，从而建设立体信息资源库，形成虚拟馆藏资源以供教师和学生进行检索和阅读。这种基于虚拟仿真技术的立体信息资源建设，不仅能让用户获得与阅读原版图书一样的体验，而且能实现珍贵图书、陈旧图书、特色文献以及普通图书的共享，不仅能提高资源获取效率，便于教师获取教学资源、学生获取学习资源，而且能有效激发读者兴趣。

图书馆的数据库资源，如电子期刊、电子图书资源、自建特色数据库，本身就是以数字化的方式存在，但这些资源仍然是平面化的。因此，图书馆可以借助虚拟仿真技术使这些平面化的虚拟信息资源立体化，让教师和学生能直观看到自己所需要的信息资源。此外，高校馆的用户大多数为数字化时代的原住民，具有对检索时间“零等待”的特征，图书馆可以利用虚拟仿真技术将图书馆购置的电子资源与自建特色数据库进行整合，实现统一检索和知识发现，使用户仿佛置身于各种信息资源中，形成一种可视化虚拟检索系统，方便师生检索和利用。

3.4 融入虚拟仿真模式，提升教学体验

美国高校馆利用虚拟仿真技术提供教学支持以及虚拟会议或展览的比例较大，其实践方式也比较成熟，值得我国高校馆借鉴。高校馆有教育职能，在教学中融入虚拟仿真技术，可将教育、培训与交流置于一种理想化的教学环境中，并根据服务的需要而变换场景，不仅能节省图书馆资源，还能达到沉浸式学习的效果。本文从以下两个方面探讨虚拟仿真模式融入教育培训的路径。

一是基于虚拟仿真的图书馆入馆教育。目前几乎所有的高校馆都会进行新生入馆教育，主要有线上线下两种方式。传统的入馆教育缺乏交流体验和互动，其效果并不理想。虚拟仿真技术可以让图书馆在入馆教育中融入交互性和体验性。首先图书馆可以融入虚拟仿真模式，构建“场景漫游”功能，赋予用户图书馆员的角色，自主地与NPC(非玩家角色)进行对话，了解图书馆的场地设施、馆藏资源建设以及服务内容等，最终通过角色扮演的方式让读者在虚拟场景中轻松愉快地完成对图书馆的体验和认知。

二是基于虚拟仿真的沉浸式学习体验。在沉浸式学习体验开始之前，图书馆要提供具有各种虚拟仿真设备的元宇宙能动性学习空间，在该空间内用户不仅可进行沉浸式学习体验，还能看到其他一起在线参与学习的同学，赋予学习者更多的自我控制能力，使学习者能够自主学习、自主发现。在学生进行选修课的选择时，可以在该空间中提前体验该课程是否是自己想要学习的课程，让学生正确选择自己感兴趣的学习内容。

3.5 利用虚拟仿真技术，优化参考咨询服务

虚拟咨询服务是图书馆服务中的重要一环，美国高校馆几乎都提供虚拟咨询服务，但利用虚拟仿真技术，让图书馆馆员与用户能够虚拟面对面交流的仍然较少。我国高校馆可以提高虚拟仿真技术利用率，优化可视化虚拟参考咨询服务。高校馆用户的咨询需求主要集中于两个方面，一是寻找服务，二是检索资源。寻找服务时，传统的图书馆会在图书馆大厅或者官网上展示出服务信息，但这些信息往往并不足以解决用户的服务需求。图书馆可以利用虚拟仿真技术先让用户选择想要的服务，然后根据用户需要的服务推送其他用户可能会使用的衍生服务，当最终无法解决用户需求时开通虚拟一对一咨询入口，使用户能进入到一个元宇宙仿真虚拟图书馆社区，在该虚拟的空间与在线图书馆员实时“面对面”交谈。

难以检索到想要的资源是大多数图书馆用户遇到的普遍问题，当在实体图书馆中遇到检索困难，用户通常会询问图书馆员或者去服务台咨询，但当处于数字图书馆中，现有的咨询方式往往不能及时高效地解决用户的检索问题。因此，可以利用虚拟仿真技术为用户提供远程检索协助服务，当用户遇到检索困难时，可以进入到虚拟远程帮助中，让图书馆员一对一指导用户如何检索，必要的时候可以启用远程控制功能，先帮助用户快速检索到相应资源，事后再进行反馈询问，确保用户下次能快速准确地找到自己需要的信息资源。另外，图书馆可以借助增强现实技术，通过大数据的分析将可能在图书馆遇到的问题以及感兴趣的信息资源推送给用户，变被动为主动，从而优化参考咨询服务。

4 结语

本文对美国排名前100所高校馆的VR/AR技术应用情况进行了调查，分别从虚拟仿真智能地图服务、VR工作室与VR创客空间、虚拟阅读与可视化检索、沉浸式学习与虚拟展览/会议以及虚拟可视化咨询服务等5个方面总结了美国高校馆虚拟仿真技术的实践应用情况，提出我国高校馆应该从提高图书馆虚拟仿真利用率、关注空间建设、推进信息资源建设、提升师生教学体验以及优化参考咨询服务等5个方面来促进虚拟仿真技术应用，为我国高校馆改进用户服务提供相关借鉴与启发。

本文主要通过网络调查开展研究，因条件限制无法到各个图书馆进行实地调查，且调查样本难以覆盖所有美国高校，调查结果难免有所遗漏。但相关研究值得图书馆界给予重视，如元宇宙赋能下的虚拟图书馆研究、中美图书馆虚拟仿真技术应用的对比、公共图书馆虚拟仿真技术的应用以及智慧图书馆建设中的虚拟仿真技术应用等，是未来可以进一步研究的课题。