可視化技術在OPAC系統開發中的應用

張現龍

關鍵詞:OPAC;可視化技術;研究;開發

摘 要:OPAC是圖書館與讀者的聯系紐帶,OPAC可視化技術能深刻揭示館藏、顯示圖書館資源之間的內的聯系,促進讀者服務工作,可視化技術發展較快,基于三維或多維的產品開發是可視化技術發展趨勢,加強數據分析和系統建模研究對于推動圖書館OPAC可視化發展具有積極意義。

中圖分類號:G250.7文獻標識碼:A 文章編號:1003-1588(2009)05-0076-03

1 前言

圖書館聯機公共檢索系統(OPAC)的目的是通過良好的人機界面來充分揭示館藏資源,為讀者檢索提供準確、實用的信息資源。在OPAC系統開發中,采用的技術標準和編程語言不同,OPAC的內部結構和視窗界面的表現形式也存在差異,進而影響到圖書館讀者利用的效果和資源揭示的廣度和深度。可視化技術是在計算機網絡技術支持下,通過對抽象數據的可視表示來增強人們對這些抽象信息的認知和理解。隨著計算機軟件設計的進步和計算機應用的普及,可視化技術在工業設計、控件管理、系統操作等方面已得到普遍應用。它在圖書館理論界的討論始于20世紀中期,進入21世紀后,部分技術已逐漸應用于圖書館集成軟件的開發,但可視化技術尚未在圖書館集成管理系統的軟件開發中得到普遍應用。對它的很多討論還只停留在理論層面上,本文將根據國內外使用情況及可視化技術在其他產業中的應用加以簡單剖析。

2 可視化技術發展趨勢與圖書館OPAC可視化語言選擇

根據2008年在北京大學英杰交流中心召開的可視化會議討論的主題,總結近幾年可視化的技術發展及研究成果,我們可以發現當前信息可視化的發展呈現出4個趨勢,即將單純反映抽象概念向探求事物發展趨勢方向轉移;以單獨軟件技術支持的算法模型向開放源代碼軟件、函數庫支持的軟件包與編程語言互相嵌合的兼容發展轉移;無論是模型構建或程序編寫都突出了以人為本的人性化風格;可視化技術表達方式從二維、三維向多維技術開發拓展。

傳統的OPAC界面主要通過平面和列表方式向檢索者提供檢索結果,當檢索同一主題而系統輸出結果較多時,由于所有結果是在一維平面構圖上,容易造成檢索者視覺疲勞。特別是對有視力障礙者,一維列表式輸出方式對他們就是不可逾越的鴻溝。基于空間構圖的三維GIS技術恰好彌補了這個缺陷,它通過空間信息的可視化表達將空間實體的三維立體感呈獻在檢索者的想象里,實際上是利用算法造成人眼三維的感受,把數據轉化為圖形,給予人們深刻和意想不到的洞察力。

目前,國內外已經開發了一些具有代表性的三維造型、分析和可視化的三維軟件系統,國外較著名的有MultiGen Creator,Vega,IMAGING Virtual GIS等。國內著名的有VRMap,ImaGIS,CyberCity GIS,TiTan等,在三維可視化的實現過程中,可以采用包括三維建模工具,如3DMAX,AUTOCAD等,開發軟件包OpenGL,vrml,Quick-Draw3D,JAVA3D等。下面對他們的功能做一簡要介紹。

Java3D是SUN公司的產品,具有與操作系統無關的特征,且支持OpenGL的API調用,優勢是實現3D的網上發布,但在微機中使用時,對三維場景的構造不靈活,不能滿足系統需要。 Java3D也是一個應用程序接口(API),用以書寫帶有三維圖形的應用程序和applet。作為Java語言的擴展,它將語言“一次書寫,隨處運行”的優點帶給了三維圖形程序,使得Java3D能運行于多種平臺。 Java3D的思想來源于現存的各種圖形及多種新技術,其低層圖形結構綜合了其他低層(OpenGL.QuickDraw3D和XGL)的優點,相應的,其高層結構也綜合了多個圖形系統的優點,為開發者提供了高層建造工具以創建和操作三維圖形,并構造了用于渲染圖形的組織結構。

OpenGL(Open Graphics Library,即開放性圖形庫)。它源于SGI公司為其圖形工作站開發的IRIS GL,在跨平臺移植過程中發展成為OpenGL。OpenGL作為一個性能卓越的應用程序接口(API),是一個開放的三維圖形軟件包,具有廣泛的可移植性,它獨立于硬件系統、操作系統和窗口系統。OpenGL以其跨平臺性,網絡透明、源代碼開放、編程質量高而受到好評,在業界被廣泛應用。以它為基礎開發的應用程序可以十分方便地在各種平臺間移植。

目前,可視化技術在圖書館各種集成軟件的開發中得到多種應用。如將Protege技術應用于中國圖書館圖書分類法類目揭示的可視化開發;GIS調用其他程序包開發的圖書館館藏分布與知識點信息揭示;利用Aquabrowser開發的詞組含義三維構圖等,在OPAC系統中,一般采用GIS地圖調用OpenGL程序包對圖書館整體布局和資源檢索進行開發設計。

3 OPAC建模實現

3.1 三維模型的基本含義

模型是對現實世界中事物或現象的簡化、抽象和模擬,是建立在人們對物或現象認識的基礎之上,同時又是進一步獲取客觀規律的基礎和手段。不同的模型反映了人們不同的認識觀念、認識目的和分析方法。空間數據模型是關于現實世界中空間實體及其相互間聯系的抽象描述。它為描述三維空間數據的組織和設計空間數據庫模型提供著基本的方法,反映了現實世界的三維空間實體及實體間的相互聯系。目前較為流行的數據倉庫與OLAP工具大多基于多維數據模型。該模型將整體資源看作數據立方體(DataCube)形式(如圖1所示)。采用此種方式組織數據可以使數據倉庫系統通過特定技術高效管理大量歷史數據,為用戶提供匯總和聚集分類,并在不同優先級別上存儲和管理信息,便于系統利用數據之間的關聯做出合理的決策。

采用上述的數據模型,把數據組織成多維的形式,每個維度還可以根據所表示的事實抽象為多個層次。這種組織數據的方式可以使用戶從不同角度靈活的觀察數據,從數據立方體的各個方向獲取視圖,并進行交互查詢和相關操作。

3.2 三維模型的表現形式

綜合目前已有的三維模型具備的功能,結合實際的功能需求和三維數據的來源,三維空間數據模型建模方法可以歸納為基于面表示的數據模型,基于體表示的數據模型和基于面與體集成的混合數據模型。其中第一種模型設計簡單,運算速度快,支持靈活的空間形狀表示,便于可視化和數據更新,但缺少3D描述和內部屬性分析;體模型適于空間操作和分析,但存儲空間占用較大,數據更新較困難。因為任何單一模型無法完全描述物體的本質現象,部分研究者將多種軟件進行集合,開發了基于體與面集成的混合數據模型。

3.3 圖書館三維建模中應考慮的因素

目前,數據立方體廣泛應用于各種可視化模型構建,數據開發者可在基于GIS地圖數據開發時主要考慮以下幾方面的因素:

首先,圖書館三維空間的幾何描述。圖書館不是獨立于社會的一個單一整體,而是依附于各種社會單元。如:高校圖書館依附于學校教學、科研,其數據描述和資源構成應與學校教學規劃、專業建設及系部構成相聯系,特別是圖書館與系部資料室是一個協調的整體,圖書館知識建構與系部知識揭示之間在空間概念和邏輯聯系的幾何描述上應保持協調;其次,注意三維模型表達的精度。圖書館讀者不但能從總體上認識圖書館資源體系,而且能迅速快捷的發現任一檢索點所反映的知識范圍和內涵延伸,了解各知識點之間的邏輯關系;第三,模型數據的存儲空間及在數據庫中的檢索能力。由于三維數據量龐大,運算復雜,要求大量的存貯空間和發展前景設計,在空間計算和資源檢索上應加強預測能力設計,保證數據檢索的自動化、快捷化;第四,模型具備的分析功能以及和其它模型之間轉化的難易程度。三維模型設計的目的就是通過對資源的抽象揭示來發現知識點本身的內涵,進而揭示事物發展的規律。因此,加強模型本身的分析功能開發對于建模目的的實現具有積極意義。另一方面,由于圖書館可視化開發的廣度和深度不同,其與外界的關聯程度也存在差別。因此,在OPAC的可視化開發中也應考慮與其他可視化系統之間的聯系和轉化。如在將有Protege技術開發的中國圖書館圖書分類法可視化程序引入OPAC可視化數據檢索中,可以產生意想不到的效果。

3.4 圖書館三維模型的設計思路

就圖書館OPAC系統來說,開發可視化的目的是通過人的三維感官系統認識到圖書館的館舍結構、資源分布、資源內容揭示、資源相互關系以及通過信息映像達到數據挖掘目的。另外,在設計模型時,應貫徹以人為本的思想,根據不同讀者的不同需求,綜合考慮整體知識建構以及某一知識點在知識建構中的空間位置,聯系各個知識點之間的相關性、用戶與知識點的相關性、用戶之間的相關性等因素,運用離散算法將之嵌合于數據模型中,以利于后續開發。圖書館數據立方體(DATACUBE)的模型設計(如圖2所示)。

在本模型中,圖書館位置以平面表示出來,圖書館內部結構以立方體表示出來,圖書館內部部門安排與資源布局以面表示,資源之間的關系和用戶系統分析則通過點面結合加以表示,從而達到相互關聯、互相揭示的目的。

4 可視化編程中應注意的問題

4.1 建立開放性的軟件開發平臺

可視化模型建立后,利用合適的編程語言將內部層次表示出來,利用精確的算法,將知識內部相互關系加以分析,供讀者選擇應用。表現形式主要以樹(TREES)、圖(Graphics)、地圖(Maps)及虛擬現實(Virtual Reality)等隱喻方式來對知識進行組織和描述。要達到理想效果,單獨采用某一種編程語言往往不能表現出全部構想,這時就要用到控件調用(API),如用JAVA3D或OpenGL開發程序時,往往需要調用3DMAX、COOL3D等來加以分析和抽象。通過對事物的場景、紋理、動作、特技等進行特別渲染以達到視覺和感官沖擊,在人腦中形成空間層次的變化,從而發現事物之間的聯系和發展規律。

4.2 制定圖書館OPAC開發標準

信息可視化的建模標準和需要的各種算法、語言標準是決定設計產品的成敗。目前國際上有關可視化技術標準,對于控件調用和開放平臺的集成方面闡述較少,開發較為困難。通常需要工作人員自己開發調度程序。如:李清泉等將基于面的模型中的不規則三角網(TIN)模型和基于體表示的數據模型結構實體的幾何模型(GSG)相結合,形成一種混合三維空間數據模型。但這種基于個人開發的集成控件很難做為標準使用,也不利于可視化產品的商業化開發。

4.3 可視化技術應體現以人為本的思想

隨著以人為本理念的提出,OPAC軟件設計中也應考慮各種讀者特別是弱勢讀者的需求。因此,僅僅基于視覺沖擊的可視化設計是不完美的。在未來可視化發展中,應將虛擬仿真技術引入開發實踐中,使讀者不但能通過視覺,而且能借助一些輔助設備如動感手套、三維眼鏡、立體頭盔等來感知虛擬世界;通過觸覺、聽覺等來感受一個互相關系的、可交互的動態的虛擬世界,達到知識開發的目的。

4.4 可視化產品開發應引入市場化理念

在當今市場化的社會里,一項技術的發展,一種產品的開發和研制,總是需要強大的資金支持,OPAC可視化的發展也不例外。因為不論是軟件建設還是硬件投入都需要強大的資金支持,特別是可視化開發過程中,需要較好的規劃來推進編程,需要較好的計算設備來進行運算展示以及數據更新。在圖書館資源關聯、程序調用中,需要專業的技術、開放化的程序源代碼來進行數據集合。這一切都決定著必須將可視化技術產品推向市場。這在其他行業可視化技術發展中已被證明。如致力于文本挖掘的商務智能軟件、文本分析軟件等,引進了信息可視化技術并被開發成商務軟件,取得了較好的效果。

5 結束語

隨著社會進入讀圖時代,信息可視化技術在各行各業中得到廣泛應用并取得了良好的經濟效益和社會效益。擁有豐富資源的圖書館也應采用這一技術來揭示館藏資源,通過信息相關性分析、用戶特征和背景分析等,把握信息的動態屬性,使圖書館能更加有效地為讀者和科學研究、決策決斷和智力開發服務。

參考文獻:

[1] 周寧,張玉峰,張李義.信息可視化與知識探索 [M].北京科學出版社,2005.

[2] 周寧,程紅莉,吳佳鑫.信息可視化的發展趨勢研究[J].圖書情報工作,2008,(8).

[3] 歐陽寧,包平.基于本體《中國圖書館分類法》的可視化實現[J].圖書館雜志,2008,(1).

[4] 杜慧敏,劉昌瑩.空間信息支持下的圖書館可視化信息系統的建立[J].情報雜志,2004,(8).

[5] 楊達.數字圖書館信息可視化的研究框架[J].沈陽教育學院學報,2005,(3).