增強現實技術在數字圖書館服務創新中的應用*

付　佳　閆　實　王國軍

（1.牡丹江醫學院圖書館；2.牡丹江醫學院現代教育技術中心，黑龍江　牡丹江　157011）

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增強現實技術在數字圖書館服務創新中的應用*

付佳1閆實2王國軍1

（1.牡丹江醫學院圖書館；2.牡丹江醫學院現代教育技術中心，黑龍江牡丹江157011）

［摘要］簡要介紹增強現實技術，分析數字圖書館應用增強現實技術的必要性，指出增強現實技術在數字圖書館的應用形式、工作流程以及圖像識別機制，探究基于增強現實技術的數字圖書館創新服務模式。

［關鍵詞］增強現實技術數字圖書館服務創新

信息技術的發展拓展了信息獲取渠道，用戶對數字圖書館的需求也日益多樣化。目前數字圖書館基于互聯網的二維空間服務模式已經無法充分吸引讀者，面對當前用戶的大量流失，數字圖書館急需通過先進技術拓展服務渠道，為其穩定發展注入新的活力。當前智能化以及物聯網技術的發展，為AR增強現實技術的應用創造了條件，也為圖書館利用新技術革新服務理念與方式提供了契機。AR增強現實技術作為一門與多學科融合的綜合技術，能夠幫助數字圖書館構建虛擬場景，讓用戶在與虛擬世界物體交互中產生身臨其境的感受，增強圖書館服務的形象性與趣味性，也為數字圖書館提供了個性化的服務模式。

1　增強現實（AR）技術簡介

1.1增強現實（AR）技術的概念

所謂增強現實，就是將虛擬與現實相結合，將虛擬的事物融入現實世界中，讓人們產生身臨其境的感受，但不完全替代現實。AR增強現實技術能夠通過計算機系統創造接近現實環境的情境，保障現實與移動終端虛擬物體的融合，進而強化用戶對現實世界的感知。AR增強現實技術的重點內容，就是通過計算機生成3D虛擬模型，并將其與現實場景結合起來。該技術的產生就是為了將計算機虛擬環境與現實世界合并起來［1］。Azuma在1997年就論述了虛擬現實與增強現實之間的關系，指出增強現實技術的本質就是“虛實結合”，并且預測了虛擬、現實兩者變化的大體趨勢。Milgram提出虛擬與現實是一個封閉的集合，并且劃分出現實環境與虛擬環境的跨度，兩者之間的區域稱作增強現實或混合現實，而接近虛擬世界的區域稱作增強虛擬。

1.2增強現實（AR）技術的特征

AR增強現實技術屬于虛擬現實技術的一種特殊類型，在構建虛擬世界的同時，更加側重于將真實場景與虛擬信息融合在一起，并且交互性更強。增強疊加中的電子信息與現實場景中的實體影像，可以說是AR增強現實技術中最為重要的數據［2］。我們可以利用攝影設備捕捉實體影像，而電子信息則可以通過搜索電子信息數據庫，或者通過圖像識別、立體定位技術等獲取。AR增強現實技術實現了現實影像與虛擬信息的疊加，還可以引導用戶增強對真實場景的理解。AR增強現實技術集成了多項先進技術，一方面它可以通過人文智能將用戶的身心與設備結合起來，讓用戶感受到自身的所見所聞，并且增強與他人的溝通交流。另一方面，通過三維注冊技術在空間定位上投射圖像，且保持與用戶動作的一致性，讓用戶在感受虛擬世界圖像的同時，獲得超出現實景象的體驗。AR增強現實技術與智能移動終端的結合，就是移動AR應用，可以讓用戶隨時獲得與現實場景相關度高的虛擬信息，進而增強主觀體驗。

1.3增強現實（AR）技術體系中的關鍵技術

AR增強現實技術體系所帶來的感官體驗與傳統虛擬技術存在差別，它具有實時交互性，并且引入了三維注冊、虛實融合等關鍵技術。其中借助實時跟蹤攝影設備拍攝目標物體，對真實場景中虛擬物體的注冊位置進行計算，這就是三維注冊。它是AR增強現實體系中最為關鍵的技術，能夠保障現實物體在三維空間的位置匹配，讓人感覺到所見的物體是真實存在的。而要想獲得精確的三維空間位置數據，首先需要利用跟蹤設備及時捕捉現實場景中的空間數據，然后計算跟蹤設備當前的位態。在跟蹤與計算注冊位置的基礎上，還需要對現實場景與虛擬物體進行精確定位，綜合考慮陰影、遮光等問題，并借助真實感渲染法構建虛擬場景，這就是虛實融合技術。虛實融合能夠增強用戶的情感體驗，讓用戶沉浸于虛擬情境中，進而全面了解目標物體的信息［3］。

2　增強現實（AR）技術應用于數字圖書館的必要性

AR增強現實技術能夠利用計算機系統增強感官體驗，讓用戶通過移動智能終端實現與虛擬世界的交互，并擴展思維與想象空間。當前AR增強現實技術得到了廣泛應用，三網融合的發展也為數字圖書館引入AR技術奠定了基礎，并且有助于數字圖書館實現創新升級。

2.1三維融合為AR技術的應用創造了條件

2010年我國政府工作報告中首次提出建設“三網融合”的內容，并將北京、上海、武漢等12個城市作為試點，力求通過三網融合促進產業升級組合，推動戰略性新興產業的發展。三網融合的主要目標就是實現信息資源共享，提高通信穩定性與傳輸速度，為用戶帶來綜合多媒體的高品質服務。三網融合的深入開展改變了人們的通信習慣，也為數字圖書館引入新技術奠定了網絡基礎［4］。三網融合為數字圖書館的信息傳輸提供了支撐，也為構建基于AR增強現實技術的虛擬空間提供了便利。三網融合的高帶寬、低成本特性，不僅提高了虛擬環境中信息傳輸的速率，也保障了虛擬物體與現實物體的相似度，增強了用戶的體驗感，可以幫助數字圖書館吸引更多的用戶。

2.2數字圖書館資源建設的需要

數字圖書館作為傳播文化資源的服務中心，不僅需要具備文獻收藏、保護等功能，還需要為讀者提供全方位、深層次的數字化服務。數字圖書館的功能并非一成不變的，而是需要根據社會發展的需要逐漸豐富與完善［5］。引入新技術是數字圖書館適應社會發展趨勢的動力，也有利于圖書館審視自身定位，并且推出更為優質高效的服務。AR增強現實技術能夠營造接近真實環境的虛擬空間，讓用戶通過交互工具沉浸其中，并且在與虛擬物體交互中獲得感官體驗。AR增強現實技術的應用，有助于數字圖書館重構信息資源，并以人性化、直觀的服務方式吸引更多用戶。當前數字圖書館要想承擔起公共文化服務職能，就需要及時引入AR增強現實等新技術，以全新的技術支撐提高資源建設質量，進而真正發揮自身優勢。

2.3有助于數字圖書館創新服務

數字圖書館本身融合了數據處理、網絡通信等高新技術，是互聯網環境下大型文獻信息網絡中心。數字圖書館在處理信息資源方面，要求構建多維度綜合信息空間，讓用戶能夠更好地感知、認識與應用館藏資源。AR增強現實技術超越了傳統的人機交互與即時操作技術，能夠提供可視化的三維交互環境，給用戶帶來身臨其境的感受，有助于圖書館創新服務模式。該技術改變了用戶應用計算機的單調模式，與數字圖書館的結合也將為移動閱讀帶來全新的體驗。數字圖書館可以利用該技術進行信息資源建模，將二維紙質文獻資源變為三維形態，并搭配移動傳感設備，讓用戶坐在家中就可以隨時獲取三維信息資源，并且可以通過移動智能終端翻閱文獻、圖書等。同時AR增強現實技術能夠迅速處理復雜數據并形成可視化界面，為數字圖書館開展參考咨詢提供了便利，其交互式操作方式更易被用戶接受，也更加生動形象，將吸引更多的讀者使用數字圖書館。

3　增強現實（AR）技術在數字圖書館的工作流程與圖像識別機制

AR增強現實技術在數字圖書館的應用，能夠為讀者營造輕松、舒適的知識獲取空間，讓讀者在多樣化的服務中增強深入挖掘信息資源的欲望。目前數字圖書館主要將AR增強現實技術應用于構建虛擬空間、教育培訓等方面，具有獨特的工作流程與作用機制。

3.1增強現實（AR）技術的應用形式

數字圖書館可以引入AR增強現實技術體系構建虛擬場景，實現與讀者之間的深層交流與交互。AR增強現實技術的應用一方面能夠重現實體情景，讓讀者進入情境中迅速了解圖書館的布局、館藏狀況等，進而增強對數字圖書館的認知。這種方式不僅讓讀者有親臨數字圖書館的感受，也發揮著宣傳推廣作用。另一方面就是構建結構簡單統一的場景，以方便用戶瀏覽與應用信息資源［6］。同時數字圖書館可以應用AR增強現實技術開展參考咨詢服務，構建可視化的虛擬互動咨詢平臺，讓圖書館員與讀者進入虛擬場景中，便可以實現與現實相同的交流方式。這種參考咨詢方式更為靈活，網頁交流的方式更加人性化，也方便用戶提出自己感興趣的問題，增進用戶與館員之間的互動交流。此外，AR增強現實技術可以用于圖書館教育培訓中，通過構建虛擬教學培訓情境的方式開展教育、討論活動，讓來自不同地域的人能夠面對面交流。這種方式更加吸引用戶，能夠創造現實中無法實現的學習教學空間，有效節省了圖書館的成本，也擴大了數字圖書館的教育培訓范圍。

3.2增強現實（AR）技術體系的工作流程

數字圖書館AR增強現實技術體系綜合了虛擬場景采集、跟蹤注冊以及虛實融合等功能，需要結合計算機、攝像機等設備，并引入ES、C語言等工具，其中輸出設備與注冊系統對于虛實結合效果有重要影響。其操作流程為首先通過攝錄或視頻設備從周圍場景中獲取圖像信息，然后運用跟蹤注冊系統對虛擬對象進行跟蹤，并將現實場景繪制成虛擬圖形，最后根據精準的算法計算注冊位置，進而將現實場景轉化為虛擬圖像。AR體系在獲取圖像信息后需要立即進行處理，如對圖像進行投影、渲染與動態展示等，并采用格式轉換、光柵化等方法形成指令。然后構建一個類似現實空間的模型，并借助計算機系統截取圖像資料生成虛擬對象，后將其放入已經構建完成的空間模型中，通過疊加的方式保障虛擬與現實的無縫對接，如圖1所示。這樣用戶就可以通過移動終端，輕松進入數字圖書館與虛擬場景進行交互。

圖1　數字圖書館AR增強現實技術體系的工作流程

3.3增強現實（AR）技術的圖像識別機制

攝像或視頻設備捕捉到圖像信息后，需要這些信息進行二值化處理，通過圖像壓縮、顏色變換等方式，保障這些圖像信息更容易被識別，盡量凸顯需要識別圖像的外部輪廓。AR增強現實技術體系會對經過二值化的圖像數據進行分割，然后標記圖像分割線，方便后期查詢與處理。在獲取分割線標識信息后，就可以開展輪廓跟蹤、估計，并采用像素點連通的方法進行面積計算［7］。由于系統獲取圖像數據存在不確定性，所得圖像也呈不規則的形態，這就需要利用解碼技術進行圖形規范化處理，然后選擇合適的匹配模板，最終識別出符合標準的虛擬物體。數字圖書館是與智能移動終端相連接的，如手機在識別某個物體后，可以借助自帶攝像頭拍攝實景物體，然后計算標志物的位置坐標，并構建一個AR增強現實技術體系，實現對識別物體的跟蹤監測，最后將其錄入虛擬數據庫中。

4　基于增強現實（AR）技術的數字圖書館服務創新

AR增強現實技術在數字圖書館具有巨大的應用優勢，能夠優化用戶的知識獲取流程與情感體驗，從跟蹤導航、可視化信息檢索等方面實現服務創新，增強數字圖書館學科知識之間的關聯，進而促進數字圖書館的可持續發展。

4.1構建移動學習系統

AR增強現實技術作為一項獨特的虛擬現實技術，能夠完整展現復雜的學習內容，它在數字圖書館的應用不僅能夠深化用戶對學習環境的體驗與認知，也可以通過交互增強用戶的學習能力。在分析AR增強現實技術的工作流程與作用機制的基礎上，可以構建基于AR增強現實技術的移動學習

圖2　數字圖書館基于AR增強現實技術的移動學習系統

系統（見圖2），設置技術、功能與需求分析3個功能模塊，以激發用戶的移動閱讀興趣，提升用戶的學習、實踐能力。首先數字圖書館需要結合用戶需求分析AR增強現實技術的可行性，明確哪些學習活動能夠應用該技術構建學習情境，以避免資源浪費。在掌握用戶學習需求后，根據AR增強現實技術優勢開展交互設計，如圖像與多媒體之間的交互設置等［8］。然后引入必備技術開發應用程序，分為基礎服務、開發服務、應用與用戶層4個部分，每個層次設置不同的功能模塊與程序接口。其中基礎服務層為館員操作平臺，能夠提供位置導航、信息檢索等服務。而開發服務層設置有相應的移動應用設備，如增強現實開發包等。應用層為用戶開展移動學習的平臺，設置有不同的選擇使用模塊，用戶可以根據學習需求利用移動終端選擇不同的學習模式，有效提升自己的學習與實踐能力。

4.2提供跟蹤導航服務

現代圖書館的功能更為多樣，結構也越來越復雜，極大增加了用戶利用館藏資源的難度。我國目前新建的圖書館規模越來越大，超過1000平方米的圖書館已經不再鮮見，并且多設計為開間模式，功能區相對分散。對于初次進入數字圖書館的用戶，由于不熟悉圖書館的功能設置情況，很容易迷失方向，這就需要有高效的導航系統。隨著各種導航服務與電子地圖的應用，部分圖書館開發了電子導航地圖，而將位置跟蹤導航與AR增強現實技術相結合，無疑能夠讓導航服務更加生動有趣。數字圖書館可以利用指紋識別、射頻識別等技術實現室內跟蹤導航，而室外則可以借助電子指示儀、移動網絡等確定位置信息，然后利用AR增強現實技術進行地理場景疊加，進而達到還原場景的目的。數字圖書館也可以借助二維碼識別系統，對虛擬場景中的物體進行定位與標識，用戶則可以借助移動終端掃描二維碼，進而獲得相關的地理位置信息。而若用戶需要查找數字圖書館的具體文獻資源，AR增強現實技術體系也可以根據用戶的位置信息，及時將具體的路線推送至用戶的移動終端，并將現實服務資源與虛擬館內的物體鏈接起來，以幫助他們迅速獲取所需的資料。例如，用戶進入數字圖書館閱覽室，系統就會迅速推送與現存資源、存包柜使用率等相關的信息，而進入書庫后系統則會及時推送借閱規則等信息。

4.3可視化信息檢索

傳統的信息檢索方式就是對圖片或文字進行注釋說明，用戶可根據相關提示進行信息檢索，這種方式操作簡單，但是交互性較弱。數字圖書館可以利用AR增強現實技術構建三維模型，將信息資源進行投影與三維重建，為用戶提供可視化信息檢索服務。AR增強現實技術的應用，能夠讓用戶在信息檢索的過程中獲得專業指導，了解檢索的內容是否具有價值，并且進一步發現學科知識的內在規律。例如，數字圖書館可以利用AR增強現實技術構建閱覽室的三維空間模型，根據圖書分類法設計館藏資源定位系統。用戶通過移動終端就可以實現可視化信息檢索，不僅能夠帶來直觀的檢索體驗，也能引導他們盡快適應圖書館的環境。此外，數字圖書館也可根據每本圖書的具體位置，設計與書目索引鏈接的圖書精確定位系統，讓用戶了解每本圖書的具體位置，進而提升圖書館的資源利用率。

5　結語

在三網融合逐步推進以及互聯網產業蓬勃發展的背景下，AR增強現實技術以其高效交互、虛實融合的特點，獲得了多個行業的青睞。AR增強現實技術可行性強，能夠再現數字圖書館的服務場景，強化用戶的感官體驗，提升數字圖書館的服務效率。AR增強現實技術融合了圖像捕捉、三維定位等功能，為數字圖書館服務提供了全新的溝通媒介，也是數字圖書館實現服務創新的重要突破口。當前數字圖書館應該結合自身需求與資源優勢，充分借鑒AR增強現實技術的成功應用經驗，利用AR增強現實技術開展跟蹤導航、可視化檢索等服務，進而為用戶帶來全新的體驗。

參考文獻：

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［8］張屹，朱莎，楊宗凱.從技術視角看高等教育信息化——歷年地平線報告內容分析［J］.現代教育技術，2012（4）: 16-20.

付佳女，1981年生。碩士研究生，館員。研究方向：數字圖書館。

［分類號］G252

*本文系黑龍江省高校圖工委科研項目：“互聯網+”教育環境下數字圖書館建設研究（項目編號：2015-A-164）成果。

收稿日期：（2016-01-06；責編：姚雪梅。）