基于VR技術的高校圖書館虛擬數據庫構建研究
——以我國農林本科院校為例

文 / 金玲

虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR）作為一種多學科、多技術的集成科學，是本世紀計算機領域最新奇、最重要的技術之一，具有多感知性、交互性、沉浸性和想象性的特征。虛擬技術運用到數字圖書館中，可以將圖書館的二維、平面資源進行還原，變為形象而具體的三維信息資源，方便教師對實驗目標、實驗過程和實驗結果的講解；學生在實驗學習的過程中，可以獲得第一視角的實驗交互體驗，從而激發學生學習和研究的積極性，提升教學質量。農林類院校實驗存在周期長、影響因素多、環境要求高、實驗器材昂貴等特征，如果能在實驗數據和實驗過程使用VR來記錄和保存，對后期實驗研究和學生學習有極大的幫助，也可以節省大量實驗經費。

一、特色數據庫構建與實驗室建設的現狀

我國農林類院校共計96所，其中985高校共2所（中國農業大學和西北農林科技大學），211院校8所，本科院校27所，獨立學院9所，高職高專50所[1]。37所本科院校（包含985和211院校）中20所高校建設有農業特色數據庫。從調研數據來看，特色數據庫建設共41個，校平均建設數據庫2個。數據呈現的特征如下：首先，學校圖書館對特色數據庫建設比較積極。有資源優勢的圖書館都選擇建設特色數據庫，收集和整理本校的特色專業和特色資源，形成自身的特色品牌。其次，特色數據庫聯合建設較少。特色數據庫建設沒有實現共建共享，存在部分數據庫重復建設現象，克服這種現象必須加強院校之間的聯系，尤其是區域內和專業相近的院校。通過資源共建共享，可以節約經費并提升資源利用效率。再次，圖書館在數據庫建設中與學校其它部門合作較少。特色數據庫建設的內容主要由圖書館搜集整理的數據組成，主要來源于網絡信息資源的開發和利用，而學校產生的科研和實驗數據整理較少。

在實驗室建設的調研過程中，37所本科院校均建有農林類重點實驗室或觀測站。本次調研主要為省部級以上實驗室、觀測站、創新中心等。從調研數據來看，各類農業實驗室、觀察站共計1264個，平均每校37個，數量多、涉及的專業面比較廣且科研經費支持充裕，每年都產生大量的科研成果和科研數據，成為學校科研產出的主要部分。

重點實驗室有專業科研技術和科研經費，圖書館有資源組織的技術和展示場地。VR數據庫如果僅僅由圖書館或者實驗室進行構建，很難取得良好的效果。因此，圖書館作為一個服務機構，應該積極聯系學校多個實驗室，建設虛擬現實數據庫；可以借助通訊技術，與區域內或者相關領域內的高校進行合作，進一步地擴大數據庫的容量，為學生的實驗提供智力支持。

二、VR系統與特色VR數據庫模型的實現過程

傳統意義上的實驗場景對試驗環境、實驗器材、實驗周期都有很苛刻的要求。完成一次實驗需要消耗大量的資源。由于場地的制約，現場觀摩的人數有很大的限制。雖然實驗報告可以記錄實驗的數據和現象，但并不直觀，不能完全還原實驗場景，更不能實現場景的交互。VR系統可以很好地解決以上問題。一次VR數據的錄入，學生可以進行多次的觀摩，通過與資源的互動來加快和放慢實驗場景，可以實現實驗重點分析和解說。這克服了時間跨度長的問題，節省了學習的時間，節約了實驗消耗品。VR數字資源的共享也可以實現實驗場景的異地觀察，為學習和科研提供方便，也給人帶來豐富的視覺沖擊力。

（一）VR系統組成

VR是在真實數據的基礎上建立的數字模型，嚴格遵守VRML (Virtual Reality Modeling Language)、X3D等標準和要求，讓操縱者身臨其境地體驗虛擬三維空間，感受操作帶來的場景變化。它具有雙向交互功能。

VR系統構成因素主要有：1.硬件開發平臺，即高性能的VR工作站或圖形工作站，可以進行高性能圖像生成和處理。VR系統必須有高速運算的處理能力，實時地處理復雜的圖像以縮短讀者視覺的延遲，增強沉浸感和系統的實時交互。2.VR顯示系統。其主要功能為三維圖像的顯示和輸出。它通過高亮度投影設備及其組件，將虛擬場景展現在參與者面前，可以方便多人參與互動，主要設備有立體眼鏡、立體顯示器、頭盔式顯示器、大屏幕監視器、虛擬三維投影顯示系統等。3.VR交互系統。VR區別于3D的一個主要指標是六自由度實時交互，包括三維空間互動球、數字手套、數字衣、空間定位器、力覺和觸覺反饋系統等。用戶可以通過這些設備來體驗真實的方向感和力度，從而完成人機互動。

（二）VR數據庫模型構建

圖書館構建虛擬現實數據庫時采用的是VRML語言。這種語言功能強大，可以借助互聯網構建網絡虛擬空間，支持二維、三維、多媒體和動態技術。用戶可以通過互聯網與虛擬環境進行交互，產生身臨其境的感覺，感受到形象的體驗數字資源的魅力。

圖1 VR數據庫構建模型

虛擬現實資源庫的構建模型主要由用戶、I/O設備、VR引擎、資源庫等部分組成[2]，見圖1。I/O設備包括檢測模塊、反饋模塊、傳感模塊和控制模塊；VR引擎包括虛擬環境、建模模塊和數字模擬三部分。模型具體的工作原理和傳感原理如下：用戶通過I/O設備進行輸入輸出，與VR引擎進行互動，調動資源庫中的數字資源，并對資源進行數字模擬和虛擬場景構建，形成虛擬現實場景，通過多方觸控，與讀者建立互動式資源使用體驗。

從三維文本構建的代碼來看，實現的難度比較低，非計算機專業的館員也可以掌握。這為數字圖書館三維信息資源建設提供了條件。VRML軟件可以通過設計字體的邊框、顏色、長寬高以及字體的旋轉間距等代碼，實現字體的立體效果。它生成的效果生動，形象逼真，適合圖書館進行的三維資源建設，可以創建靜態、垂直旋轉、水平旋轉和三維旋轉模式。通過對瀏覽者的控制，可以實現人機交互，與現實體驗幾乎一樣。在交互的過程中，機器適應人，真正做到了以人為主體。在使用數字圖書館的過程中實現與信息資源的交互，可以為用戶提供對象的細節、相互關系和整體結構。

VRML可以實現圖像資源的三維化，構建圖書館三維信息資源。圖書館資源主要包含數字資源和非電子資源。VRML可以生產三維的虛擬物體，用戶可以自然地與“虛擬物體”進行交互。它包含的三維建模功能，可以使資源在計算機中栩栩如生地再現。于是，用戶可以擺脫傳統的二維瀏覽模式，實現圖像信息的立體逼真、交互操作，通過設備切換視角對圖像信息進行瀏覽和翻閱，并能聽到聲音和各個部位的解說，讓用戶充分體驗真實。

三、特色VR數據庫建設的策略

圖書館在建設特色VR數據庫的過程中，要對學校的資源進行評估，確定數據庫支撐資金和資源。圖書館在數據庫建設前期要進行充分的調研，對數據庫建設的可行性進行評估，并對數據庫建設的環節進行分解。

（一）數據庫建設與開發策略

圖書館對于VR數據庫建設和開發，需要從兩個方面進行考慮和設計。首先，確定數據庫主題。圖書館應該通過全面調查，結合本館的資源特色和本校重點實驗室，以滿足用戶學習和研究為目的，確定好數據庫主題；與學校實驗室合作，實驗室負責提供實驗場景，圖書館負責對資源的加工和標引入庫，共建VR數據庫資源。其次，保證資金來源。資金不足一直是圖書館數據庫建設的障礙之一，圖書館的資金主要靠學校財政預算，來源相對單一。而實驗室的資金一般比較寬裕，可以將部分經費投入到數據庫的建設中。

（二）數據資源保障模式

數據資源的搜集和整理是數據庫構建的核心內容。數據質量的高低決定了數據庫的使用效果。VR數據庫的資源搜集需要注意三個方面。首先，依據數據庫建設標準搜集資料，將搜集到的音視頻資料按照虛擬的標準進行數字化存儲并深度加工，力求內容豐富和全面。其次，確保信息的完整性。虛擬現實數據庫對資源的要求比較高，一條完整的數據應該包含畫面、聲音、文字等信息，以實現現實場景。再次，拓寬信息資源的搜集途徑。特色數據庫的資源可以來源于圖書館的搜集、實驗室的提供、數字商的產品等。數字資源的不足會造成VR設備使用效率低下，最終變成擺設，造成人力和財力的浪費。持續的數字資源更新和添加是數據庫發展的源動力。

（三）資源共建共享模式

從特色數據庫建設的現狀來看，圖書館建設特色數據庫的熱情比較高，但是重復建設的數據庫也不在少數，如水稻類有3個，豬養殖有2個，海產類有2個。這在一定程度上造成了資源的浪費。VR數據資源建設的成本高，需要投入的人力物力較多，因此進行資源的共建和共享顯得更為重要。一是開展相同學科專業院校的合作[3]。圖書館充分利用圖書館聯盟，在聯盟內聯系與數據庫資源相關的專業院校，進行數據庫的共建、資源的共享。聯盟內的圖書館可以積極協調促成聯盟內實驗室數據的共享，極大地豐富學生的學習內容，提升數字資源的利用效率。二是開展區域內高校的合作[4]。高校結合區域發展的特點，可以實現硬件資源的共享和共建。VR數據庫的構建硬件成本比較高，一般的學校如果沒有專項資金的支持，很難建設。如果同區域內高校均建設VR實驗場地，也是一種資源浪費。院校可以考慮VR實驗室的共建方案，共同維護和使用，節約建設成本。

（四）知識產權問題

自建數據庫的建設和使用中會涉及到一定的知識產權問題。圖書館在設計和運營數據庫中應避免侵權。自建數據庫涉及到的知識產權主要有三方面。一是紙質資源數字化后產生的版權問題[5]。VR數據庫涉及到這部分內容必須經過著作權人的授權，再對資源進行加工和整理。二是網絡資源的開發和使用。開發和利用網絡資源也是豐富特色數據庫的一個重要途徑。三是學校實驗室自產資源。本校師生使用這類資源時可以免費，而在與其它學校數據庫共享時，可以選擇作者的授權或收取適當的費用。這部分費用的分配一部分用于圖書館資源搜集加工人員的補貼，另一部分用于資源生產者的知識報酬。這種模式也是對數據生產者和加工者的一定鼓勵，有助于提升他們提供數據的積極性。

[1]孟憲學.中國農業科技數據庫系統建設研究[D].中國農科院,2002.

[2]陸穎雋.虛擬現實技術在數字圖書館的應用研究[D].武漢大學,2013.

[3]楊永健.財經院校圖書館特色數據庫共建共享分析[J].現代情報,2015(5).

[4]李友良.湖南省高校數字圖書館特色數據庫共建共享現狀分析與研究[J].高校圖書館工作,2015(4).

[5]黃佩,劉茲恒.圖書館聯盟數據庫資源共建共享的版權問題研究[J].圖書與情報,2015(3).