基于現實技術的圖書館空間參與式服務項目開設研究

馬林山，趙慶峰（．合肥學院圖書館；．山東科技大學信息科學與工程學院）

在云計算、物聯網、移動服務、大數據、社交網絡等現代信息技術的推動下，各類信息資源日益豐富，獲取渠道越來越多且越來越便捷，信息、知識環境日益泛在化。信息技術的發展不僅為信息資源獲取帶來了便利，也為讀者互動、合作交流等有助于自身綜合素質能力的提高提供了工具和虛擬實踐操作平臺。

現實技術可以實現真實物體和虛擬物體與用戶環境的無縫結合，真實物體和虛擬物體之間的實時交互，突破空間、時間以及其他客觀限制，讓人可以感受到在真實世界中無法親身經歷或難以實現的體驗。圖書館作為學習中心，更應加強學習空間服務內涵的建設，按照創新人才培養理念的指引，完善實體學習空間，拓展無處不在、無時不在的網絡虛擬學習空間，做好實體空間與虛擬空間的參與式融合服務。圖書館應該積極采用相關增強現實技術，提高信息、知識服務能力，設計輔助學生能力培養的參與式服務項目，為創新型、能力型人才培養作出貢獻。［1］文章圍繞實用、交流、讀者能力輔助提高這一方向，本著便捷性、易實現原則，讓讀者利用普通桌面、墻面，手機等便利設備實現增強顯示和互動，探討圖書館如何利用相關增強現實技術，設計開展適宜的信息、知識參與式服務項目，為圖書館空間內涵建設提供參考。

1　現實技術

“人工現實技術”是新術語，從其涉及技術內涵概括，其包括虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術子集，增強現實（Augmented Reality，AR）技術子集和混合現實（Mixed Reality，MR）技術子集，三部分統稱為人工現實技術。

虛擬現實技術，亦稱“靈境或幻真”技術，基本理念雛形于20世紀60年代，80年代由杰倫·拉尼爾（Jaron Lanier）正式提出這一概念。該技術可以實現創建一個集三維視覺、聽覺和觸覺于一體的全方位環境，使用戶能利用系統提供的人機對話工具，同虛擬環境中的物體對象交互操作，使用戶仿佛置身于現實環境之中。［2］

增強現實（AR）最初由波音公司的托馬斯·考德爾（Thomas Caudell）提出。該技術是指對計算機產生的輸入如聲音、圖像或GPS數據加強物理、真實世界構成元素的直接或間接的視覺顯示技術。VR的開發和應用要比AR早10年左右，AR技術可以說是VR技術發展進程中的一個新階段。

混合現實技術（MR）是包括增強現實技術及增強虛境（Augmented Virtuality,AV）技術，將其表示在廣泛連續一維橫軸中，左端為純真實環境；右端為純虛擬環境，MR是橫軸上除去左右端點外的其余部分。目前MR的研究剛起步，研究顯示其前景將是未來幾十年人工現實技術的發展方向。［3］

現實技術的核心技術圈層主要包括智能顯示技術、三維注冊技術與智能交互技術。構建現實需要的設備最初比較復雜，如，可視眼鏡、頭盔、穿戴專用衣件等，價格比較昂貴。隨著21世紀高科技的迅猛發展，現實技術中諸多難題被逐步攻克，原有的接入設備也朝著設計輕便化、功能多樣化、價格低廉化方向轉型，加之移動互聯網和應用軟件（APP）技術的廣泛使用，逐步降低甚至消解了操作“門檻”，使這兩種“養在深閨人未識”的高精尖技術“飛入尋常百姓家”。

應用中現實技術可以構建虛擬和增強的場景，特別是場景學習保障條件高、高危險性、不可接觸設備。實驗中，現實技術可以提供接近真實、便捷的場景進行學習。目前興起的創客教育，以學生為主體，以項目為導向，其學習內容具有跨學科、跨地域、形式多樣等特性。借助現實技術，可以將不同地點的學習內容或研究開發對象進行異地實時交互呈現，實現協同設計、協同開發，甚至協同生產。圖書館在空間服務方面，特別是高校圖書館應該采用現實技術，開設適宜的知識項目服務，拓展圖書館信息服務，幫助讀者提高創新能力。

2　現實技術對人才培養的輔助作用

2.1　現實技術可將抽象的知識可視化、形象化

利用現實技術可創建三維互動仿真模型，將復雜的理論知識可視化、形象化，幫助學習者形象、直觀地認知。如，一些具體現實應用系統能使用微粒、符號、向量等虛擬元素，讓學習者用肉眼觀察諸如氣流或磁場等抽象科學概念和難以觀察到的現象。Fjeld M等詳述了利用AR技術讓學生選擇化學元素來構成3D分子結構模型，還能夠任意旋轉分子模型。［4］Clark A論述了利用一個基于普通紙張、具有3D內容的圖畫簿，讓學習者觀察到即時彈出的3D模型，以此將書中的內容形象化。［5］實證表明，現實技術對學習元素所產生的可視化效果，能夠加強學習者對抽象概念和不可見現象的感知，很好的提升學習效率和效果。

2.2　推動實現泛在環境下的情境式學習

現實技術可以構建具有物理屬性、可智能互動的仿真設備，在互聯網支持下，打破時空限制，讓學生隨時隨地進行操作練習。現今我們正在向情境感知泛在學習空間 AULS（Ambient Ubiquitous Learning Space）的生態環境邁進，未來的學校、教室、博物館、會議室、圖書館，乃至流通的商品，都能主動發射自身的信息和知識，學習者可以日益沉浸于現實與虛擬數字世界交織的信息生態環境中。學習者利用移動設備，即可輕松地感知并獲取學習對象的詳細信息和學習內容，并透過無所不在的智能網絡，利用對話、社交互動來實現社會學習。

2.3　幫助提升學習者的存在感、直覺和專注度

教學游戲和虛擬空間，能讓學習者獲得存在感，增強其直覺，并專注其中。現實技術構建的虛擬空間或增強空間，對學習者來說，能讓其感覺到與他人同處一個位置，身臨其境，有種存在感，從而加強學習者對學習社區的認知，并形成高專注度。直覺有助于培養學習者在學習中的情感價值。現實技術構建的系統，能夠將學習者、虛擬元素或信息以及某些特性在一個真實環境中融合到一起，通過提供即時反饋和語音或非語音的提示來培養學生的直覺。學習者融入沉浸式的環境中，易于將學習內容理解應用到真實的世界問題之中。

2.4　場景交互學習方式可以達到自然態效果

現實技術構建的虛擬場景和增強場景，對學習對象的操作仿真程度十分逼真，基本與自然態一致，這一點是傳統多媒體技術無法達到的。如Flash模擬的拋硬幣實驗，實驗者通過點擊按鈕進行拋幣，結果易讓人感覺是程序預先設定好的，體驗不到真實環境中拋幣的感覺。而增強現實即可讓人“拋幣”，觀看下落的自然結果。基于增強現實的凸透鏡成像實驗，操作者直接如同自然環境一般操作虛擬的蠟燭、透鏡來改變物距，觀察結果。這種不用鼠標、鍵盤操作的自然交互方式，與做真實實驗的感覺十分一致。［6］

3　國內外學習現實環境構建軟件工具平臺簡介

采用現實技術搭建知識學習仿真環境，除了需要計算機、專用攝像機、投影儀以及頭盔或者眼鏡等硬件設備外。關鍵需要具備知識內容體驗學習軟件解決方案和工具平臺。隨著信息技術的快速發展，目前國內外已有多家技術公司具備這方面的能力，產品較為成熟，使用也比較簡單。開發者只要通過現成的開源代碼或者平臺工具，按照自己的業務邏輯，設計開發相應的VR/AR軟件產品，還有豐富的基于現實技術的知識內容產品，引進部署起來即可使用。

（1） Wikitude。Wikitude是美國 Mobilizy公司于2008年秋推出的移動增強現實開發平臺，該公司是世界上領先的移動增強現實（AR）提供商，主要針對智能手機、平板電腦和數字眼鏡提供增強現實解決方案服務。最新產品除了3D跟蹤外，允許應用程序看到房間，空間和環境。提供的Wikitude Augmented Reality SDK是一款優秀的集成化增強現實開發包，開發人員不需具備深厚的編程知識，只需簡單注冊，依據提示步驟，即可完成自己的AR設計。［7］在實時交互式3D環境的知識體驗學習上，如，語言對話學習、場景細節導覽等方面優勢非常明顯。

（2）ENTiTi。由成立于2013年的以色列創業公司WakingApp提供，具體工具名稱為ENTiTi Creator，該軟件平臺簡單易學，是一款適合DIY的VR/AR內容創建工具。ENTiTi是基于云計算的平臺，創作者可以利用它創建虛擬和增強現實的交互式內容，不需任何編程技能，只需依靠鼠標拖動即可完成創作。可以在線3D視角查看內容，自動適配各種終端，如手機、平臺電腦、VR盒子、智能眼鏡等，［8］并且創作的內容可以隨時隨地快速的更新。其用途不僅適合企業的產品展示，還適合包括工業企業、建筑公司、博物館、教育機構、醫療機構等VR場景展示。

（3）HiAR。HiAR是由國內成立于2012年亮風臺（上海）信息科技有限公司于2015年8月推出的新一代增強現實開發平臺，現置入Native 3D引擎的SDK 2.0已全新問世。該平臺簡單易用，功能強大，開發者可輕松使用最前沿的計算機視覺技術、計算機圖形學技術，自由發揮創意，快速搭建個性化AR應用，特別是為App加入新穎的增強現實（AR）功能。官方表示，HiAR技術基礎平臺已覆蓋用戶超過8億。

4　基于現實技術的SDK平臺開發應用流程

基于現實技術的應用開發，采用的解決方案大部分是利用Unity 3D等游戲引擎配合VR/AR SDK進行開發，目前最受歡迎的SDK有國外的Vuforia SDK以及國內的HiAR SDK等。開發者一般要掌握c#編程語言以及Unity 3D開發知識，下面以國內的HiAR SDK為例，簡要概述AR應用的基本流程。［9-10］

使用HiAR來制作AR應用，一般分為以下五步。

（1）注冊成為HiAR用戶，網址https://portal.hiar.io/html/user/signup/。

（2） 下載合適的 SDK。HiAR SDK 包括 Unity、Android、iOS、Cloud API等不同的版本，在開始工作前，要依據開發應用程序運行環境選擇適合的SDK。各種版本的SDK都有詳細的說明。

（3）獲取App Key和Secret。SDK版本雖然各異，具體使用方式也不盡相同，但都需要獲取App Key和Secret后才能正常使用。App Key和Secret是由管理后臺生成的分配給應用的唯一標識，通過該標識可以將您的應用與對應需識別的圖集對應起來，方便識別內容的管理。

（4）編輯識別內容。為了方便識別內容（識別圖片）的管理，HiAR提供了圖集的管理方式，登錄HiAR管理后臺后，可以很方便的創建圖集。

（5）根據SDK說明制作AR應用。具體應用一般從視頻的捕獲，標志物檢測跟蹤，虛擬場景渲染，基礎算法和應用程序框架等五個方面考慮。應用系統的實現步驟，如下圖所示。由于每個SDK的使用場景不一樣，所以具體SDK的使用還要參考對應的使用說明文檔。如，HiARSDKforUnity的說明文檔（http://hiar.com.cn/doc-v1/sdk-unity/overview/）。

圖　AR應用系統的實現步驟

5　基于現實技術支持的圖書館空間參與式服務項目設計

5.1　虛擬和增強現實結合，打造生動有趣的入館教育

讀者入館教育，一直以來圖書館都比較重視，特別是高校圖書館，都把它視為入校第一課的內容。具體的組織形式一般有課堂講解、帶領參觀、閱讀手冊和考試、以及單一的在線網絡虛擬導航參觀等。隨著現實技術的發展，入館教育可以進一步改變學習形式，基于VR和AR技術，構建游戲闖關式入館教育互動平臺，將要介紹給讀者的圖書館信息和相關知識，分場景設計到VR中。讀者利用學號和圖書館初設的密碼登錄，瀏覽信息后，緊接著是過關回答問題，一個場景一個關卡，一個關卡設定一定過關分值。過不去回過頭重新瀏覽，再答題過關，全部通過所有關卡，才算通過。另外，對于一些重要場景和圖書情報知識點，設計相應的增強現實內容，如，書架立體顯示、分類法組織規律以及古籍介紹等，幫助讀者進一步直觀了解圖書館并理解掌握相應知識點。

入館教育平臺在校園網內可以通過PC電腦，平板或者手機移動終端登錄使用。過關結果與入館和借閱權限掛鉤，讀者未通過該平臺完成入館教育，相應的權限不能開通。對于完成通過的讀者，相應權限自動開通，并且可以通過統計功能，按照分值和操作時間等因素，找到過關優秀讀者，進行表彰。在這方面，北京智信數圖科技有限公司研發的新生入館教育考試系統較為成熟，管理簡單，用戶引進只需將本館的資料填單式加入即可，學生游戲式操作，趣味性很強，效果良好。［11］

5.2　構建體驗式語言學習環境

語言的學習關鍵在于交流，特別是外語學習，由于缺乏互動交流場景，單一的背誦方式學習，效果不夠理想。圖書館可以考慮基于現實技術構建一個虛擬和增強現實相結合的體驗式外語學習互動平臺，定位在提高學生學習外語的趣味性，注重口語、語言交流能力方面的培養。

結合本校的外語語種教學情況，部署學習內容。分類別、分等級設計豐富的虛擬體驗參與式知識學習片段場景，讓學生利用便捷終端，進入場景擔任角色互動交流學習。既擴展學知識，又練習聽、說技能。過程中系統智能識別評判學生的發音，并及時反饋糾正。學生還可以利用該平臺與老師直接交流，向老師提交作業；學生之間也可直接對話交流。形成人機結合的互動參與式語言學習生態，為學生提供學習任務、練習、批改、測試、評估等全面服務。目前，在體驗式外語學習方面，智課教育科技（北京）有限公司提供的解決方案，比較成熟，成功案例較多。［12］

5.3　增強研討交流空間的智能互動性

利用現實技術，進一步完善圖書館研討交流空間的智能性，提供互動、智能互動式投影設備，讓學生可以在共同探討情境下形象、觸控、便捷地檢索、下載信息、研討閱讀、展示分享交流心得等。提供相關系統，實現研討室空間場景播報，讓研討室外的讀者可以通過電腦、手機等終端參與進來互動，便于一些異地的研討小組人員參與指導或交流學習。互動的過程（下載的文檔、過程視頻）可以記錄下來，便于研討資料的搜集保存。

5.4　古籍文獻的增強顯示閱讀

圖書館的貴重文獻，如，古籍、圖集等原著不易外借的文獻資料，為了便于讀者使用，可以考慮采用現實技術，特別是增強現實技術，在古籍等貴重文獻周圍，將其數字化的內容讓讀者具有如同翻閱實體文獻的感覺，虛擬的翻頁瀏覽，提高這部分文獻的利用率。在這方面，國外圖書館已經有不少成功實踐。如，美國北卡羅來納州立大學圖書館開發的Wolf Walk項目［13］和 Red，White&BlackWalkingTour項目［14］以及美國俄勒岡州立大學圖書館與檔案館開發的Beaver-Tracks都是采用增強現實技術實現古籍等貴重文獻在電腦、移動設備等多種終端上增強顯示、閱讀。此外，AR技術還可提供輔助功能，協助研究者對圖書館古籍特藏文獻進行學習和研究。如，提供對古文獻的解釋、注釋、字符識別等增強查詢、顯示功能，便于讀者閱讀研究。［15］

5.5　打造基于現實技術的基礎工程體驗空間

圖書館結合學校的專業培養方向，可以考慮采用現實技術建設一個基礎工程體驗學習空間。在這里引進一些虛擬體驗操作項目，如，虛擬工廠參觀、AR零部件識別、模擬設備裝配等。依據學校學生的情況，有針對性的設計一套系列知識學習和體驗操作服務項目，由專業館員引導學生參與。具體的知識體驗服務項目一方面可以從公司引進，如，中視典數字科技公司在認知教育領域，可以提供機械設備組裝流程、設備配件信息展示、虛擬實驗模擬、安全知識演練、科普知識分階等方面的服務項目，技術較為成熟，應用比較廣泛。［16］另外，可以由專業館員基于現實技術平臺，自行為學生設計開發一些知識體驗項目。

5.6　構建VR/AR創客實驗室

現實技術未來有寬廣的發展空間，圖書館在積極利用現實技術開展形象知識認識與體驗項目服務的基礎上，也可以搭建現實技術實驗室，普及VR/AR知識，圍繞VR/AR技術原理、產品研發、內容制作、模式設計、應用開發等方面開設系列知識講座，來提升圖書館知識服務。因現實技術主要包括計算機圖形學、攝影攝像、圖像處理、立體視覺生理學、人機交互等方面的知識與技術。講座內容可以分四個模塊組織：現實技術理論及應用；前期制作；后期編輯和交互設計。其中，理論及應用模塊主要引導學生認識VR/AR技術的基本原理，了解常見的應用場景，啟發設計靈感。前后期制作部分，圍繞建模、虛擬場景制作、信息疊加等技術。交互設計則會介紹系統仿真、VR/AR交互硬件原理及開發、Web交互、可穿戴設備交互、動作捕捉等。系統培養學生在現實技術方面的能力，讓學生變成AR/VR創作者，制作自己的AR/VR作品。

圖書館積極利用現實技術開設新服務，特別是吸引讀者的參與體驗式服務項目，具體形式將是多種多樣、非常豐富的，關鍵在于圖書館要積極參與，勇于創新，才能推出適宜的服務項目。在項目開發上，圖書館要結合自己的實際情況，有選擇的開展。另外，圖書館采用現實技術在一定的空間中部署VR/AR知識服務項目，在一定程度上并不難；關鍵是培養出從事該項服務的館員隊伍，讓其樂于這方面的鉆研，主動定期的開設具體的虛擬知識體驗項目，吸納學生積極參與。同時，構建適宜的工作考核評價標準，激勵館員在這方面的工作積極性。相信在軟硬件結合的基礎上，圖書館構建的基于現實技術的服務項目，會得到好的收效。

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［11］北京智信數圖科技有限公司．新生入館教育考試系統 ［EB/OL］.［2017－03－26］．http://www.zhixinst.com/Default/go?sortID=126.

［12］智課網 ［EB/OL］.［2017－04－12］．http://www.smartstudy.com/.

［13］WolfWalk——Explore NC State history right on your phone［EB/OL］.［2017－04－19］．http://www.lib.ncsu.edu/wolfwalk/.

［14］Dr．Walter Jackson．Red，White&Black Walking Tours［EB/OL］.［2017－04－19］．http://www.lib.ncsu.edu/event/walter-jackson-memorial.

［15］廖宇峰．增強現實（AR）技術在圖書館中的應用研究［J］．情報資料工作，2017（1）：64－65.

［16］中視典數字科技——認知教育領域［EB/OL］.［2017－04－04］．http://www.vrp3d.com/art/.