5G環境下增強現實技術在圖書館中的應用研究

柏雪

摘 要 5G時代，AR技術將更具發展潛力，為用戶帶來深度沉浸式交互體驗。圖書館能否引入AR技術來驅動圖書館的管理和服務創新，成為環境創新的先驅，是一個值得思考的問題。論文從用戶、館員、圖書館三個維度梳理目前AR技術在圖書館中的應用場景，從資源服務、用戶體驗、空間構建、人館交互、讀者學習、日常管理方面深入分析探討5G環境下AR技術在圖書館的應用優勢，預測交互式可視化檢索、與文旅機構合作、與其他技術融合應用將成為5G時代AR技術在圖書館中的應用趨勢，并指出圖書館應理性引入AR技術。

關鍵詞 增強現實 5G 圖書館

分類號 G250.7;TP250.7

DOI 10.16810/j.cnki.1672-514X.2021.10.009

Research on the Application of Augmented Reality Technology in Libraries Under 5G Environment

Bai Xue

Abstract In the 5G era， AR technology will have greater development potential and bring deep immersion interactive experience to users. Whether the library can introduce AR technology to drive library management and service innovation， and become the pioneer of environmental innovation， is a a problem worth thinking about. This paper combs the current scenarios of AR applications in libraries from the three dimensions of users， librarians and libraries， and deeply analyzes and discusses the application advantages of AR technology in Libraries under 5G environment from the aspects of resource service， user experience， space construction， library interaction， reader learning and daily management. It is predicted that interactive visual retrieval， cooperation with tourism and cultural institutions and integration with other technologies will become the application trends of AR technology in Library in the 5G era， and points out that the libraries should be rational when introducing AR technology.

Keywords Augmented reality. 5G. Library.

0 引言

科技的發展對人類認知世界的方式產生了巨大影響，增強現實（Augmented reality，簡稱AR）技術正是其中具有代表性的技術之一。作為下一代交互技術，AR技術將真正改變我們觀察世界的方式，充分調動和發揮人類不同感官的均衡作用，拓展人類感知能力，為人類帶來深度沉浸式交互體驗。Gartner公司發布2017年十大戰略技術趨勢[1]，將“虛擬現實和增強現實”列為十大戰略技術趨勢之一，2018年和2019年的十大戰略技術趨勢[2-3]均將“沉浸式體驗”列為未來技術趨勢，并且在2020年十大戰略技術趨勢[4]中指出，到2021年，至少三分之一的企業將部署一個多元體驗平臺，支持移動、網絡和增強型現實的發展。在我國，《“十三五”國家科技創新規劃》[5]早已將增強現實列為新一代信息技術的重點發展技術之一。當今社會，5G時代已全面來臨，高速率、低時延的通信環境為AR技術的應用提供了更加有利的條件，越來越多的企業開始引入AR技術，將其應用到各個領域。

圖書館是人類獲取信息和知識的重要場所，圖書館必須跟上技術的發展和用戶習慣的變化，在滿足用戶需求方面成為環境創新的先驅。圖書館是物理空間、技術和信息的交叉點，這正是AR技術發展的方向。在5G時代，圖書館能否引入AR技術為讀者創造新的服務和體驗，AR技術在圖書館中是否具有應用優勢、能否為圖書館提供技術支撐，AR技術能夠應用到圖書館的哪些領域，都是值得圖書館人思考的問題。本研究通過文獻調研和網絡調研歸納梳理目前已經出現在圖書館領域的AR應用，分析5G環境下AR技術在圖書館中的應用優勢，并對未來趨勢進行預測和思考，以期為圖書館引入AR技術提供借鑒和啟發。

1 技術背景

1.1 AR技術應用概述

“增強現實”術語由波音公司的Caudell T于1992年正式提出[6]。增強現實并沒有統一的定義，目前學術界較為認可的是Milgram P和Azuma R的定義。Milgram P在1994年提出了“虛擬-現實統一體”的增強現實定義[7]。Azuma T于1997年以增強現實的三個特征“虛實結合、實時互動、三維注冊”對其進行了定義[8]。AR技術的原理是將計算機生成的三維虛擬信息疊加到現實場景中，用戶可通過各種顯示設備（如計算機屏幕、手機或平板等移動智能終端設備、投影設備、穿戴式設備）與虛實結合的場景進行實時交互。

AR應用出現較早。1968年，Sutherland I[9]使用光學透視式頭盔顯示器創建了第一個AR系統“達摩克利斯之劍”。但由于受當時計算能力和硬件條件的限制，AR技術并未得到廣泛應用。AR技術真正得到較快發展是始于20世紀90年代。當時波音公司為了解決飛機制造中的導線布局問題，試圖開發一個虛擬接口，將手冊中有關飛機導線正確布局的信息覆蓋在實體飛機上，從而引導工程師完成電線安裝。隨后，AR技術開始在醫療、制造和修理、可視化、機器人路徑規劃、娛樂、軍用飛機、戶外、移動AR、協同AR和商業中進行應用[10]。2000年以后，AR技術在人工智能、虛擬通訊、游戲、家居、數字化遺產保護等領域也得到了較快的發展。隨著顯示設備成本的不斷降低，消費級AR產品逐漸進入大眾的視野，開始出現面向消費者的專門用來操作AR接口的硬件，如谷歌在2012年4月發布的增強現實型穿戴式智能眼鏡Google Glass、微軟在2015年1月發布的增強現實頭顯設備Hololens、WayRay在2020年推出的全息AR顯示器等。以蘋果、谷歌、微軟和Magic Leap為首的各大科技巨頭還相繼推出了AR開發工具包。如蘋果2017年推出的AR開發平臺ARKit、谷歌2018年在手機中加入的ARCore，還有Facebook的AR Studio，Snapchat的Lens Studio和亞馬遜的Sumerian等，為AR應用提供了良好的開發環境。

近幾年，移動智能設備的普及與發展，催生了移動AR應用的不斷涌現，并受到用戶的廣泛歡迎，具有代表性的有Pokemon GO、Wikitude、Ingress等應用。Facebook的Reality Labs正在構建用于支撐未來AR體驗的核心基礎設施Live Maps。國內也出現了一些移動AR應用，例如，2020年4月，華為AR地圖上線，可實現AR實景導航、全息信息展示、虛實融合的拍照等功能。

綜上所述，AR技術發展迅速，具有巨大的發展潛力和廣泛的應用場景。隨著AR從智能手機延伸到可穿戴設備，這項技術可能會成為人類感官的一種永久性增強裝備。

1.2 5G技術對AR應用的影響

第五代移動通信技術（簡稱5G技術）具有高速度、低功耗、低時延、泛在網的功能特征。5G最高傳輸速度可達10 Gbps，能夠提供高效優質的通信。2019年6月6日，工信部向四家通信企業頒發了5G牌照，標志著5G商用元年的到來。5G技術能夠促進各行各業的基礎信息建設升級，為行業發展帶來質的飛躍。

AR應用需要快速傳輸和處理大量數據，在跟蹤注冊、圖形渲染、三維建模、人機交互時需要對大量的數據進行實時計算，超出了目前普通移動智能設備的計算能力。對此，可以利用云計算技術解決計算問題，但需要將數據提交到云平臺進行計算后再將結果返回到移動終端，數據來回傳輸會產生時延，對通信速度要求較高，這會影響用戶體驗的流暢度。5G技術可以解決AR應用過程中的計算和通信問題，將計算任務放到云端，云端和用戶端可以在1毫秒內通信，用戶終端只需執行顯示任務。有了5G技術的支持，AR技術在應用時不必再受計算能力、傳輸能力、顯示能力的局限，AR應用將會產生革命性的進展。

2 AR技術在圖書館中的應用場景分析

2.1 用戶維度的應用

（1）圖書館導覽。近年來移動計算和跟蹤設備性能不斷提升，大多數移動設備都帶有加速度計、陀螺儀、指南針、攝像頭、GPS、藍牙和Wi-Fi等定位組件，能夠以高精度確定移動設備的位置和方向，基于位置的移動AR服務模式開始被廣泛應用，這為空間認知提供了一種新思路。利用AR技術進行導覽的原理，是通過基于硬件或視覺的定位技術獲取用戶位置信息或建筑物信息，在應用程序中執行特征點識別算法，然后連接到提供服務的數據庫，將與其所處地理位置相關多媒體信息與實景疊加后返回給用戶。國外已經有圖書館和檔案館將AR技術用于導覽服務，將AR技術與地圖軟件或圖書館地圖模型相結合，為用戶提供空間指引和館舍介紹等服務。例如，北卡羅來納州立大學的WolfWalk項目[11]，通過定位可向用戶展示校內歷史人物場景和故事;俄勒岡州立大學圖書館和檔案館開發的Beaver Tracks項目[12]，用戶通過手機掃描圖書館外觀即可看到圖書館和檔案館館舍的相關照片和介紹。上海圖書館在2020年4月推出AR導覽應用“從武康路出發”[13]。該應用利用上海圖書館豐富的館藏資源向游客講述武康路的歷史、建筑和歷史名人知識。

（2）圖書指引。AR技術可以用來為讀者提供尋書路徑和書籍的具體位置。這是一種基于位置的服務，其原理是首先對館藏資源和讀者進行定位和跟蹤，然后在讀者提出書籍檢索請求時實時返回最優路徑圖或書架位置信息。典型的AR圖書指引案例是奧盧大學圖書館的基于位置感知的移動服務項目SmartLibrary[14]，該項目將所有圖書粘貼RFID標簽，利用RFID技術對館藏進行標記和定位，通過WiFi技術對用戶進行實時定位，然后向用戶返回通往館藏的路徑圖。維也納工業大學的ARLib[15]項目也是類似的應用且推出時間比SmartLibrary更早，但ARLib是一款基于筆記本的應用，與基于移動設備的AR應用相比，用戶接受度和推廣性有所欠缺。而印度國家設計學院的P.Siddappa開發的librARi[16]則能通過掃描書架幫助讀者在書架上找到書，但尋書效率存在不足。

2.2 館員維度的應用

（1）圖書智能排架。傳統的圖書排架依靠人工識別圖書分類號，效率不高。將AR技術應用到排架工作中，圖書管理員只需用設備掃描某層書架上的書，系統即可通過讀取RFID標簽、二維碼、標簽等圖書標識智能化識別當前的排架順序，并且對書架進行分析，以可視化的形式（如形狀或顏色）代替分類號目錄，快速顯示每本書的順序是否正確，圖書管理員按照提示將書放到正確位置即可。這一應用有助于實現圖書的準確、快速排架，提高排架效率的同時降低了工作難度，例如，美國邁阿密大學圖書館的AR應用ShelvAR[17]不僅能夠幫助館員快速排架，還能記錄館員盤點排架時間。詹姆斯庫克大學圖書館的Libagent[18]也是此類型的應用。

（2）館藏資源展示與利用。AR技術可以幫助閱讀推廣人員以更加有趣的形式展示圖書館資源，還可以幫助資源建設人員開發新型文獻，支持館藏資源的可持續性，提高資源利用率。讀者通過手機、平板等智能終端設備掃描資源，不僅可以獲取數字版圖片，還能獲取館藏資源中與之相關的文字、圖片、音頻、視頻等形式的介紹和學術文獻。如此，既能避免珍貴資源因觸摸或翻閱而受損，又能促進讀者對資源的深度理解、激發讀者的興趣。例如，曼徹斯特大學與約翰里蘭茲圖書館合作開發的SCARLET[19]和SCARLET+[20]項目，利用AR技術幫助學生研究圖書館收藏的中世紀手稿等藏品。2019年，青島李滄區圖書館推出AR互動百科系統，將文字、圖片、音頻形式的百科知識與3D場景和模型有機結合起來，為讀者提供智慧閱讀體驗服務。2019年8月17日，寧波首個5G閱讀體驗館推出5G+AR閱讀，用戶戴上AR眼鏡，即可體驗立體化3D有聲圖書。

2.3 圖書館維度的應用

當前AR技術在圖書館維度的應用主要表現在文創產品的開發方面。將AR技術融合到文創產品中，可以向用戶傳達更為豐富、形象的文化知識，增加產品內涵，并支持用戶與其互動，增強趣味性。目前國內已出現一些利用AR開發文創產品的案例。2017年8月，深圳大學推出全國首個AR?；?，學生用手機掃描校徽，手機中的?；站蜁顒悠饋泶蛘泻簦⒁龑W生欣賞學校全景。2017年10月，阿里AR內容開放平臺與國家圖書館達成合作，推出首個定制化AR智能書法教學產品“翰墨書香”書法文具盒。圖書館可以深度挖掘館藏資源的豐富內涵，開發相關AR文創產品，讓資源活起來，從而提高資源利用率;也可以開發一些趣味十足的產品用于圖書館的宣傳營銷，提高圖書館關注度。

另外，筆者通過文獻調研發現，國內一些學者還提出了AR技術在圖書館其他場景下的應用。王璞[21]提出利用人臉識別的AR技術獲取讀者個人信息從而為其提供個性化推送服務;廖宇峰[22]提出AR技術可用于館員工作評價;肖玥[23]提出利用AR技術開發數字課程資源數據庫。但這些都是對未來圖書館AR應用的暢想，目前尚未發現相關實踐案例。

3 5G環境下AR技術在圖書館中的應用優勢分析

AR技術本身具有深度交互性、情景感知性和自主適應性等優勢。在5G環境下，信息傳輸將突破時空限制，圖書館可以通過AR技術來促進物理數據與數字數據的進一步融合，提升沉浸體驗深度，為用戶提供更有吸引力的多元化互動服務模式，并且從更大程度上展示圖書館的資源、空間和服務價值。

3.1 資源服務可視化、立體化，盤活館藏資源

AR技術可以增強資源的表現力，創新資源服務模式。通過調動人的各種感官，將抽象、枯燥的理論知識以直觀形象的可視化表達形式呈現給讀者，使讀者能夠探索復雜的、未發現或非結構化的知識，從而促進其對知識的理解和吸收，進一步深化知識的價值。融合了AR技術的資源服務模式更符合人類的認知方式和學習方式，增強情境體驗感、情境遷移、多感官感知（視覺、聽覺），用戶能夠以最自然、最直觀的方式與知識交互。例如AR圖書將3D場景添加到書籍上，將二維靜態的知識立體化的呈現給讀者，讓知識躍然紙上，使書籍更具互動性。

3.2 人館交互智能化、實時化，提高服務效能

利用AR技術能夠為用戶和圖書館員提供可感知、可拓展、自適應的場景化服務，延伸知識服務維度。根據從傳感器或攝像頭獲取到的數據，對用戶當前所處的場景進行智能化識別，然后基于上下文感知信息（包括用戶個人信息、周圍的實體建筑、文獻資源、設備資源、圖書館員、圖書館工作流程與制度等）進行數據關聯，系統智能化生成數字場景，并疊加到現實場景中。將移動或可穿戴設備、傳感器數據、定位數據、大數據、社交媒體等要素融為一體，用戶具有主動權，可以與場景實時互動，將服務內容融于互動過程中，實現時空關聯，達成實時同步，從而實現用戶與空間、資源、服務、知識的智能化交互。

3.3 用戶體驗多元化、沉浸化，增加用戶黏度

互聯網的快速發展改變了用戶獲取信息的習慣，用戶對信息的獲取更加注重體驗。運用AR技術能夠為用戶提供交互式的、多媒體的、豐富的認知信息環境，為用戶營造出多感官的沉浸式體驗效果，使用戶在情感維度上與體驗內容產生強烈共鳴、建立深層次聯結。此外，多維度感官體驗和認知體驗，能夠把用戶帶入到設定情境中，在一定程度內及時與用戶互動，較長時間內吸引用戶的注意力，讓用戶具有高度參與度和融入感，縮短了與現實的距離，增強信息的表現力和用戶的感知力，進而增加用戶黏度。

3.4 空間構建復合化、集成化，提升空間價值

數字化和全媒體的融入使得用戶獲取信息的方式發生了變化，圖書館的空間服務模式必然要進行調整方能適應這一變化。圖書館空間可以成為創新和娛樂的中心，因為用戶可以使用AR技術以新的方式與世界互動。利用AR技術對圖書館空間合理布局，構建新的服務空間或在原有實體上進行改造，將物理空間與虛擬空間嵌合，可以打造實虛結合的學習、交流、研究、實踐、體驗、知識共享和創新空間，充分發揮空間對人的積極塑造作用，為探究式、互動式學習和科研提供多元化、多層次空間服務模式，提升圖書館空間利用價值。如利用AR技術打造創客空間、知識共享空間、學術交流空間、資源展示空間等。

3.5 讀者學習情境化、無縫化，激發學習欲望

情境認知理論認為，知識是情境化的，學習的設計最好在真實情境中。AR技術可以為用戶創設泛在化的情境式學習環境，融合身體、情感、文化和心理體驗，激發用戶的學習興趣。AR技術可以縮短現實與自我之間的距離，增強學習者的沉浸感和個人氛圍，提升其創造力水平，誘發其更高層次的學習欲望。當用戶在圖書館中具有學習需求的時候，可以利用AR技術進行環境掃描，智能感知用戶所處場景并對其增強，為用戶創設逼真的情境，幫助用戶通過移動設備或可穿戴設備在各種情境間無縫式切換，隨時隨地進行無障礙的情境探究式學習。

3.6 日常管理自動化、智能化，優化業務流程

AR技術可以在館員的日常工作中發揮巨大作用。例如前文提到的圖書智能排架，圖書管理員的排架工作被大大簡化，即使不懂專業知識也可以實現批量化、自動化排架。圖書館利用AR技術向讀者提供基于位置的信息服務，能夠實現部分參考咨詢工作的智能化。有了AR技術的幫助，圖書館可以考慮將簡單重復的工作外包，安排館員去從事其他更具創造力的工作，優化業務布局和管理，從而提升服務層次、降低管理成本。

4 5G時代AR技術在圖書館中的應用趨勢預測

5G技術的飛速發展，進一步拓展了AR應用前景和發展空間，為其在圖書館中的應用提供了新的發展機遇。在5G時代，AR技術不僅將在前文列舉的圖書館導覽、圖書指引、圖書智能排架、圖書資源展示與利用、AR文創產品方面的應用得到進一步提升與利用，還將在更多的業務領域發揮其優勢。

4.1 交互式可視化檢索

可視化檢索的目標是可見即可搜，是未來檢索的一種趨勢。將AR技術用于圖書館檢索服務能夠實現檢索的交互與可視化，這里的可視化表現在檢索詞可視化和檢索結果可視化。相比于傳統的基于文本的檢索詞，可視化檢索支持用戶直接掃描館舍建筑、書籍、圖片等信息進行檢索。例如用戶掃描某層樓的標識牌，可以直接獲取整層樓的空間布局信息。檢索過程中可以進行交互式操作，增強檢索過程的趣味性。檢索結果不再僅僅是線性列表，而是以更加直觀的可視化形式表達信息，如虛實結合的圖片、視頻等，而且用戶可以自定義檢索結果的表現形式。在5G環境下，即使檢索結果中含有大量視頻信息，也能快速返回結果，并實現流暢播放。

4.2 與文旅機構合作提升資源利用

圖書館可以與文旅機構、行業協會等建立合作關系，利用AR技術將當地的自然風景、歷史建筑和名人、文化遺產、民風民俗等與館藏資源連接，深度揭示與旅游元素相關的書籍、文獻、口述歷史資料等，豐富旅游資源的內涵，挖掘其人文價值。游客在游覽實景時，允許其將位置信息添加到集合中的數字對象中，并通過組合地圖和相機界面使其可被發現，進而將館藏資源中當地的閃光點和歷史元素與游客所處的實景連接，實現虛實結合的體驗效果，使交互更加直觀和自然。讓游客在心情愉悅的狀態下獲取豐富的信息資源和獨特的個性化體驗，不僅能拓展其知識面，實現對旅游元素的深度解讀，也能夠加深館藏資源的利用。

4.3 與其他技術融合應用構建智慧圖書館

在新的移動和社交網絡環境中，圖書館應該積極利用先進信息技術來變革其采集、處理、組織、儲存、展示、傳遞、檢索信息的方式和服務模式。在5G技術的保障下，可以將AR技術與云計算、機器學習、GPS和GIS、情感挖掘、物聯網、語音識別、知識圖譜、人工智能等新興技術融合應用，驅動圖書館業態創新，打造智慧生態系統，構建集智能技術、智能用戶、智能服務于一體的智慧圖書館。AR技術可以作為智慧圖書館的技術支撐體系的一部分，提供交互式創新服務的新途徑和解決方案，重塑圖書館知識服務模式，為用戶提供具有啟發性和交互性的專業化服務。智能識別環境中的對象和主體并對其行為作出反應，理解讀者行為，適應讀者需求，提升讀者體驗，提升圖書館在用戶、服務和技術集成方面的效率。

5 圖書館引入AR技術的思考

在5G環境下，AR技術在應用過程中存在的一些問題可以迎刃而解。就目前AR技術本身的自我發展和完善以及在國內外的應用發展趨勢來看，AR技術在圖書館中具有極大的發展潛力，尤其是圖書館移動AR應用將會更受關注。但是，與任何技術的實現一樣，AR技術在應用時，不可避免的需要考慮成本、技術、人員等方面的問題。圖書館在引進AR技術進行管理和服務創新時，必須認真思考并制定應對策略。

5.1 理性引入AR應用，合理規劃應用路徑

圖書館在引入AR應用前，務必謹慎思考，規避風險，理性引入。①考慮圖書館的經費問題。AR應用的開發或購買、設備的周期性更換、系統維護升級成本均較高，盡量在經費相對充足的前提下引入AR技術，將AR應用作為圖書館常規服務的補充。②評估圖書館的基礎設施、技術環境、人員配備是否已達到條件，確保圖書館信息生態系統已經為AR應用做好準備。③考慮用戶接受度問題。AR應用需要收集周圍環境的信息，可能會遇到許多與個人或社會規范相關的隱私問題，需要考慮在符合法律和道德規范的前提下如何讓用戶接受。④合理規劃應用路徑。圖書館可以分階段引入AR技術，先引入到某一項業務中應用，最好是體驗型業務。然后，對應用效果、用戶和館員滿意度、故障應對策略、維護成本等進行科學評估，符合預期效果后再逐步擴展到其他業務。

5.2 增加館員AR知識技能儲備，打造專業開發管理團隊

AR應用的開發和維護都需要專業人才，圖書館應抓住促進圖書館升級變革的良好機遇，提前做好人才儲備。圖書館可以在館員中篩選重點培養對象，定期為其提供AR方面的專業技能培訓，并鼓勵館員自我提升，打造一支專業的開發和管理團隊，以適應未來的技術變革。由于AR應用開發成本較高，圖書館不一定需要自己開發，但需要配備專業管理和維護人員，所以還要根據實際情況合理優化團隊中開發和管理維護人員的配比，為AR項目的開發和長遠應用儲備優秀人才。

5.3 尋求合作，互利共贏

圖書館引進AR應用需要兼顧經濟性、可訪問性和用戶友好性等多方面問題，要想達到良好的預期效果，不僅需要充足的經費，還需要專業的技術人才，這恰恰是很多圖書館所欠缺的。圖書館可以考慮在企業、文旅機構中尋求合作伙伴，合作開發AR應用，充分利用企業的專業人才和專業經驗克服設計新體驗過程中遇到的思路和技術障礙，發揮各自優勢，實現互利共贏。此外，與博物館、美術館、紀念館等文化機構合作，既能夠充分利用各機構的資源優勢和信息加工組織優勢，又能分擔部分開發成本，共同開拓有意義的沉浸式體驗服務。

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柏 雪 桂林理工大學圖書館館員。 廣西桂林，541004。

（收稿日期：2020-09-21 編校：謝艷秋，劉 明）