基于现实技术的图书馆空间参与式服务项目开设研究

马林山，赵庆峰（．合肥学院图书馆；．山东科技大学信息科学与工程学院）

在云计算、物联网、移动服务、大数据、社交网络等现代信息技术的推动下，各类信息资源日益丰富，获取渠道越来越多且越来越便捷，信息、知识环境日益泛在化。信息技术的发展不仅为信息资源获取带来了便利，也为读者互动、合作交流等有助于自身综合素质能力的提高提供了工具和虚拟实践操作平台。

现实技术可以实现真实物体和虚拟物体与用户环境的无缝结合，真实物体和虚拟物体之间的实时交互，突破空间、时间以及其他客观限制，让人可以感受到在真实世界中无法亲身经历或难以实现的体验。图书馆作为学习中心，更应加强学习空间服务内涵的建设，按照创新人才培养理念的指引，完善实体学习空间，拓展无处不在、无时不在的网络虚拟学习空间，做好实体空间与虚拟空间的参与式融合服务。图书馆应该积极采用相关增强现实技术，提高信息、知识服务能力，设计辅助学生能力培养的参与式服务项目，为创新型、能力型人才培养作出贡献。［1］文章围绕实用、交流、读者能力辅助提高这一方向，本着便捷性、易实现原则，让读者利用普通桌面、墙面，手机等便利设备实现增强显示和互动，探讨图书馆如何利用相关增强现实技术，设计开展适宜的信息、知识参与式服务项目，为图书馆空间内涵建设提供参考。

1　现实技术

“人工现实技术”是新术语，从其涉及技术内涵概括，其包括虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术子集，增强现实（Augmented Reality，AR）技术子集和混合现实（Mixed Reality，MR）技术子集，三部分统称为人工现实技术。

虚拟现实技术，亦称“灵境或幻真”技术，基本理念雏形于20世纪60年代，80年代由杰伦·拉尼尔（Jaron Lanier）正式提出这一概念。该技术可以实现创建一个集三维视觉、听觉和触觉于一体的全方位环境，使用户能利用系统提供的人机对话工具，同虚拟环境中的物体对象交互操作，使用户仿佛置身于现实环境之中。［2］

增强现实（AR）最初由波音公司的托马斯·考德尔（Thomas Caudell）提出。该技术是指对计算机产生的输入如声音、图像或GPS数据加强物理、真实世界构成元素的直接或间接的视觉显示技术。VR的开发和应用要比AR早10年左右，AR技术可以说是VR技术发展进程中的一个新阶段。

混合现实技术（MR）是包括增强现实技术及增强虚境（Augmented Virtuality,AV）技术，将其表示在广泛连续一维横轴中，左端为纯真实环境；右端为纯虚拟环境，MR是横轴上除去左右端点外的其余部分。目前MR的研究刚起步，研究显示其前景将是未来几十年人工现实技术的发展方向。［3］

现实技术的核心技术圈层主要包括智能显示技术、三维注册技术与智能交互技术。构建现实需要的设备最初比较复杂，如，可视眼镜、头盔、穿戴专用衣件等，价格比较昂贵。随着21世纪高科技的迅猛发展，现实技术中诸多难题被逐步攻克，原有的接入设备也朝着设计轻便化、功能多样化、价格低廉化方向转型，加之移动互联网和应用软件（APP）技术的广泛使用，逐步降低甚至消解了操作“门槛”，使这两种“养在深闺人未识”的高精尖技术“飞入寻常百姓家”。

应用中现实技术可以构建虚拟和增强的场景，特别是场景学习保障条件高、高危险性、不可接触设备。实验中，现实技术可以提供接近真实、便捷的场景进行学习。目前兴起的创客教育，以学生为主体，以项目为导向，其学习内容具有跨学科、跨地域、形式多样等特性。借助现实技术，可以将不同地点的学习内容或研究开发对象进行异地实时交互呈现，实现协同设计、协同开发，甚至协同生产。图书馆在空间服务方面，特别是高校图书馆应该采用现实技术，开设适宜的知识项目服务，拓展图书馆信息服务，帮助读者提高创新能力。

2　现实技术对人才培养的辅助作用

2.1　现实技术可将抽象的知识可视化、形象化

利用现实技术可创建三维互动仿真模型，将复杂的理论知识可视化、形象化，帮助学习者形象、直观地认知。如，一些具体现实应用系统能使用微粒、符号、向量等虚拟元素，让学习者用肉眼观察诸如气流或磁场等抽象科学概念和难以观察到的现象。Fjeld M等详述了利用AR技术让学生选择化学元素来构成3D分子结构模型，还能够任意旋转分子模型。［4］Clark A论述了利用一个基于普通纸张、具有3D内容的图画簿，让学习者观察到即时弹出的3D模型，以此将书中的内容形象化。［5］实证表明，现实技术对学习元素所产生的可视化效果，能够加强学习者对抽象概念和不可见现象的感知，很好的提升学习效率和效果。

2.2　推动实现泛在环境下的情境式学习

现实技术可以构建具有物理属性、可智能互动的仿真设备，在互联网支持下，打破时空限制，让学生随时随地进行操作练习。现今我们正在向情境感知泛在学习空间 AULS（Ambient Ubiquitous Learning Space）的生态环境迈进，未来的学校、教室、博物馆、会议室、图书馆，乃至流通的商品，都能主动发射自身的信息和知识，学习者可以日益沉浸于现实与虚拟数字世界交织的信息生态环境中。学习者利用移动设备，即可轻松地感知并获取学习对象的详细信息和学习内容，并透过无所不在的智能网络，利用对话、社交互动来实现社会学习。

2.3　帮助提升学习者的存在感、直觉和专注度

教学游戏和虚拟空间，能让学习者获得存在感，增强其直觉，并专注其中。现实技术构建的虚拟空间或增强空间，对学习者来说，能让其感觉到与他人同处一个位置，身临其境，有种存在感，从而加强学习者对学习社区的认知，并形成高专注度。直觉有助于培养学习者在学习中的情感价值。现实技术构建的系统，能够将学习者、虚拟元素或信息以及某些特性在一个真实环境中融合到一起，通过提供即时反馈和语音或非语音的提示来培养学生的直觉。学习者融入沉浸式的环境中，易于将学习内容理解应用到真实的世界问题之中。

2.4　场景交互学习方式可以达到自然态效果

现实技术构建的虚拟场景和增强场景，对学习对象的操作仿真程度十分逼真，基本与自然态一致，这一点是传统多媒体技术无法达到的。如Flash模拟的抛硬币实验，实验者通过点击按钮进行抛币，结果易让人感觉是程序预先设定好的，体验不到真实环境中抛币的感觉。而增强现实即可让人“抛币”，观看下落的自然结果。基于增强现实的凸透镜成像实验，操作者直接如同自然环境一般操作虚拟的蜡烛、透镜来改变物距，观察结果。这种不用鼠标、键盘操作的自然交互方式，与做真实实验的感觉十分一致。［6］

3　国内外学习现实环境构建软件工具平台简介

采用现实技术搭建知识学习仿真环境，除了需要计算机、专用摄像机、投影仪以及头盔或者眼镜等硬件设备外。关键需要具备知识内容体验学习软件解决方案和工具平台。随着信息技术的快速发展，目前国内外已有多家技术公司具备这方面的能力，产品较为成熟，使用也比较简单。开发者只要通过现成的开源代码或者平台工具，按照自己的业务逻辑，设计开发相应的VR/AR软件产品，还有丰富的基于现实技术的知识内容产品，引进部署起来即可使用。

（1） Wikitude。Wikitude是美国 Mobilizy公司于2008年秋推出的移动增强现实开发平台，该公司是世界上领先的移动增强现实（AR）提供商，主要针对智能手机、平板电脑和数字眼镜提供增强现实解决方案服务。最新产品除了3D跟踪外，允许应用程序看到房间，空间和环境。提供的Wikitude Augmented Reality SDK是一款优秀的集成化增强现实开发包，开发人员不需具备深厚的编程知识，只需简单注册，依据提示步骤，即可完成自己的AR设计。［7］在实时交互式3D环境的知识体验学习上，如，语言对话学习、场景细节导览等方面优势非常明显。

（2）ENTiTi。由成立于2013年的以色列创业公司WakingApp提供，具体工具名称为ENTiTi Creator，该软件平台简单易学，是一款适合DIY的VR/AR内容创建工具。ENTiTi是基于云计算的平台，创作者可以利用它创建虚拟和增强现实的交互式内容，不需任何编程技能，只需依靠鼠标拖动即可完成创作。可以在线3D视角查看内容，自动适配各种终端，如手机、平台电脑、VR盒子、智能眼镜等，［8］并且创作的内容可以随时随地快速的更新。其用途不仅适合企业的产品展示，还适合包括工业企业、建筑公司、博物馆、教育机构、医疗机构等VR场景展示。

（3）HiAR。HiAR是由国内成立于2012年亮风台（上海）信息科技有限公司于2015年8月推出的新一代增强现实开发平台，现置入Native 3D引擎的SDK 2.0已全新问世。该平台简单易用，功能强大，开发者可轻松使用最前沿的计算机视觉技术、计算机图形学技术，自由发挥创意，快速搭建个性化AR应用，特别是为App加入新颖的增强现实（AR）功能。官方表示，HiAR技术基础平台已覆盖用户超过8亿。

4　基于现实技术的SDK平台开发应用流程

基于现实技术的应用开发，采用的解决方案大部分是利用Unity 3D等游戏引擎配合VR/AR SDK进行开发，目前最受欢迎的SDK有国外的Vuforia SDK以及国内的HiAR SDK等。开发者一般要掌握c#编程语言以及Unity 3D开发知识，下面以国内的HiAR SDK为例，简要概述AR应用的基本流程。［9-10］

使用HiAR来制作AR应用，一般分为以下五步。

（1）注册成为HiAR用户，网址https://portal.hiar.io/html/user/signup/。

（2） 下载合适的 SDK。HiAR SDK 包括 Unity、Android、iOS、Cloud API等不同的版本，在开始工作前，要依据开发应用程序运行环境选择适合的SDK。各种版本的SDK都有详细的说明。

（3）获取App Key和Secret。SDK版本虽然各异，具体使用方式也不尽相同，但都需要获取App Key和Secret后才能正常使用。App Key和Secret是由管理后台生成的分配给应用的唯一标识，通过该标识可以将您的应用与对应需识别的图集对应起来，方便识别内容的管理。

（4）编辑识别内容。为了方便识别内容（识别图片）的管理，HiAR提供了图集的管理方式，登录HiAR管理后台后，可以很方便的创建图集。

（5）根据SDK说明制作AR应用。具体应用一般从视频的捕获，标志物检测跟踪，虚拟场景渲染，基础算法和应用程序框架等五个方面考虑。应用系统的实现步骤，如下图所示。由于每个SDK的使用场景不一样，所以具体SDK的使用还要参考对应的使用说明文档。如，HiARSDKforUnity的说明文档（http://hiar.com.cn/doc-v1/sdk-unity/overview/）。

图　AR应用系统的实现步骤

5　基于现实技术支持的图书馆空间参与式服务项目设计

5.1　虚拟和增强现实结合，打造生动有趣的入馆教育

读者入馆教育，一直以来图书馆都比较重视，特别是高校图书馆，都把它视为入校第一课的内容。具体的组织形式一般有课堂讲解、带领参观、阅读手册和考试、以及单一的在线网络虚拟导航参观等。随着现实技术的发展，入馆教育可以进一步改变学习形式，基于VR和AR技术，构建游戏闯关式入馆教育互动平台，将要介绍给读者的图书馆信息和相关知识，分场景设计到VR中。读者利用学号和图书馆初设的密码登录，浏览信息后，紧接着是过关回答问题，一个场景一个关卡，一个关卡设定一定过关分值。过不去回过头重新浏览，再答题过关，全部通过所有关卡，才算通过。另外，对于一些重要场景和图书情报知识点，设计相应的增强现实内容，如，书架立体显示、分类法组织规律以及古籍介绍等，帮助读者进一步直观了解图书馆并理解掌握相应知识点。

入馆教育平台在校园网内可以通过PC电脑，平板或者手机移动终端登录使用。过关结果与入馆和借阅权限挂钩，读者未通过该平台完成入馆教育，相应的权限不能开通。对于完成通过的读者，相应权限自动开通，并且可以通过统计功能，按照分值和操作时间等因素，找到过关优秀读者，进行表彰。在这方面，北京智信数图科技有限公司研发的新生入馆教育考试系统较为成熟，管理简单，用户引进只需将本馆的资料填单式加入即可，学生游戏式操作，趣味性很强，效果良好。［11］

5.2　构建体验式语言学习环境

语言的学习关键在于交流，特别是外语学习，由于缺乏互动交流场景，单一的背诵方式学习，效果不够理想。图书馆可以考虑基于现实技术构建一个虚拟和增强现实相结合的体验式外语学习互动平台，定位在提高学生学习外语的趣味性，注重口语、语言交流能力方面的培养。

结合本校的外语语种教学情况，部署学习内容。分类别、分等级设计丰富的虚拟体验参与式知识学习片段场景，让学生利用便捷终端，进入场景担任角色互动交流学习。既扩展学知识，又练习听、说技能。过程中系统智能识别评判学生的发音，并及时反馈纠正。学生还可以利用该平台与老师直接交流，向老师提交作业；学生之间也可直接对话交流。形成人机结合的互动参与式语言学习生态，为学生提供学习任务、练习、批改、测试、评估等全面服务。目前，在体验式外语学习方面，智课教育科技（北京）有限公司提供的解决方案，比较成熟，成功案例较多。［12］

5.3　增强研讨交流空间的智能互动性

利用现实技术，进一步完善图书馆研讨交流空间的智能性，提供互动、智能互动式投影设备，让学生可以在共同探讨情境下形象、触控、便捷地检索、下载信息、研讨阅读、展示分享交流心得等。提供相关系统，实现研讨室空间场景播报，让研讨室外的读者可以通过电脑、手机等终端参与进来互动，便于一些异地的研讨小组人员参与指导或交流学习。互动的过程（下载的文档、过程视频）可以记录下来，便于研讨资料的搜集保存。

5.4　古籍文献的增强显示阅读

图书馆的贵重文献，如，古籍、图集等原著不易外借的文献资料，为了便于读者使用，可以考虑采用现实技术，特别是增强现实技术，在古籍等贵重文献周围，将其数字化的内容让读者具有如同翻阅实体文献的感觉，虚拟的翻页浏览，提高这部分文献的利用率。在这方面，国外图书馆已经有不少成功实践。如，美国北卡罗来纳州立大学图书馆开发的Wolf Walk项目［13］和 Red，White&BlackWalkingTour项目［14］以及美国俄勒冈州立大学图书馆与档案馆开发的Beaver-Tracks都是采用增强现实技术实现古籍等贵重文献在电脑、移动设备等多种终端上增强显示、阅读。此外，AR技术还可提供辅助功能，协助研究者对图书馆古籍特藏文献进行学习和研究。如，提供对古文献的解释、注释、字符识别等增强查询、显示功能，便于读者阅读研究。［15］

5.5　打造基于现实技术的基础工程体验空间

图书馆结合学校的专业培养方向，可以考虑采用现实技术建设一个基础工程体验学习空间。在这里引进一些虚拟体验操作项目，如，虚拟工厂参观、AR零部件识别、模拟设备装配等。依据学校学生的情况，有针对性的设计一套系列知识学习和体验操作服务项目，由专业馆员引导学生参与。具体的知识体验服务项目一方面可以从公司引进，如，中视典数字科技公司在认知教育领域，可以提供机械设备组装流程、设备配件信息展示、虚拟实验模拟、安全知识演练、科普知识分阶等方面的服务项目，技术较为成熟，应用比较广泛。［16］另外，可以由专业馆员基于现实技术平台，自行为学生设计开发一些知识体验项目。

5.6　构建VR/AR创客实验室

现实技术未来有宽广的发展空间，图书馆在积极利用现实技术开展形象知识认识与体验项目服务的基础上，也可以搭建现实技术实验室，普及VR/AR知识，围绕VR/AR技术原理、产品研发、内容制作、模式设计、应用开发等方面开设系列知识讲座，来提升图书馆知识服务。因现实技术主要包括计算机图形学、摄影摄像、图像处理、立体视觉生理学、人机交互等方面的知识与技术。讲座内容可以分四个模块组织：现实技术理论及应用；前期制作；后期编辑和交互设计。其中，理论及应用模块主要引导学生认识VR/AR技术的基本原理，了解常见的应用场景，启发设计灵感。前后期制作部分，围绕建模、虚拟场景制作、信息叠加等技术。交互设计则会介绍系统仿真、VR/AR交互硬件原理及开发、Web交互、可穿戴设备交互、动作捕捉等。系统培养学生在现实技术方面的能力，让学生变成AR/VR创作者，制作自己的AR/VR作品。

图书馆积极利用现实技术开设新服务，特别是吸引读者的参与体验式服务项目，具体形式将是多种多样、非常丰富的，关键在于图书馆要积极参与，勇于创新，才能推出适宜的服务项目。在项目开发上，图书馆要结合自己的实际情况，有选择的开展。另外，图书馆采用现实技术在一定的空间中部署VR/AR知识服务项目，在一定程度上并不难；关键是培养出从事该项服务的馆员队伍，让其乐于这方面的钻研，主动定期的开设具体的虚拟知识体验项目，吸纳学生积极参与。同时，构建适宜的工作考核评价标准，激励馆员在这方面的工作积极性。相信在软硬件结合的基础上，图书馆构建的基于现实技术的服务项目，会得到好的收效。

［参考文献］

［1］中国教育新闻网—中国教育报．创新人才培养：澄清误区才能辨方向 ［EB/OL］.［2016－10－28］.http://www.jyb.cn/china/gnsd/201610/t20161028_6793.

［2］Grigore C.Burdea，Philippe Coiffet．Virtual Reality Technology（2nd edn）［M］．New York：John Wiley&Sons，2003：4－6.

［3］Azuma R．A survey of augmented reality［J］．Presence： Teleoperators and Virtual Environments， 1997（6）：355－385.

［4］Fjeld M，Voegtli B．Augmented chemistry：An interactive educa-tional workbench ［J］．Proceedings of International Symposium On Mixedand Augmented Reality，2002：259－260.

［5］Clark A，et al．An interactive augmented reality coloring book ［J］．10th IEEE International Symposium on Mixed and Augmented Reality（ISMAR）， 2011：259－260.

［6］Cai S，et al．Using the augmented reality 3D technique for a convex imaging experiment in a physics course［J］．IntJEngEduc，2013，29 （4）：856－865.

［7］See more with Wikitude［EB/OL］.［2017－04－10］.https://www.wikitude.com/about/.

［8］Bout Waking APP Overview ［EB/OL］.［2017－04－10］．https://www.wakingapp.com/about/.

［9］张克发，等．AR与VR开发实战［M］.北京：机械工业出版社，2016：123－158.

［10］HiAR 快速入门 ［EB/OL］.［2017－04－14］.http://hiar.com.cn/doc-v1/main/quickstart/.

［11］北京智信数图科技有限公司．新生入馆教育考试系统 ［EB/OL］.［2017－03－26］．http://www.zhixinst.com/Default/go?sortID=126.

［12］智课网 ［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．增强现实（AR）技术在图书馆中的应用研究［J］．情报资料工作，2017（1）：64－65.

［16］中视典数字科技——认知教育领域［EB/OL］.［2017－04－04］．http://www.vrp3d.com/art/.