5G时代的图书馆多场景VR服务体系建设研究

谭衍慧

(黑河学院 图书馆，黑龙江 黑河 164300)

5G技术的出现，标志着我国信息互联网发展迈向了更高台阶，引入物联网建设理念，将“物”与“人”各自交互、彼此交互变为现实，开启了数字化转型发展阶段，以数字生态系统作为信息交流工具，驱动着个性化服务、智能感知服务的进一步发展[1]。在此时代背景下，智慧图书馆服务成为该领域重要发展方向，通过建设多个场景，为读者提供VR服务[2]。

一、5G技术的内涵

(一)5G技术定义

5G技术是移动通信的第五代技术，“G”的英文全称为Generation，意为“代”。不同通信技术可以为用户提供的业务类型存在较大差异，并且信息传输速率、信息延迟、信息转换成功率等均不同，从最初的1G发展到当前的5G通信技术，这个过程是耗费了大量时间探究数字延伸问题的技术改革过程[3]。

与4G通信技术相比，5G技术的信息传输速率有了很大幅度的提升，支持10Gbps速率的信息传输，平均信息传输速率高达1.5Gbps左右，上下浮动范围在0.5Gbps以内，在支持视频拍摄的同时，完成视频的传送[4]。其中，视频规格为1 080P。

(二)5G技术演变

1G通信技术到5G通信技术的演变，经历了2G、3G、4G发展阶段，每一种通信技术适合应用的场景不同。

1G通信技术：该项技术于1980年前后诞生，采用无线电波传播技术和通信模拟技术，建立了通信桥梁，为用户提供电话通信服务，但是信号不稳定。

2G通信技术：该项技术于1990年前后诞生，采用无线传输数字技术，为用户提供上网冲浪、短消息通信、电话通信服务，通信安全性有所提升，但是网速较慢，网络运行不稳定。

3G通信技术：该项技术于2009年前后诞生，采用数字信号技术，研发了智能手机，为用户提供视频通话、电子商务、微博信息发布服务，数据传输效率有所提升，但是产生的网络流量费用较高，使用的用户较少。

4G通信技术：该项技术于2013年前后诞生，同样采用数字信号技术，改进了网络结构，使得信息传输效率有所提高，并且网络覆盖面比较大，支持不同种类智能手机运营，大大提高了电话通信、网络通信服务质量，通信费用降低，但是仍然存在不足[4]。

5G通信技术：该项技术于2019年前后诞生，提高了数据信息传输效率的同时，将互联网真正融入到通信技术中，研发了无人驾驶技术、智能服务技术、无人机操控技术、VAR技术等，丰富了服务功能，改变了社会发展现状[5]。

从上述发展历程来看，我国通信技术的改进对人类生活和社会发展均具有较大影响。1G通信技术到3G通信技术的发展，使得人们的通信需求基本得到满足，但因信息传输速率有限，所以，信息传输延迟较为严重，4G技术的出现，大大提高了信息传输效率，给人类的生活和工作提供了便利条件，而5G时代的到来，则加快了社会发展步伐。

二、5G技术在信息服务中的变革及应用场景

(一)5G技术在信息服务中的变革

自3G技术的出现，我国开始为用户提供互联网服务，在智能手机中添加多项服务功能，从而丰富人们的生活和工作。例如，看小说、语音聊天、视频聊天、搜索微博消息等服务。虽然信息传输速率较慢，但经过多年研究改进，提出了4G技术，实现了移动化、智能化发展。用户在使用体验中感受到4G技术的高质量服务，不仅网速提升幅度较大，而且实现了促进社交网络的快速发展[6]。5G技术的到来，使得信息认知更加智能化，通过信息感知，为用户提供所需服务，包括信息发送与知识发送等[7]。目前，5G技术普及范围逐渐扩大，为用户带来更加便利的服务。

(二)5G技术在信息服务中的应用场景

1.虚拟/增强现实

该应用场景指的是VR/AR，选取计算机技术作为现代信息化技术，将触觉、听觉、视觉聚集到一体，在某一范围内打造一体化虚拟环境，通过物体之间的交互和影响，从中获取一些体验和感受[8]。与4G技术相比，5G技术对提升用户的体验评价作用更大，使得用户在VR/AR中沉浸到体验当中。目前，部分图书馆已经开始向读者提供VR/AR服务。

2.超高清视频

5G技术提高了信息传输速率，使得超高清视频发展成为现实。2019年，我国多个地区开始测试超高清视频传输情况，2020年，超高清视频播放技术应用覆盖面越来越大。

3.智慧阅读

将物联网技术和5G技术融为一体，建立全连接网络体系结构，通过监测移动阅读数据，获取读者的阅读喜好信息，从而为其推荐一些所需书籍[9]。另外，研发智能阅读辅助设备，开发VAR阅读资源，打造虚拟化阅读服务场景，扩宽资源应用领域。

从5G技术当前应用情况来看，对图书馆发展非常有利，可以尝试将智能场馆建设提上日程，设置多个VR场景，提高图书馆服务质量。

三、5G时代的图书馆多场景VR服务体系建设方案

(一)图书馆多场景VR服务逻辑架构设计

VR服务体系的建设是将图书馆服务看作一项图书馆管理系统工程。在5G时代背景下，充分利用该时代网络技术，根据图书馆服务需求，开发系统功能模块。这些功能模块的开发，主要利用AI技术、VR技术、云计算等技术，搭建多个图书馆服务智能终端，按照服务逻辑结构，建设VR服务体系。该服务体系的建设基础为5G网络，通过为读者配备穿戴设备，为其提供VR服务，使得读者在虚拟环境中体验到不一样的阅读感受。按照操作终端类别的不同，可以将VR服务逻辑架构拆分为VR操作系统、读者操作界面两部分。如图1所示，为多场景VR服务逻辑架构。

图1 多场景VR服务逻辑架构

1.VR操作系统

此部分为支持VR服务的网络操作系统终端，由多场景VR操作系统和5G网络运营的跨终端。前者指的是图书馆VR服务功能实现的操作系统，根据图书馆服务系统开发功能不同，设计相应的操作命令。后者指的是运用5G网络作为各个终端通信连接工具，实现各个终端通信连接。

2.读者操作界面

此部分结构是根据图书馆服务内容，采用通用型操作界面，为读者设置系统登录模块、文字图片浏览模块和视频浏览模块。其中，系统硬件的配置需要根据视觉跟踪算法开发需求进行配备。为了改善读者体验感受，该系统引入VR视觉跟踪算法，开发VR视觉服务，将视频和图像信息以虚拟化方式呈现在读者面前，并对视频和图像加以渲染处理，使得VR虚拟体验更加真实。

(二)算法流程设计

图书馆VR服务建立在数据处理基础上，通过对图书馆资源数据采取不同处理，从而为多场景建设提供条件支撑。其中，VR视觉跟踪算法是视觉数据信息采集和处理的关键技术，本研究对该算法的运行流程进行详细设计，如图2所示。

图2 VR视觉跟踪算法流程

第一步：从不同终端和功能模块中采集图书馆服务中的系统空间数据、重力数据、旋转数据，作为视觉跟踪算法执行数据支撑；

第二步：运用第一步采集到的数据估算视觉空间位置，得到VR服务初步路径；

第三步：采用三维定位技术，确定具体视觉空间位置，生成VR服务方案，并采用滤波等技术加以处理，从而得到高质量服务数据信息；

第四步：输出结果优化处理后的阅读知识。

本系统在应用VR视觉跟踪算法的同时，分析视觉传感器采集数据信息中存在的噪声干扰问题，添加卡尔曼滤波算法，将该算法与视觉跟踪算法共同应用到VR服务中，滤除信息中的噪声。

四、5G时代的图书馆多场景VR服务体系建设推行路径

图书馆VR服务研发期间，除了考虑不同VR服务场景建设需求以外，为系统开发配备硬件资源，搭建软件开发环境以外，还需要考虑VR服务体系的推行路径，否则该服务体系建设便失去了意义。本研究根据该服务体系特点，提出一些推行路径。

(一)图书馆VR资源库的建设与扩建

VR服务场景的建设需要大量的VR资源，并且对资源更新要求较高，只有以新的图书馆阅读资源作为数据信息支撑，才能够满足读者对于资源阅读的需求。所以，图书馆VR服务发展，需要扩建VR资源库，并且根据技术发展现状合理选取开发工具。当前资源数据库开发应用比较多的技术为VRML语言，该语言属于虚拟现实建模语言，满足虚拟资源模型构建需求。在实际应用中，利用多媒体技术、三维图像处理技术、二维图像处理技术、动态技术等工具，将阅读资源注入到虚拟环境中进行交互，使得读者在体验中产生身临其境的感受。该开发方案满足VR资源库建设需求，由于图书资源需要更新，所以，在当前数据资源基础上需要扩充。在扩建之前，评估图书馆物质资源，明确大量资源中可供VR服务的数据资源，将其录入到系统数据库中，并更新数据库。

(二)更新图书馆多场景VR服务设备

VR服务场景的更新，需要根据VR场景建设需求，搭建系统作业硬件架构，该架构对VR服务设备提出了新的要求，从而提高VR服务质量，丰富VR服务项目。为了实现这两个发展目标，必须根据VR服务改进需求，为其搭建相应的作业环境。

由于更换硬件设备成本较高，为了有效控制成本，建议从软件技术层面出发，依据VR服务功能开发需求，更新系统作业程序，将这些新的程序嵌入到系统中，提升系统服务设备作业水平，以满足VR服务不同场景建设需求。例如，应用AI处理技术和5G网络通信技术，对操控终端的服务反应速度做出调整，使其满足VR服务需求。再如，选取光场摄像技术作为处理工具，建设四维空间，在此空间下完成画面的录制。

(三)提高多场景VR服务体系建设队伍技术水平

人才队伍是VR服务体系建设实施的基础，只有人才具备VR服务体系开发技能，具有较强的创新能力，才能够完成VR服务体系建设工作，丰富服务场景，改善系统操作性能。因此，为了更好地实施服务体系建设工作，必须引进高端技能人才，壮大人才队伍。除了要求这些人才来自计算机通信网络专业以外，还必须掌握基本的VR服务体系建设技术，熟练AI开发技术，在创新服务场景方面有自己独到的见解。随着时代的不断进步，对图书馆VR服务的要求越来越高，从长远发展角度来看，培养VR服务人才是当前图书馆VR开发的重要工作，为人才提供更多学习机会，让其接触新的事物，从而对VR服务开发产生新的想法。