大数据时代VR 技术在数字图书馆建设中的运用

潘雅芬

（南安国光中学 福建 泉州 362321）

0 引言

数字图书馆自1989 年就已经正式开始使用，在以后的时间里发展迅速。 中国数字图书馆建设与其他国家一样，都是基于Internet 互联网服务，通过提供数字化图书资源为读者带来更便捷的阅读体验［1］。 早期的数字化图书馆资源几乎都是单纯实现纸质资源的数字化变革，在此背景下二维的数字资源内容表达能力十分有限，数字图书馆也在不断寻找更符合大众阅读要求的延伸性服务。

虚拟现实（virtual reality，VR）技术作为综合性、交互性的新兴技术，其在计算机硬件水平飞速发展的当下变得十分火热，其集成了计算机技术、计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机交互理论、传感器技术及人类行为学等多项内容，将固定化的多媒体表现形式展示为更具有互动特性的虚拟环境。 VR 技术在数字图书馆中的运用，能够让阅览者更能沉浸于其所勾画出的意境，达到逼真可视的效果。 因此，将VR 技术应用于数字图书馆建设过程中，能够借助计算机虚拟仿真技术为数字图书馆用户提供身临其境的观感体验，这也是未来数字图书馆发展的重要方向之一。

1 VR 技术的应用优势

1.1 打造亦真亦幻环境，完成信息可视化服务

VR 技术拥有多种实现类型，有桌面式VR 系统、沉浸式VR 系统和增强式VR 系统等。 桌面式VR 系统是以计算机或图形工作站为主要展示设备，用户通过与计算机的互动来感知虚拟世界，其本质是由计算机在屏幕上生成一个三维的虚拟空间，用户通过交感工具完成各感官的反馈。 沉浸式VR 系统则与桌面式有很大的区别，桌面式本身并没有对用户进行环境隔离，用户仍然会受到周围真实环境的影响。 而沉浸式VR 系统则是通过将用户与外界环境隔离，使用户“沉浸”在一个完全由虚拟事物构成的环境中，互动感更强。 增强式VR 系统又称为增强现实系统，其最大的特点是能够实现虚拟环境与真实环境的叠加，达到“虚中有实”的效果［2］。 在博物馆场景中，虚拟现实技术应用前景十分广阔，通过增强式VR 技术的使用，可以让游客真实体验古代的居住环境，感受古老器物使用环境。 同样，在数字图书馆中，增强现实技术也可以通过打造亦真亦幻的环境来更好地完成信息检索的可视化等服务。

1.2 营造三维虚拟环境，为读者提供交互平台

VR 技术的目前应用领域主要集中于航空航天、军事、医学、建筑规划等方面，另外在大学校园中的应用也较为广泛，虚拟校园的概念正是基于虚拟现实技术而提出的。 在图书馆领域中，一些规格较高的市图书馆已经逐渐普及VR 技术。 除了图书馆及校园中的应用，VR 技术在文物保护、旅游等方面都有着极其广泛的应用，利用增强式的VE 系统以及传感器设备，体验者可以拥有更好的浏览体验［3］。

传统图书馆是存放书籍、音影像资料的场所，基于资源类型的限制，不管是数字图书馆还是传统图书馆在与读者的交互性以及资料可视化方面都十分欠缺，读者对于知识的感知能力十分有限。 在多媒体时代，丰富的知识载体能够帮助读者更容易了解其内容及意义。 数字图书馆作为一种信息时代的产物，如果其发展只是局限于将书面文字、图像进行数字化或多媒体转化，那么其所提供的服务内容将十分有限。 虚拟空间是利用计算机虚拟仿真技术、3D 建模技术打造出一个可供互动的三维虚拟环境，在VR技术的支持下，读者可以在虚拟平台与虚拟物品交互，甚至可以在虚拟环境中行走，更加真实地了解数字图书馆的布局和结构，让数字图书馆的优势得以最大化体现。

2 VR 技术在数字图书馆建设中的应用

2.1 数字图书馆虚拟空间建设

数字图书馆的可视化功能想要完成进一步的拓展，就需要在功能的智能化建设方向进行深入思考。 虚拟现实技术最大的优势在于通过虚拟仿真技术将抽象的事物具象化，而虚拟空间则是为具象化的仿真内容提供全面的可视化环境［4］。 换句话说，虚拟环境的建设是信息可视化领域的自然拓展，是技术发展的必然。 随着互联网、物联网技术的不断融合，数字图书馆所能带给用户的服务体验也在不断升级。 VR 技术的应用为虚拟空间建设带来了全新的契机，通过VRML 建模语言，可以方便地为数字图书馆创建三维的、立体的虚拟空间，让三维信息资源有更好的表现形式。

数字图书馆用户可以通过在虚拟空间的视觉、听觉等，感知、交互并参与到图书馆的环境之中，获得更加直观的感受。 虚拟空间中视觉和听觉给用户带来的冲击力是传统文字图像等二维信息形式所不能比拟的。 例如，大型图书馆往往拥有较大的规模，大众想要快速了解图书馆的结构往往需要借助于平面结构图来实现，而二维化的平面图抽象难懂，如果可以使用VR 技术生成三维图像，大众就可以快速地了解图书馆的详细结构，进而更加高效地锁定服务区域。

2.2 数字图书馆三维信息资源建设

图书馆是为公众提供公共文字信息服务的机构，其基本的职能是收集、整理和典藏文字信息，并且为公众提供阅览服务。 图书馆是国家公共文化服务体系的重要组成部分，在新形态的数字图书馆概念中，信息的收集与典藏都将实现数字化，利用高新技术对数字资源进行深度挖掘。 从资源建设角度来看，VR 技术的主要应用前景是三维信息资源的建设，三维信息资源相较于二维信息资源有着更好的交互性，更加符合现代人的知识获取效率需求［5］。

三维信息资源的优势主要相较于二维信息资源而言，二维信息资源是指文字、图像、视频等等常见的多媒体形式，这些形式的显示特性有限。 而三维资源可以建设能够提供交互特性的三维环境，利用VR 技术构建出的立体空间拥有更多的显示特征，更加立体逼真。 数字图书馆中的信息资源建设可充分发挥出立体图像的优势，进而完成三维信息资源的建设。 在数字信息时代，图像和音视频成为信息的主要载体，人类对于图像和视频的感知更加强烈。三维信息资源的优势主要表现为：

（1）三维信息资源可以提供更丰富的信息内容，能够检测物体的形态、颜色和细节等；

（2）具有快速反应的性能，可以根据情况快速地完成内容的变换；

（3）数据量大，对于复杂物体的细节表示更加丰富；

（4）三维信息资源支持移动设备的应用，可以方便快捷地利用手机、平板电脑等设备进行阅读和交互；

（5）支持多模态融合，可将不同的图像数据源整合，完成细粒度更加丰富的展示。

2.3 数字图书馆信息检索应用

人类对于信息检索的直接感官形式是视觉，在传统的检索机制之中，检索的结果都是以文字的形式展示给使用者，但二维化的文字形式表达的内容毕竟有限，只是对与关键词相关的内容进行简单分析重组，远达不到新时代人类对于信息资源获取的需求。 在可视化技术的应用下，数字图书馆中新形式的信息检索结果可视化，让更有创造力、想象力的信息搜寻方法成为可能。 现如今计算机强大的图形处理能力让这种复杂的可视化展示拥有了无限的可能性，在突破了硬件的限制之后，人与信息检索结果之间的互动性将会直线提升。

基于VR 技术的信息检索服务是将数字图书馆中的数字资源以三维化、虚拟化、立体化的形式展示给检索需求者，给人带来身临其境的感觉，彻底改变了人与计算机之间的陈旧式人机交互模式。 一般而言，基于VR 技术的信息检索方法是充分发挥VR 技术的数字可视化建设优势，将传统意义上难以用二维形式表现出来的部分，通过构建一个虚拟化的物体进行新概念上的表达。 以生物资料中的细胞结构为例，VR 技术可以向读者展示出仿真的细胞结构环境，在立体的图像中，读者可以更加轻松地了解哪一部分是细胞壁，哪一部分是细胞核。 信息检索的可视化属于信息可视化的范畴，是将数字集中抽象的数据及其语义关系转化为可视展示，并将内部的检索过程展示给观看者。

3 大数据时代数字图书馆建设中VR 技术的运用策略

3.1 数字图书馆虚拟空间的建设策略

3.1.1 基于VRML 建模的虚拟空间建设

VR 技术体系中的VRML 语言是一种用于三维建模的解释性语言，主要用以实现数据的三维展示。 VRML 所搭建出的三维模型能够形成非常丰富的视听效果，基于此技术的三维信息资源能够给予用户丰富的视听体验，其所产生的感官上的刺激有助于理解文献资源的内容。VRML 是一种基于万维网协议的三维场景建设语言，通过网站应用设计快速帮助图书馆布设三维信息资源［6］。 使用VRML 建设数字图书馆三维信息资源的优势在于，其基于web 网页的应用实例、HTML 脚本语言作为Web 网页的源文件，兼容性强，代码量少，结合JavaScript 动态脚本语言可以丰富静态网页中的三维元素，实现页面动效和人机互动。 三维图书馆虚拟场景的建设需要有软硬件的支持，在现有的软件开发技术下，这一设想的实现并不困难，借助于VRML 主程序，软件开发人员可以通过建模的方式完成三维虚拟空间的创建。 而利用VRML 构建的虚拟环境不需要专门的配套设备，这更有利于服务内容的展示及技术的普及。

3.1.2 基于360°全景技术的虚拟空间建设

相较于基于Web 应用的3D 场景技术，360°全景技术拥有更加强烈的真实感，能够表达更多的图像信息，并且拥有更大的操作空间，沉浸感和交互性更强。 除此之外，360°全景技术还有着制作成本低、网络资源占用小、适用性强等多项特点。 目前数字图书馆的虚拟场景建设仍然无法完成摆脱二维图像和动态视频的传统展示方面，但是应用360°全景技术可以营造出更加真实的立体空间，使用者能够漫步在全营造的虚拟环境中，通过丰富的交互方式来感受数字图书馆提供的服务内容。 目前技术最为成熟的是立方体型360°全景技术，此技术在水平方向上可达360°角，垂直方向上为180°角，通过6 个平面的图像拼接完成立体化效果的营造。 数字图书馆可以使用360°全景将二维平面图片转化为三维立体效果，这种方式拥有极高的性价比［7］。

3.2 数字图书馆三维信息资源建设策略

基于VR 技术的三维信息资源拥有强大的信息可视化手段，在人与资源的交互问题上明显拥有更好的解决方案。 大数据时代的数据挖掘所收集的资源类型复杂，内容形式多样，在杂乱无章的海量数据中找出隐含的规律，更需要借助于三维信息资源建设。 数字图书馆在传统纸质文献资源数字化建设的基础上，利用三维建模技术将二维信息资源立体化、具象化，将文献资料以更加真实的手段展示出来，为广大读者提供更好的数字化信息资源服务。三维信息资源的建设能够更加方便、全面地展示资源，从而更好地服务于数字图书馆用户，这对于提升文献数字资源的最大化利用产生了积极助益。 VR 技术是三维仿真技术的基础，同时也是技术核心，是落实数字图书馆三维信息建设的基础条件。

基于VRML 建模语言的数字图书馆三维信息资源，能够在Web 应用中嵌入三维立体信息，赋予传统文字、图像信息新的表现形式，让使用者拥有与现实世界体验相符合的阅读体验，实现自然的人机交互。 三维信息资源拓展了数字图书馆的服务模式，将其由被动式的阅读服务转变成了以人机交互为主的新形式内容服务，强交互性不仅为读者带来了全新感受，也同时以立体化的形式全新诠释了文献资料的内容。

3.3 数字图书馆信息检索服务策略

无论是传统图书馆还是数字图书馆，其所行使的职能都是为用户提供阅读服务，所以其信息检索可视化的建设路径应围绕信息资源可视化、检索结果可视化以及人机交互可视化三个方面。 VR 技术通过三维建模将二维意义上文字、图像资源进行三维立体化，其本质是对抽象文字的一种具象化表达，如果将其应用于数字图书馆的信息检索，则应着重于解决信息检索结果的可视化问题。 在图书馆所提供的传统检索服务中，搜索的结果会以条目的形式陈列出来，读者需要根据需求在众多结果中挑选有用的信息，这种传统意义上的检索服务提供方式本身效率不高，而且有时读者需要点击每一项的具体内容查看，才能确定结果是否为自己需要的。 而通过实现检索可视化建设，就可以利用VR 技术实现3D 动画建模，让用户从视觉上与计算机完成更多交互动作，让信息检索结果更加透明化，比如可以快速展示每一条结果的具体内容而非单纯的书名。

随着信息可视化检索技术的不断发展，更多功能强大的工具逐渐被人们所熟知，诸如IN⁃SPIRE、VxInsight 等，这些工具都可以将信息检索结构可视化，并且通过三维立体图像的形式展示出来。 想要达到这一目标，除了软件层面的设计之外，还需要有专门的显示设备与之相配套，数字图书馆应配置有专业的特殊设置，让三维世界更方便地呈现在用户面前。

4 大数据时代数字图书馆建设中VR 技术的应用关键点

4.1 技术关键点

将VR 技术应用于数字图书馆建设需要有软硬件上的支持。 在硬件上，如果想要给读者不错的虚拟现实感官体验，离不开特殊设备的支持。 但是从目前的技术条件来看，VR 技术的应用仍然面临着许多难题［8］。 第一，无论是三维建模还是3D 图像展示，都需要大量的数据计算，必然要求有足够算力的计算机设备支持，也将带来不可忽视的成本问题。 数字图书馆需要考虑成本支出是否与服务提升相平衡，如果成本支出过大，则会带来较大的建设难度。 第二，数字图书馆拥有庞大的资源典藏量，资源的数字化建设本身就面临着较大的难度，如果全面应用VR技术进行资源的立体化处理，会带来极大的存储压力，即使在云计算背景下也是不可忽视的建设关键点。

4.2 普及关键点

VR 技术依赖于VR 头盔、VR 情境房或者3D 眼镜等配套设备，这些配套设备的使用会带来严重的技术普及问题。 用户想要体验如可视化检索技术时，必须使用这些设备，而高制造成本会迫使数字图书馆进行设备使用上的限制，如交付押金等等，这些限制会让VR 技术的普及受到一定阻力。

4.3 安全控制关键点

计算机技术与安全性话题紧密相连，对于VR 技术的使用而言也是如此。 数字图书馆应用VR 技术可以实现虚拟环境搭建、可视化检索咨询等等，但伴随而来的信息安全问题也应获得足够的重视。 在未来的应用方向，数字图书馆还将拓展数字会议业务，通过数字会议业务来提供虚拟参考咨询服务，而数字会议业务的安全性需要建立在成熟的用户访问控制策略上，如果安全性设计不到位则必然会带来发展上的阻力。

5 结语

数字图书馆是传统图书馆在信息时代的延伸，其不仅包含了传统图书馆的所有功能与服务内容，还能够提供更多具有信息时代色彩的拓展型业务。 文章分析了数字图书馆可视化信息检索、虚拟空间建设以及三维信息建设中VR 技术的具体应用，使虚拟现实技术的应用成为拓展数字图书馆服务的重要工具。 在未来的发展中，虚拟与现实之间的差距将会进一步缩短，而虚拟现实技术所带来超高便利性将会不断地影响数字图书馆的服务建设方向。