大數據時代VR 技術在數字圖書館建設中的運用

潘雅芬

（南安國光中學 福建 泉州 362321）

0 引言

數字圖書館自1989 年就已經正式開始使用，在以后的時間里發展迅速。 中國數字圖書館建設與其他國家一樣，都是基于Internet 互聯網服務，通過提供數字化圖書資源為讀者帶來更便捷的閱讀體驗［1］。 早期的數字化圖書館資源幾乎都是單純實現紙質資源的數字化變革，在此背景下二維的數字資源內容表達能力十分有限，數字圖書館也在不斷尋找更符合大眾閱讀要求的延伸性服務。

虛擬現實（virtual reality，VR）技術作為綜合性、交互性的新興技術，其在計算機硬件水平飛速發展的當下變得十分火熱，其集成了計算機技術、計算機圖形學、多媒體技術、人工智能、人機交互理論、傳感器技術及人類行為學等多項內容，將固定化的多媒體表現形式展示為更具有互動特性的虛擬環境。 VR 技術在數字圖書館中的運用，能夠讓閱覽者更能沉浸于其所勾畫出的意境，達到逼真可視的效果。 因此，將VR 技術應用于數字圖書館建設過程中，能夠借助計算機虛擬仿真技術為數字圖書館用戶提供身臨其境的觀感體驗，這也是未來數字圖書館發展的重要方向之一。

1 VR 技術的應用優勢

1.1 打造亦真亦幻環境，完成信息可視化服務

VR 技術擁有多種實現類型，有桌面式VR 系統、沉浸式VR 系統和增強式VR 系統等。 桌面式VR 系統是以計算機或圖形工作站為主要展示設備，用戶通過與計算機的互動來感知虛擬世界，其本質是由計算機在屏幕上生成一個三維的虛擬空間，用戶通過交感工具完成各感官的反饋。 沉浸式VR 系統則與桌面式有很大的區別，桌面式本身并沒有對用戶進行環境隔離，用戶仍然會受到周圍真實環境的影響。 而沉浸式VR 系統則是通過將用戶與外界環境隔離，使用戶“沉浸”在一個完全由虛擬事物構成的環境中，互動感更強。 增強式VR 系統又稱為增強現實系統，其最大的特點是能夠實現虛擬環境與真實環境的疊加，達到“虛中有實”的效果［2］。 在博物館場景中，虛擬現實技術應用前景十分廣闊，通過增強式VR 技術的使用，可以讓游客真實體驗古代的居住環境，感受古老器物使用環境。 同樣，在數字圖書館中，增強現實技術也可以通過打造亦真亦幻的環境來更好地完成信息檢索的可視化等服務。

1.2 營造三維虛擬環境，為讀者提供交互平臺

VR 技術的目前應用領域主要集中于航空航天、軍事、醫學、建筑規劃等方面，另外在大學校園中的應用也較為廣泛，虛擬校園的概念正是基于虛擬現實技術而提出的。 在圖書館領域中，一些規格較高的市圖書館已經逐漸普及VR 技術。 除了圖書館及校園中的應用，VR 技術在文物保護、旅游等方面都有著極其廣泛的應用，利用增強式的VE 系統以及傳感器設備，體驗者可以擁有更好的瀏覽體驗［3］。

傳統圖書館是存放書籍、音影像資料的場所，基于資源類型的限制，不管是數字圖書館還是傳統圖書館在與讀者的交互性以及資料可視化方面都十分欠缺，讀者對于知識的感知能力十分有限。 在多媒體時代，豐富的知識載體能夠幫助讀者更容易了解其內容及意義。 數字圖書館作為一種信息時代的產物，如果其發展只是局限于將書面文字、圖像進行數字化或多媒體轉化，那么其所提供的服務內容將十分有限。 虛擬空間是利用計算機虛擬仿真技術、3D 建模技術打造出一個可供互動的三維虛擬環境，在VR技術的支持下，讀者可以在虛擬平臺與虛擬物品交互，甚至可以在虛擬環境中行走，更加真實地了解數字圖書館的布局和結構，讓數字圖書館的優勢得以最大化體現。

2 VR 技術在數字圖書館建設中的應用

2.1 數字圖書館虛擬空間建設

數字圖書館的可視化功能想要完成進一步的拓展，就需要在功能的智能化建設方向進行深入思考。 虛擬現實技術最大的優勢在于通過虛擬仿真技術將抽象的事物具象化，而虛擬空間則是為具象化的仿真內容提供全面的可視化環境［4］。 換句話說，虛擬環境的建設是信息可視化領域的自然拓展，是技術發展的必然。 隨著互聯網、物聯網技術的不斷融合，數字圖書館所能帶給用戶的服務體驗也在不斷升級。 VR 技術的應用為虛擬空間建設帶來了全新的契機，通過VRML 建模語言，可以方便地為數字圖書館創建三維的、立體的虛擬空間，讓三維信息資源有更好的表現形式。

數字圖書館用戶可以通過在虛擬空間的視覺、聽覺等，感知、交互并參與到圖書館的環境之中，獲得更加直觀的感受。 虛擬空間中視覺和聽覺給用戶帶來的沖擊力是傳統文字圖像等二維信息形式所不能比擬的。 例如，大型圖書館往往擁有較大的規模，大眾想要快速了解圖書館的結構往往需要借助于平面結構圖來實現，而二維化的平面圖抽象難懂，如果可以使用VR 技術生成三維圖像，大眾就可以快速地了解圖書館的詳細結構，進而更加高效地鎖定服務區域。

2.2 數字圖書館三維信息資源建設

圖書館是為公眾提供公共文字信息服務的機構，其基本的職能是收集、整理和典藏文字信息，并且為公眾提供閱覽服務。 圖書館是國家公共文化服務體系的重要組成部分，在新形態的數字圖書館概念中，信息的收集與典藏都將實現數字化，利用高新技術對數字資源進行深度挖掘。 從資源建設角度來看，VR 技術的主要應用前景是三維信息資源的建設，三維信息資源相較于二維信息資源有著更好的交互性，更加符合現代人的知識獲取效率需求［5］。

三維信息資源的優勢主要相較于二維信息資源而言，二維信息資源是指文字、圖像、視頻等等常見的多媒體形式，這些形式的顯示特性有限。 而三維資源可以建設能夠提供交互特性的三維環境，利用VR 技術構建出的立體空間擁有更多的顯示特征，更加立體逼真。 數字圖書館中的信息資源建設可充分發揮出立體圖像的優勢，進而完成三維信息資源的建設。 在數字信息時代，圖像和音視頻成為信息的主要載體，人類對于圖像和視頻的感知更加強烈。三維信息資源的優勢主要表現為：

（1）三維信息資源可以提供更豐富的信息內容，能夠檢測物體的形態、顏色和細節等；

（2）具有快速反應的性能，可以根據情況快速地完成內容的變換；

（3）數據量大，對于復雜物體的細節表示更加豐富；

（4）三維信息資源支持移動設備的應用，可以方便快捷地利用手機、平板電腦等設備進行閱讀和交互；

（5）支持多模態融合，可將不同的圖像數據源整合，完成細粒度更加豐富的展示。

2.3 數字圖書館信息檢索應用

人類對于信息檢索的直接感官形式是視覺，在傳統的檢索機制之中，檢索的結果都是以文字的形式展示給使用者，但二維化的文字形式表達的內容畢竟有限，只是對與關鍵詞相關的內容進行簡單分析重組，遠達不到新時代人類對于信息資源獲取的需求。 在可視化技術的應用下，數字圖書館中新形式的信息檢索結果可視化，讓更有創造力、想象力的信息搜尋方法成為可能。 現如今計算機強大的圖形處理能力讓這種復雜的可視化展示擁有了無限的可能性，在突破了硬件的限制之后，人與信息檢索結果之間的互動性將會直線提升。

基于VR 技術的信息檢索服務是將數字圖書館中的數字資源以三維化、虛擬化、立體化的形式展示給檢索需求者，給人帶來身臨其境的感覺，徹底改變了人與計算機之間的陳舊式人機交互模式。 一般而言，基于VR 技術的信息檢索方法是充分發揮VR 技術的數字可視化建設優勢，將傳統意義上難以用二維形式表現出來的部分，通過構建一個虛擬化的物體進行新概念上的表達。 以生物資料中的細胞結構為例，VR 技術可以向讀者展示出仿真的細胞結構環境，在立體的圖像中，讀者可以更加輕松地了解哪一部分是細胞壁，哪一部分是細胞核。 信息檢索的可視化屬于信息可視化的范疇，是將數字集中抽象的數據及其語義關系轉化為可視展示，并將內部的檢索過程展示給觀看者。

3 大數據時代數字圖書館建設中VR 技術的運用策略

3.1 數字圖書館虛擬空間的建設策略

3.1.1 基于VRML 建模的虛擬空間建設

VR 技術體系中的VRML 語言是一種用于三維建模的解釋性語言，主要用以實現數據的三維展示。 VRML 所搭建出的三維模型能夠形成非常豐富的視聽效果，基于此技術的三維信息資源能夠給予用戶豐富的視聽體驗，其所產生的感官上的刺激有助于理解文獻資源的內容。VRML 是一種基于萬維網協議的三維場景建設語言，通過網站應用設計快速幫助圖書館布設三維信息資源［6］。 使用VRML 建設數字圖書館三維信息資源的優勢在于，其基于web 網頁的應用實例、HTML 腳本語言作為Web 網頁的源文件，兼容性強，代碼量少，結合JavaScript 動態腳本語言可以豐富靜態網頁中的三維元素，實現頁面動效和人機互動。 三維圖書館虛擬場景的建設需要有軟硬件的支持，在現有的軟件開發技術下，這一設想的實現并不困難，借助于VRML 主程序，軟件開發人員可以通過建模的方式完成三維虛擬空間的創建。 而利用VRML 構建的虛擬環境不需要專門的配套設備，這更有利于服務內容的展示及技術的普及。

3.1.2 基于360°全景技術的虛擬空間建設

相較于基于Web 應用的3D 場景技術，360°全景技術擁有更加強烈的真實感，能夠表達更多的圖像信息，并且擁有更大的操作空間，沉浸感和交互性更強。 除此之外，360°全景技術還有著制作成本低、網絡資源占用小、適用性強等多項特點。 目前數字圖書館的虛擬場景建設仍然無法完成擺脫二維圖像和動態視頻的傳統展示方面，但是應用360°全景技術可以營造出更加真實的立體空間，使用者能夠漫步在全營造的虛擬環境中，通過豐富的交互方式來感受數字圖書館提供的服務內容。 目前技術最為成熟的是立方體型360°全景技術，此技術在水平方向上可達360°角，垂直方向上為180°角，通過6 個平面的圖像拼接完成立體化效果的營造。 數字圖書館可以使用360°全景將二維平面圖片轉化為三維立體效果，這種方式擁有極高的性價比［7］。

3.2 數字圖書館三維信息資源建設策略

基于VR 技術的三維信息資源擁有強大的信息可視化手段，在人與資源的交互問題上明顯擁有更好的解決方案。 大數據時代的數據挖掘所收集的資源類型復雜，內容形式多樣，在雜亂無章的海量數據中找出隱含的規律，更需要借助于三維信息資源建設。 數字圖書館在傳統紙質文獻資源數字化建設的基礎上，利用三維建模技術將二維信息資源立體化、具象化，將文獻資料以更加真實的手段展示出來，為廣大讀者提供更好的數字化信息資源服務。三維信息資源的建設能夠更加方便、全面地展示資源，從而更好地服務于數字圖書館用戶，這對于提升文獻數字資源的最大化利用產生了積極助益。 VR 技術是三維仿真技術的基礎，同時也是技術核心，是落實數字圖書館三維信息建設的基礎條件。

基于VRML 建模語言的數字圖書館三維信息資源，能夠在Web 應用中嵌入三維立體信息，賦予傳統文字、圖像信息新的表現形式，讓使用者擁有與現實世界體驗相符合的閱讀體驗，實現自然的人機交互。 三維信息資源拓展了數字圖書館的服務模式，將其由被動式的閱讀服務轉變成了以人機交互為主的新形式內容服務，強交互性不僅為讀者帶來了全新感受，也同時以立體化的形式全新詮釋了文獻資料的內容。

3.3 數字圖書館信息檢索服務策略

無論是傳統圖書館還是數字圖書館，其所行使的職能都是為用戶提供閱讀服務，所以其信息檢索可視化的建設路徑應圍繞信息資源可視化、檢索結果可視化以及人機交互可視化三個方面。 VR 技術通過三維建模將二維意義上文字、圖像資源進行三維立體化，其本質是對抽象文字的一種具象化表達，如果將其應用于數字圖書館的信息檢索，則應著重于解決信息檢索結果的可視化問題。 在圖書館所提供的傳統檢索服務中，搜索的結果會以條目的形式陳列出來，讀者需要根據需求在眾多結果中挑選有用的信息，這種傳統意義上的檢索服務提供方式本身效率不高，而且有時讀者需要點擊每一項的具體內容查看，才能確定結果是否為自己需要的。 而通過實現檢索可視化建設，就可以利用VR 技術實現3D 動畫建模，讓用戶從視覺上與計算機完成更多交互動作，讓信息檢索結果更加透明化，比如可以快速展示每一條結果的具體內容而非單純的書名。

隨著信息可視化檢索技術的不斷發展，更多功能強大的工具逐漸被人們所熟知，諸如IN?SPIRE、VxInsight 等，這些工具都可以將信息檢索結構可視化，并且通過三維立體圖像的形式展示出來。 想要達到這一目標，除了軟件層面的設計之外，還需要有專門的顯示設備與之相配套，數字圖書館應配置有專業的特殊設置，讓三維世界更方便地呈現在用戶面前。

4 大數據時代數字圖書館建設中VR 技術的應用關鍵點

4.1 技術關鍵點

將VR 技術應用于數字圖書館建設需要有軟硬件上的支持。 在硬件上，如果想要給讀者不錯的虛擬現實感官體驗，離不開特殊設備的支持。 但是從目前的技術條件來看，VR 技術的應用仍然面臨著許多難題［8］。 第一，無論是三維建模還是3D 圖像展示，都需要大量的數據計算，必然要求有足夠算力的計算機設備支持，也將帶來不可忽視的成本問題。 數字圖書館需要考慮成本支出是否與服務提升相平衡，如果成本支出過大，則會帶來較大的建設難度。 第二，數字圖書館擁有龐大的資源典藏量，資源的數字化建設本身就面臨著較大的難度，如果全面應用VR技術進行資源的立體化處理，會帶來極大的存儲壓力，即使在云計算背景下也是不可忽視的建設關鍵點。

4.2 普及關鍵點

VR 技術依賴于VR 頭盔、VR 情境房或者3D 眼鏡等配套設備，這些配套設備的使用會帶來嚴重的技術普及問題。 用戶想要體驗如可視化檢索技術時，必須使用這些設備，而高制造成本會迫使數字圖書館進行設備使用上的限制，如交付押金等等，這些限制會讓VR 技術的普及受到一定阻力。

4.3 安全控制關鍵點

計算機技術與安全性話題緊密相連，對于VR 技術的使用而言也是如此。 數字圖書館應用VR 技術可以實現虛擬環境搭建、可視化檢索咨詢等等，但伴隨而來的信息安全問題也應獲得足夠的重視。 在未來的應用方向，數字圖書館還將拓展數字會議業務，通過數字會議業務來提供虛擬參考咨詢服務，而數字會議業務的安全性需要建立在成熟的用戶訪問控制策略上，如果安全性設計不到位則必然會帶來發展上的阻力。

5 結語

數字圖書館是傳統圖書館在信息時代的延伸，其不僅包含了傳統圖書館的所有功能與服務內容，還能夠提供更多具有信息時代色彩的拓展型業務。 文章分析了數字圖書館可視化信息檢索、虛擬空間建設以及三維信息建設中VR 技術的具體應用，使虛擬現實技術的應用成為拓展數字圖書館服務的重要工具。 在未來的發展中，虛擬與現實之間的差距將會進一步縮短，而虛擬現實技術所帶來超高便利性將會不斷地影響數字圖書館的服務建設方向。