5G布局下圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)構(gòu)建

圖書館領(lǐng)域已有利用VR技術(shù)提供智慧化管理和人性化感知的成功案例。早在2008年,國(guó)家圖書館就上線了我國(guó)第一套可交互的虛擬數(shù)字圖書館系統(tǒng),隨后,國(guó)內(nèi)圖書館領(lǐng)域VR體驗(yàn)服務(wù)迅速增多,如湖南圖書館數(shù)字閱讀體驗(yàn)區(qū)、天津圖書館數(shù)字體驗(yàn)區(qū)、電子科技大學(xué)VR圖書館、昆明少年兒童圖書館科普VR體驗(yàn)活動(dòng)、寧波市圖書館VR體驗(yàn)活動(dòng)等。尤其是近年來,隨著信息通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及大數(shù)據(jù)云計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展,社會(huì)正快速邁入5G互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代［1—2］。在5G網(wǎng)絡(luò)總體布局下,人們工作與生活中的數(shù)據(jù)信息采集與信息交流融通效率會(huì)得到根本性提升,信息傳遞與共享的途徑也會(huì)更加多樣化。在5G網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)下,移動(dòng)VR技術(shù)亦得到了長(zhǎng)足發(fā)展,將AI、AR、VR等統(tǒng)籌融合已不再是天方夜譚。5G網(wǎng)絡(luò)、VR、AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,一定程度上模糊了虛擬與現(xiàn)實(shí)之間的界限,人類文學(xué)、影視作品中所暢想的智慧星球、智慧國(guó)家和智慧城市正一步步地變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)［3—4］。智慧城市是離普通居民很近的5G網(wǎng)絡(luò)紅利,智慧交通、智慧學(xué)校、智慧圖書館等已經(jīng)開始在部分大城市實(shí)施。在5G網(wǎng)絡(luò)布局與構(gòu)建智慧城市的進(jìn)程中,公眾對(duì)圖書館跨終端、多場(chǎng)景VR體驗(yàn)服務(wù)無限憧憬--暢想著在圖書館、在家中、在辦公室、在寢室、在地鐵里……動(dòng)動(dòng)手指、戴上VR設(shè)備,就能得到如邁進(jìn)實(shí)體圖書館一樣的體驗(yàn)。

一.5G網(wǎng)絡(luò)布局下圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)構(gòu)建意義

依托5G網(wǎng)絡(luò)、VR等新興科技,圖書館將被打造成智能化、高效化的信息與知識(shí)傳播中心,滿足用戶對(duì)智能化、高效化信息獲取的需求及更高層次的體驗(yàn)需求。充分激活圖書館作為智慧城市功能體的作用,是圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)構(gòu)建的基本目標(biāo)。

1.滿足用戶對(duì)智能化、高效化信息獲取的需求

互聯(lián)網(wǎng)與通信產(chǎn)業(yè)的爆炸式發(fā)展,使信息規(guī)模達(dá)到了空前水平,這對(duì)信息采集、傳播、存儲(chǔ)和使用的效率與智能化水平都出了更高的要求［5］。在5G網(wǎng)絡(luò)布局下,借助VR技術(shù)及其設(shè)備為用戶提供融合多場(chǎng)景的知識(shí)體驗(yàn)服務(wù),可以更好地將圖書館打造成智能、高效的知識(shí)傳播中心,以滿足用戶對(duì)智能化、高效化信息獲取的需求。

一方面,這樣的服務(wù)能滿足用戶智能化獲取信息的需求。5G網(wǎng)絡(luò)布局下,圖書館的社會(huì)功能與角色定位將越來越豐富、多元,為了應(yīng)對(duì)和處理海量的數(shù)據(jù)信息,滿足用戶更個(gè)性化的信息獲取需求,圖書館采用更智能化的知識(shí)傳播方式是必選選擇。首先,基于VR、借助智能輔助設(shè)備,

模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景,其目的是提升圖書館用戶服務(wù)體驗(yàn),使用戶沉浸于一種多元信息融合的環(huán)境當(dāng)中,幫助用戶更好地選擇、調(diào)取和使用各類信息資源。其次,依托大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù),圖書館提供的VR服務(wù)能提供基于用戶閱讀偏好與行為追蹤的個(gè)性化知識(shí)體驗(yàn)。再次,在5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代,利用移動(dòng)智能小程序、客戶端等新媒體端口,將推動(dòng)具有智能化特征的移動(dòng)VR圖書館走進(jìn)用戶的生活之中,全面提升用戶的信息獲取體驗(yàn)。

另一方面,這樣的服務(wù)能滿足用戶高效化信息獲取需求。5G網(wǎng)絡(luò)使圖書館數(shù)據(jù)信息的處理和輸出效率得到顯著提升,圖書館通過信息的歸類和系統(tǒng)性整合,可以將自身打造成高效的知識(shí)傳播中心。在5G網(wǎng)絡(luò)布局下,VR在知識(shí)、信息獲取渠道與效率方面的優(yōu)勢(shì)將得以彰顯,建設(shè)VR館可以將泛化、相分離的海量數(shù)據(jù)整合成完整、直觀、親近的"沉浸式全感官數(shù)據(jù)",進(jìn)而提升用戶的信息獲取體驗(yàn),以滿足用戶對(duì)高效化信息獲取的需求。

2.為用戶提供跨終端、多場(chǎng)景的VR體驗(yàn)服務(wù)

一方面,隨著VR的發(fā)展,未來圖書館VR服務(wù)除了打造實(shí)體VR館、VR體驗(yàn)區(qū),還將打造"最小移動(dòng)可行產(chǎn)品"--VR館客戶端,以滿足用戶多終端、多場(chǎng)景的VR體驗(yàn)需求。VR立足于用戶實(shí)體行為與全感官虛擬體驗(yàn)的統(tǒng)一,將多維信息以一種動(dòng)態(tài)化、立體化的三維方式呈現(xiàn),使用戶沉浸于虛擬仿真的場(chǎng)景之中。在5G網(wǎng)絡(luò)布局下,虛擬仿真的立體圖書館,將不再受時(shí)空的限制,VR館客戶端將給用戶帶來更好的使用體驗(yàn):采用主流網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和通用型數(shù)據(jù)傳輸接口的VR館客戶端,具備系統(tǒng)兼容性和網(wǎng)絡(luò)兼容性,用戶經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)授權(quán)之后,便可以在PC端、移動(dòng)智能終端及其他電子設(shè)備上進(jìn)入移動(dòng)VR館,為用戶提供跨終端的全方位服務(wù)。

另一方面,"多場(chǎng)景融合服務(wù)"是圖書館VR服務(wù)的核心目標(biāo)。毋庸置疑,在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,用戶對(duì)圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)充滿無限憧憬,他們急切需要圖書館提供多場(chǎng)景VR服務(wù),為其帶來便捷、智能化、充滿樂趣的VR體驗(yàn)。5G網(wǎng)絡(luò)大幅度提高了移動(dòng)信息傳輸速度,即用戶基于5G

網(wǎng)絡(luò)使用VR設(shè)備體驗(yàn)VR服務(wù),完全不會(huì)感覺到卡頓,這為圖書館VR多場(chǎng)景服務(wù)提供了網(wǎng)絡(luò)硬件支持。借助5G網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)終端和移動(dòng)VR設(shè)備,圖書館能為用戶提供多場(chǎng)景VR服務(wù),用戶在家里、學(xué)校、社區(qū)等不同場(chǎng)景下,都可以隨時(shí)享受和體驗(yàn)圖書館VR服務(wù)。

3.充分激活圖書館作為智慧城市功能體的作用

智慧城市是基于知識(shí)社會(huì)創(chuàng)新2.0而提出的一種高級(jí)城市形態(tài),建設(shè)智慧城市是為了緩解當(dāng)前城市面臨的各種問題,提高城市居民生活質(zhì)量,目前已開始在部分大城市逐步推廣。圖書館是智慧城市建設(shè)中的重要組成部分。在智慧城市建設(shè)中,無論是城市交通運(yùn)行,還是政府機(jī)構(gòu)、企事業(yè)單位良性運(yùn)轉(zhuǎn),都離不開信息和數(shù)據(jù)的智能化處理。圖書館擔(dān)負(fù)著智慧城市信息處理中心的重任,在5G網(wǎng)絡(luò)布局下,圖書館引入VR、AI等,有利于充分激活其作為智慧城市功能體的作用。VR在圖書館建設(shè)中的應(yīng)用,不僅可降低智慧圖書館建設(shè)中的硬件投入成本,還使原有二維平面數(shù)據(jù)方式,轉(zhuǎn)變成為更為直觀的三維立體模式［6］?？梢哉f,圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)的構(gòu)建,既滿足了用戶對(duì)智能化、高效化的信息獲取需求,又有效提升了自身的信息傳播與處理效率,還能提高整個(gè)城市的運(yùn)轉(zhuǎn)效率,彰顯圖書館作為智慧城市功能體的作用。因此,全位、立體化、多場(chǎng)景的圖書館VR服務(wù)構(gòu)建,勢(shì)必將成為智慧城市建設(shè)的核心工作之一。

二.5G網(wǎng)絡(luò)布局下構(gòu)建圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)的邏輯架構(gòu)

構(gòu)建圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。圖書館既要依賴5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下信息的高速、高效傳播機(jī)制,又要借助VR、AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等在圖書館虛擬空間拓展和服務(wù)平臺(tái)建設(shè)方面的優(yōu)勢(shì),統(tǒng)籌搭建圖書館多終端、多場(chǎng)景VR服務(wù)的邏輯架構(gòu)。

2015年我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)通信開始統(tǒng)籌布局,2019年6月6日5G商用牌照正式發(fā)放,預(yù)計(jì)2020年5G網(wǎng)絡(luò)將開始全面商用。5G網(wǎng)絡(luò)最大的特點(diǎn)就是運(yùn)行速度快,未來傳輸速率可達(dá)10Gbps以上,人們可以真正地實(shí)現(xiàn)無障礙數(shù)字通信和網(wǎng)絡(luò)交流。5G網(wǎng)絡(luò)通信高效為圖書館多終端、多場(chǎng)景的VR服務(wù)提供了網(wǎng)絡(luò)保障,只有在暢通、高速的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用VR服務(wù)最小可行產(chǎn)品、穿戴設(shè)備,才能給讀者帶來優(yōu)越的體驗(yàn)。

在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,用戶可以不受時(shí)空限制,通過VR系統(tǒng)進(jìn)入虛擬仿真的世界。VR以計(jì)算機(jī)虛擬仿真的模式對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中存在的難以實(shí)現(xiàn)的情境進(jìn)行三維仿真模擬,使人體的視覺和心理在虛擬和真實(shí)的世界間轉(zhuǎn)換［7］。依托VR我們可以創(chuàng)建虛擬的圖書館空間,當(dāng)然,要實(shí)現(xiàn)圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù),需要一系列能實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)換功能的計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)以及系統(tǒng)性的VR服務(wù)邏輯架構(gòu),如圖1所示。圖1圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)的邏輯架構(gòu)第一,VR系統(tǒng)以通用型平臺(tái)(如Windows通用應(yīng)用平臺(tái)、安卓系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)、蘋果系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)等)為設(shè)計(jì)框架主體,主要的硬件模塊包括系統(tǒng)登錄模塊、視頻瀏覽模塊和文字圖片瀏覽模塊。與主要硬件模塊相對(duì)應(yīng),VR系統(tǒng)還應(yīng)在云端設(shè)文字?jǐn)?shù)據(jù)庫和圖像視頻數(shù)據(jù)庫,用戶進(jìn)入圖書館VR系統(tǒng)之后,便可以按照自己的需求偏好調(diào)用智慧圖書館系統(tǒng)中的VR資源。

第二,在VR系統(tǒng)中,系統(tǒng)硬件模塊的性能數(shù)據(jù)要依賴視覺跟蹤算法的應(yīng)用,如圖2。VR視覺跟蹤算法的原理是對(duì)虛擬過程中的重力數(shù)據(jù)、旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)等原始信息進(jìn)行融合,以獲取到與真實(shí)情景一致的點(diǎn)云數(shù)據(jù)集合,并通過圖像渲染、虛擬仿真環(huán)境,實(shí)現(xiàn)與實(shí)景相似的情境體驗(yàn)?？梢?依托VR系統(tǒng)的圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù),在知識(shí)提取、信息采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎捅憬菪苑矫骘@然優(yōu)于實(shí)體圖書館服務(wù)與數(shù)字圖書館服務(wù)。

為用戶提供最優(yōu)化的虛擬仿真VR圖書館服務(wù),仍需要進(jìn)行一系列的優(yōu)化處理。由于視覺傳感器所采集的原始數(shù)據(jù)會(huì)包含大量的系統(tǒng)噪聲,在運(yùn)用視覺跟蹤算法和視頻渲染算法進(jìn)行信息采集時(shí),需要基于擴(kuò)展的卡爾曼濾波算法濾除系統(tǒng)白噪聲干擾,即對(duì)空間維度的方向變化進(jìn)行全方位的數(shù)據(jù)處理--在虛擬仿真環(huán)境下的卡爾曼濾波系統(tǒng)是一種復(fù)雜的非線性系統(tǒng),為了使采集到的重力數(shù)據(jù)、旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)更為真實(shí)和準(zhǔn)確,要將VR與空間動(dòng)力運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)技術(shù)相結(jié)合,這樣才能使虛擬圖書館的場(chǎng)景與真實(shí)的場(chǎng)景更為接近,才能真正給用戶帶來身臨其境的體驗(yàn)［8］。

第四,圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)的實(shí)現(xiàn),還必須搭建基于5G網(wǎng)絡(luò)的跨終端、多場(chǎng)景VR操作系統(tǒng),即一個(gè)兼容的VR服務(wù)平臺(tái)。操作系統(tǒng)應(yīng)包括智能VR界面單元、VR資源服務(wù)單元、用戶大數(shù)據(jù)智能分析單元等基礎(chǔ)性模塊,以高效實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、資源獲取、用戶信息識(shí)別等功能［9］。需要強(qiáng)調(diào)的是,在5G網(wǎng)絡(luò)全面布局商用領(lǐng)域的背景下,操作系統(tǒng)"跨終端""多場(chǎng)景"屬性的價(jià)值應(yīng)得到充分激發(fā),如在圖書館系統(tǒng)管理員授權(quán)的情況下,圖書館賦予用戶通過移動(dòng)終端進(jìn)入VR服務(wù)平臺(tái)的通路,這樣便能夠升級(jí)圖書館服務(wù)效率與效能,滿足用戶更高層次的體驗(yàn)需求。

三.5G網(wǎng)絡(luò)布局下構(gòu)建圖書館VR服務(wù)的保障路徑

在圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)構(gòu)建的進(jìn)程中,除了需要搭建圖書館跨終端VR系統(tǒng)架構(gòu),以解決戰(zhàn)略性、技術(shù)性問題,還需要從資源、設(shè)備、智力等維度持續(xù)升級(jí)圖書館智慧,以確保圖書館能夠?yàn)橛脩籼峁┛缃K端、多場(chǎng)景、實(shí)效性、高效性的VR服務(wù),進(jìn)而真正激活圖書館作為智慧城市功能體的作用。

1.構(gòu)建圖書館VR資源庫

5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來和VR的發(fā)展,為圖書館智慧化服務(wù)變革提供了重要發(fā)展機(jī)遇。然而,無論圖書館形態(tài)如何發(fā)展,資源建設(shè)始終都是用戶服務(wù)的基礎(chǔ)與根本--圖書館要構(gòu)建融合多場(chǎng)景的VR服務(wù),必須先構(gòu)建適用于圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)的資源庫。

基于當(dāng)前技術(shù)環(huán)境,圖書館在構(gòu)建VR資源庫時(shí),可采用VRML語言(Virtual Reality Modeling Language,虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言)。這是一種營(yíng)造"真實(shí)世界的場(chǎng)景"或"虛構(gòu)世界的場(chǎng)景"的建模語言,支持二維、三維、多媒體與動(dòng)態(tài)技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)用戶與虛擬環(huán)境的高效交互,產(chǎn)生臨場(chǎng)感。無論是圖書館數(shù)字資源,還是圖書館非電子資源,作為主流的三維建模語言,VRML語言通過構(gòu)建三維虛擬場(chǎng)景,可以使資源栩栩如生地再現(xiàn),實(shí)現(xiàn)文字、圖像資源的三維轉(zhuǎn)化,實(shí)現(xiàn)"人""物"交互。

構(gòu)建圖書館VR資源庫,重建圖書館資源體系,不僅可以優(yōu)化各類資源的數(shù)字化呈現(xiàn)形式,還可以還原各類資源的原始風(fēng)貌,立體形象地再現(xiàn)文字、圖片、視頻場(chǎng)景的虛擬形態(tài),因而,其是圖書館實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景VR服務(wù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。當(dāng)然,圖書館在建設(shè)VR資源庫過程中,必須對(duì)本館物質(zhì)資源進(jìn)行全面評(píng)估,確保在VR資源庫建設(shè)中有可用數(shù)據(jù)資源、技術(shù)路徑及支撐資金,即圖書館在VR資源庫建設(shè)之前必須評(píng)估可行性,并對(duì)建設(shè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分解。

2.升級(jí)圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)設(shè)備

現(xiàn)有的頭戴式、乘坐體驗(yàn)式VR體驗(yàn)設(shè)備,雖然能夠給用戶一種身臨其境的真實(shí)感,具有沉浸性和交互性功能,可基本滿足圖書館VR服務(wù)需求,但存在的問題較多,如設(shè)備過重、體積過大,容易讓用戶產(chǎn)生疲勞或暈動(dòng)癥、畫面畸變等,大大影響了用戶的體驗(yàn)感。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,處于多種場(chǎng)景下的用戶對(duì)VR設(shè)備的要求越來越高,不論是從物質(zhì)形態(tài)層面,還是從軟技術(shù)層面,打造一系列適合多場(chǎng)景的VR體驗(yàn)設(shè)備都是很關(guān)鍵的。

從物質(zhì)形態(tài)方面來看,在5G網(wǎng)絡(luò)支持下,用戶期望圖書館提供的多場(chǎng)景VR服務(wù)是開放的、自由的、便捷的,所以未來必須升級(jí)VR體驗(yàn)設(shè)備,提升其便攜性、智能性、友好性、安全性,如開發(fā)輕便型頭盔、設(shè)計(jì)友好界面、打造符合人體工程學(xué)的設(shè)備形態(tài)等。在軟技術(shù)層面,VRML提供了一種全新的、可變的圖書館環(huán)境,這種環(huán)境是虛擬化的,無需投入過多成本,只要將移動(dòng)VR系統(tǒng)的軟件程序與功能嵌入到圖書館系統(tǒng)之內(nèi),用戶就能夠漫游在虛擬仿真的圖書館環(huán)境之中,全景體驗(yàn)圖書館各種場(chǎng)景空間。然而,目前的VR設(shè)備在技術(shù)上仍難以真正讓用戶沉浸在VRML構(gòu)筑的全景世界里,未來仍需不斷優(yōu)化設(shè)備軟技術(shù),解決VR設(shè)備帶來的不適感,如利用5G網(wǎng)絡(luò)、云數(shù)據(jù)處理技術(shù)、AI不斷提高VR設(shè)備端的智能反映速度;采用光場(chǎng)攝像技術(shù)記

錄畫面四維空間,并通過后期處理,讓用戶自主選擇聚焦位置,使其盡可能接近人類正常視覺,減少因?yàn)橐曈X輻輳所引發(fā)的暈眩感。

3.優(yōu)化圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)智力支持

高科技快速發(fā)展的背后是人才發(fā)揮著關(guān)鍵作用。5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)性作用發(fā)揮、圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)軟硬件系統(tǒng)的搭建、更先進(jìn)的VR體驗(yàn)設(shè)備的研發(fā),都需要高精尖人才的智力支持,尤其需要計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)及VR、AI領(lǐng)域的頂尖人才,以提供技術(shù)保障。為了加快圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)各項(xiàng)工作的順利落地,圖書館可以與計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)及VR、AI領(lǐng)域的社會(huì)機(jī)構(gòu)、人才和專家合作,以保障圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)構(gòu)建與后期維護(hù)工作;圖書館也應(yīng)對(duì)館員進(jìn)行定期技能培訓(xùn)與考核,并從中選擇有發(fā)展?jié)摿Φ哪贻p人才作為重點(diǎn)培養(yǎng)對(duì)象,為圖書館多場(chǎng)景VR服務(wù)工作儲(chǔ)備人才。

四.結(jié)語

VR是新世紀(jì)以來最為重要的核心技術(shù)之一,盡管世界各國(guó)對(duì)VR的研究已經(jīng)取得了階段性成果,VR與各領(lǐng)域的結(jié)合緊密程度也在持續(xù)提高,但將VR更深入地應(yīng)用到圖書館服務(wù)領(lǐng)域仍舊是一個(gè)具有前瞻性的研究課題。在即將來臨的5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代,"5G+VR"勢(shì)必將改變?nèi)藗兩畹姆椒矫婷?助力圖書館服務(wù)優(yōu)化,提升圖書館用戶的多場(chǎng)景知識(shí)獲取體驗(yàn)。

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