微美全息科学院虚拟现实技术在数字图书馆建设中的应用

　　摘要：近年来,虚拟现实技术成为备受关注的新兴技术,并被应用到社会各个领域,其中就包括图书馆。作为纳斯达克上市企业＂微美全息US.WIMI＂旗下研究机构＂微美全息科学院＂的科学家们分析了虚拟现实技术的要点,并从数字图书馆建设出发,总结了数字图书馆建设中虚拟现实技术的应用现状,探讨了虚拟现实技术在图书馆的应用前景和方向。
　　引言
　　目前,科技的快速发展带来了诸多新技术,这些新技术逐步被应用到数字图书馆建设中,其中就包括虚拟现实技术。与其他新技术相比,虚拟现实技术在图书馆建设中的应用还不够成熟,尚处于摸索阶段。虚拟仿真技术融合了仿真、计算机技术、多媒体技术等,可以助力数字图书馆建设。现阶段,图书馆对于如何利用虚拟现实技术还有许多值得探索的地方,在应用过程中也存在不少问题,因此,笔者针对当前数字图书馆建设中的虚拟现实技术应用问题进行探讨,以期提高该技术在数字图书馆建设发展中的应用效果。
　　1. 虚拟现实技术概述
　　虚拟现实技术(Virtual Reality, VR) 又被称为虚拟环境、人造现实,包含了仿真、交互、人造、沉浸、认知、远程呈现和网络通信等技术内容。虚拟现实技术从诞生之日起就被看作是＂下一代计算平台＂。虚拟现实技术通过技术模拟打造了一个虚拟世界,通过先进的设备让使用者能够在逼真的虚拟世界中实现交互式体验。近年来,虚拟现实技术逐步被应用到医疗、游戏、教育等领域,与之相配套的立体眼镜、头盔显示器、三维鼠标、遥控器、计算机视觉等设备设施也得到蓬勃发展。
　　尽管当前虚拟现实技术的发展尚未成熟,但相关研究和应用的步伐在不断加快,中商产业研究院的数据显示,我国虚拟现实市场规模从2015年的15.8亿元迅速增长至2017年的52.8亿元,年均复合增长率达82.8%。《虚拟现实产业发展白皮书(2019年)》预测,2019年这一数字有望超过500亿元。此外,虚拟现实产品也在不断迭代升级,越来越多的VR设备正走进千家万户。
　　2.数字图书馆建设中虚拟现实技术应用现状
　　在图书馆领域,我国早在2008年就诞生了第一家虚拟现实网上书店,读者进入虚拟书店后点击鼠标即可随意浏览、翻阅,其逼真的场景体验仿若置身于实体书店。近年来,虚拟现实技术在图书馆的应用也越来越多样化,如:读者戴上VR眼镜后,就可以在上海交通大学的＂阅读隧道＂VR图书馆体验到不同于平面阅读的三维立体全新阅读模式。
　　在近年来的中国图书馆年会上,基于虚拟现实技术的VR文津诵经典、专业古籍数字化扫描、开放式智能书架等一大批图书馆数字产品相继与读者见面。其中,VR文津诵经典属于一款文化创意产品,该产品充分融入数字资源,读者在佩戴VR头显后,就能在触觉、听觉和视觉上感受身临其境的诗词诵读模式。
　　目前,有不少高校图书馆开始建设虚拟现实图书馆,其主要目的是通过融入虚拟现实技术帮助高校教育教学工作实现创新,提升图书馆的学科服务水平。例如,针对建筑学专业的平面设计知识,教师运用虚拟现实技术可以使知识变得更加立体化,原本晦涩难懂的理论知识经过虚拟现实技术的＂加工＂变得生动形象, 学生甚至能从虚拟情境中看到设计图如何一步步变成＂建筑物＂, 并能清晰呈现建筑的地基建造、管道布置、墙体施工等环节。
　　还有部分图书馆与出版社合作,将艰涩的名著阅读变成了畅快的虚拟体验。例如,在阅读古典名著《红楼梦》时,读者佩戴VR眼镜就可以进入虚拟世界,从人物角色的角度上亲临其境体验书中描绘的秀水名山和文采风流,使静止的文字顿时变得生动起来。
　　图书馆借助虚拟现实技术能够使科技更具现实感和数字感,打造一个可听可视、体验多样数字阅读环境。比较典型的是苏州市图书馆,该馆运用虚拟现实技术打造数字体验馆,读者在体验馆系上安全带、戴上VR眼镜后,月球表面仿若就在眼前,无垠宇宙近在咫尺,万丈海底任意徜徉。虚拟现实技术将原本乏味的静态阅读方式转变为三维立体演示模式,不论是天文地理知识,还是人文旅游知识,读者都可以身临其境地体验,从而提升了知识体验的深度和广度。显然,成功运用虚拟现实技术的图书馆已经不再是传统意义上的图书馆,已成为读者休闲、阅读、交流、互动的平台。
　　虽然我国数字图书馆建设中虚拟现实技术的应用越来越多,但虚拟现实技术在图书馆的应用还不够深入和广泛,特别是对一些专业化技术的应用稍显粗糙,如桌面虚拟现实技术、虚拟漫游等。同时,图书馆在运用虚拟现实技术的过程中普遍存在雷同化和同质化现象,缺乏对当前新兴技术的融合,在一定程度上影响了图书馆的数字化。
　　3.数字图书馆建设中的虚拟现实技术应用前景和方向分析
　　3.1依托5G网络,打造智慧型VR服务
　　当前,我国5G 网络布局速度正在加快,5G 网络的应用也越来越广泛。图书馆在虚拟现实技术支撑下,依托5G 网络的优越性能可以构建智慧型VR服务。首先,图书馆依托5G技术可以实现智能化、高效率的信息知识服务。当前,用户对图书信息知识的获取速度和质量有了更高要求,迫切希望图书馆可以提供便捷快速的知识检索、阅读等功能。图书馆依托5G网络布局,可进一步扩大信息知识获取的方式和途径,提高获取的效率和质量,更为重要的是,5G网络的高速率可以帮助图书馆VR馆快速整合海量信息知识数据,打造全面、逼真、生动的＂沉浸式全感官数据＂,使知识检索、阅读体验更加高效。
　　其次,图书馆依托5G技术可以打造跨终端、多场景VR服务。一方面,在5G网络布局下采用主流网络数据传输协议和通用型数据传输接口的VR馆客户端,VR图书馆可以实现终端迁移,读者在PC端、移动智能终端等电子设备上即可体验 VR阅读服务,无需到图书馆即可体验虚拟仿真立体图书馆;另一方面,5G网络可以使VR服务更为快速、稳定地传输信息,不论在图书馆还是在家里,或者在公共环境里,读者都可以实现多场景VR服务的快速切换,并保证服务的效率和质量;再次,依托5G网络,图书馆将进一步凸显自身在智慧城市建设中的功能。随着各地智慧城市建设工作的推进,图书馆VR服务借助5G网络可进一步提高软件和硬件智慧化水平,提升图书馆的服务质量和管理效率,对推动图书馆服务升级具有重要意义。
　　3.2 融合人工智能, 打造＂VR+AI 图书馆＂
　　当前,已有不少图书馆尝试将VR或AI技术应用到读者服务中,但很少有图书馆将VR和AI融合起来开展相关应用,究其原因在于图书馆对二者融合应用的思路还不够清晰。未来,图书馆完全可以尝试将VR和AI进行融合应用,打造＂VR+ AI图书馆＂。＂VR+AI图书馆＂需要图书馆灵活掌握两项技术的优势,在服务中相互配合。一方面,图书馆利用VR技术可实现阅读服务的实物模拟,配合3D技术打造虚拟的＂现实图书馆＂,向读者呈现图书馆的外在形象和特点,将数字图书馆＂表＂的要素展示出来;另一方面,图书馆利用AI技术可探寻虚拟图书馆各个要素的联系,进而智能分析读者的阅读需求和思维,使虚拟图书馆实现人性化和智慧化。在这个过程中,AI 技术成为读者联系虚拟世界各个阅读要素的桥梁,实现对各个要素的关联,将数字图书馆＂里＂的要素展示出来。通过＂VR+AI图书馆＂的架构思路,数字图书馆可实现＂表里结合＂:一方面,虚拟现实技术使图书馆各个功能要素变得更加生动形象;另一方面,人工智能技术使图书馆各个要素变得智慧灵动,二者的完美融合使数字图书馆在服务上既能体现科技优势,又能贴合读者需求。
　　3.3 结合 AR 技术,打造新一代管理系统
　　增强现实(Augmented Reality, AR)是一种实时计算摄影机影像位置及角度并加上相应图像的技术, 是一种将真实世界信息和虚拟世界信息＂无缝＂集成的新技术,这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。
　　由于AR技术可以充分展示虚拟信息,因此,图书馆可以将其与VR技术相结合,设计出符合数字图书馆管理需求和要求的新一代管理系统。该系统的架构设计以终端设备、应用层、服务层、数据层和物理层等内容为主,其中终端设备包括AR智能眼镜、VR头盔、智能手机等,应用层则主要包含各种业务内容,服务层包含认证服务、数据库服务、支付服务等;数据层主要用于数据的传输、分析;物理层以物理保障为目标,确保感知功能、网络功能和服务器有效运作。在系统架构设计科学、全面的基础上,图书馆结合AR技术打造的新一代管理系统可以兼具智能管理、VR全景漫游、虚拟社群、智能门禁、自助借还等功能。
　　其中,智能管理可实现智能检索和导航,VR全景漫游可实现图书馆资源全景体验,虚拟社群可提供视频、语音系列体验,AR图书可对珍贵或特定的书籍进行技术处理从而提升阅读效果,传统功能即为图书馆的传统功能模块。结合AR技术打造的新一代管理系统不仅融合了新技术,也融合了新理念,符合读者未来的阅读需求以及图书馆未来智慧化发展方向,值得图书馆人进行深入探索和实践。
　　4.结束语
　　综上所述,在数字图书馆建设过程中,虚拟现实技术具有很高的应用价值和应用意义。目前,许多地区的图书馆开始尝试将虚拟现实技术应用到图书馆服务中,为读者提供更具时代感和科技感的阅读体验。当前,虚拟现实技术应用于数字图书馆建设还处于初级阶段,许多技术和领域需要进行深入研究和探索。展望未来,数字图书馆建设中虚拟现实技术的应用前景和方向应当与更多的新技术相结合,如5G网络、人工智能、AR技术等。可以预见,虚拟现实技术作为时下新型的热门技术和话题,必将有效助力图书馆实现智慧化和智能化。
　　微美全息科学院成立于2020年8月，致力于全息AI视觉探索科技未知，以人类愿景为驱动力，开展基础科学和创新性技术研究。全息科学创新中心致力于全息AI视觉探索科技未知, 吸引、集聚、整合全球相关资源和优势力量，推进以科技创新为核心的全面创新，开展基础科学和创新性技术研究。微美全息科学院计划在以下范畴拓展对未来世界的科学研究：
　　一、全息计算科学：脑机全息计算、量子全息计算、光电全息计算、中微子全息计算、生物全息计算、磁浮全息计算
　　二、全息通信科学：脑机全息通信、量子全息通信、暗物质全息通信、真空全息通信、光电全息通信、磁浮全息通信
　　三、微集成科学：脑机微集成、中微子微集成、生物微集成、光电微集成、量子微集成、磁浮微集成
　　四、全息云科学：脑机全息云、量子全息云、光电全息云
　　以下是微美全息科学院的部分科学家成员：
　　郭松睿，湖南大学计算机科学技术工学博士，曾在中科院科学计算国家重点实验室 合现实技术研修班 学习混合现实，增强现实技术，参与研发多个重点项目。
　　江涛，中国科学院沈阳自动化研究所博士，机器人学国家重点实验室，研究方向为微型仿生飞行器的气动/结构设计、控制与系统开发，在2018年获得 ICRCA-2018 机器人 EI 国际会议＂最佳论文奖＂。
　　杨军超，重庆邮电大学通信与信息工程学院信息与通信工程专业博士研究生，华盛顿大学电子工程学院联合培养博士，长期研究虚拟现实、5G多媒体传输优化、基于MEC的智能转码优化，以第一作者发表SCI/EI 论文 6 篇，中文核心 1 篇，申请专利 4 项。
　　李维娜 ，2017 年博士毕业于韩国忠北国立大学的信息和通信工程学院。2017 年 8 月去了新加坡的 Singapore-MIT Alliance for research and technology centre(SMART)从事压缩全息（compressive digital holography）的博士后工作，2018 年 11 月进入清华大学深圳国际研究生院的先进制造学部，在以前工作的基础上把数字全息（digital holography）拓展到机器学习（machinelearning）领域，特别是对 U 型网络（U-net）的改进和应用。在上述研究领域以第一作者发表高水平论文 5 篇，以第二作者发表的高水平论文2 篇。
　　曲晓峰，香港理工大学博士，现任清华大学深圳研究生院博士后，主要研究生物特征识别、机器视觉、模式识别，与绿米联创合作进行嵌入式产品算法、深度学习应用、图像与视频相关算法以及生物特征识别相关产品的开发。
　　危昔均，香港理工大学康复治疗科学系博士，南方医科大学深圳医院虚拟现实康复实验室负责人，主要研究基于虚拟现实技术的康复系统搭建及相关临床和基础研究。
　　单羽，昆士兰科技大学数字媒体研究中心（澳大利亚）博士，研究方向为虚拟现实娱乐产业与亚洲创意经济，曾参加多场虚拟现实产业的国际学术会议并发表主题演讲，发表多篇以＂虚拟现实艺术＂相关的学术论文，并参与国内多个虚拟现实娱乐产业领域的项目研究。
　　刘超，新加坡南洋理工大学博士，是深圳市南山区领航人才，深圳市海外高层次人才孔雀计划C类, Molecular Physics 2011年度最佳年轻作者提名，主要研究方向为人工智能预测过渡金属氢化物金属氢键键长与解离能和环式加成反应中量子力学/分子力学反应机理研究，曾参与过流程模拟软件的开发与研究。
　　张婷，美国西北大学博士后，香港大学博士，海外高层次人才孔雀计划C类，主要从事VR/MR关键技术研发应用和复杂服务系统优化等研究，发表全息专利5项。获全国＂挑战杯＂创业计划大赛 湖北省一等奖，华中科技大学一等奖。
　　姚卫，湖南大学计算机科学与技术工学博士，主要研究方向：忆阻神经网络及其动力学行为，应用于：图像处理、安全通信。基于VDCCTA具有长时记忆特性的忆阻器电路及其构成的神经网络。参与设计基于忆阻器的神经网络系统模型。基于忆阻器的仿生物神经元和突触连接的微电子电路设计，参与基于忆阻器的神经网络系统模型的设计与动力学行为的分析。
　　彭华军，博士，毕业于香港科技大学显示技术研究中心（CDR），从事硅基液晶器件、AMOLED材料与器件、TFT器件、显示光学等研发工作。彭博士一直从事信息显示领域前沿工作，涵盖电视图像色彩管理、AMOLED生产制造、微显示芯片设计与制造、投影与近眼显示光学等。彭博士在国际刊物上发表20篇文章。已申请近50项中国发明和美国发明专利，其中10项美国专利和20项中国发明专利获得授权。
　　陈能军，中国人民大学经济学博士、上海交通大学应用经济学博士后，广东省金融创新研究会副秘书长、广东省国际服务贸易学会理事。主要从事文化科技和产业经济的研究，近年来在版权产业领域研究方面有较好的建树。近年来先后主持、主研＂5G时代的数字创意产业：全球价值链重构和中国路径＂＂深圳加快人工智能产业发展研究＂＂贸易强国视角下中国版权贸易发展战略研究＂，＂文化科技融合研究：基于版权交易与金融支持的双重视角＂等省部级课题多项，并在《商业研究》《中国流通经济》《中国文化产业评论》等核心期刊发表论文多篇。
　　潘剑飞，香港理工大学博士学位，现为广东省高校＂千百十工程＂人才，深圳市海外高层次人才，深圳市高层次人才、深圳大学优秀学者。研究领域主要为自动化+VR 应用、先进数字化制造、 数字制造全息孪生工厂、机器人等。主持多项国家自然科学基金项目、广东省科技计划项目和广东省自然科学基金项目。
　　杜玙璠，北京交通大学光学工程博士，取得与显示产品相关专利20余项，发表期刊文章3篇，曾打造全球最高分辨率的8K*4K 的VR产品，并提出了采用光场显示技术，解决VR辐辏冲突问题；推出首款国产化率100%的单目AR眼镜，第一次联合提出基于未来空间信息的非接触式交互的操作系统概念（System On Display），在运营商体系进行虚拟现实数字产业合作。
　　伍朝志，深圳大学光机电工程与应用专业博士，研究方向主要为精密/微细电解加工，发表过多篇期刊论文和会议论文，获得三项相关专利，曾参与国家重点研发计划 、国家自然科学基金重大研究计划重点项目等。
　　微美全息科学院旨在促进计算机科学和全息、量子计算等相关领域面向实际行业场景和未来世界的前沿研究。建立产研合作平台，促进重大科技创新应用，打造产业、研究中心深度融合的生态圈。微美全息科学院秉承＂让有人的地方就有科技＂为使命，专注未来世界的全息科学研究，为全球人类科技进步添砖加瓦。
　　微美全息成立于2015年，纳斯达克股票代码：WiMi。
　　微美全息专注于全息云服务，主要聚集在车载AR全息HUD、3D全息脉冲LiDAR、头戴光场全息设备、全息半导体、全息云软件、全息汽车导航、元宇宙全息AR/VR设备、元宇宙全息云软件等专业领域,覆盖从全息车载AR技术、3D全息脉冲LiDAR技术、全息视觉半导体技术、全息软件开发、全息AR虚拟广告技术、全息AR虚拟娱乐技术、全息ARSDK支付、互动全息虚拟通讯、元宇宙全息AR技术，元宇宙虚拟云服务等全息AR技术的多个环节，是一家全息云综合技术方案提供商。