5G布局下圖書館多場景VR服務構建

圖書館領域已有利用VR技術提供智慧化管理和人性化感知的成功案例。早在2008年,國家圖書館就上線了我國第一套可交互的虛擬數(shù)字圖書館系統(tǒng),隨后,國內(nèi)圖書館領域VR體驗服務迅速增多,如湖南圖書館數(shù)字閱讀體驗區(qū)、天津圖書館數(shù)字體驗區(qū)、電子科技大學VR圖書館、昆明少年兒童圖書館科普VR體驗活動、寧波市圖書館VR體驗活動等。尤其是近年來,隨著信息通信技術、計算機網(wǎng)絡技術及大數(shù)據(jù)云計算技術的飛速發(fā)展,社會正快速邁入5G互聯(lián)網(wǎng)時代［1—2］。在5G網(wǎng)絡總體布局下,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得到根本性提升,信息傳遞與共享的途徑也會更加多樣化。在5G網(wǎng)絡驅(qū)動下,移動VR技術亦得到了長足發(fā)展,將AI、AR、VR等統(tǒng)籌融合已不再是天方夜譚。5G網(wǎng)絡、VR、AI、大數(shù)據(jù)、云計算等科學技術的快速發(fā)展,一定程度上模糊了虛擬與現(xiàn)實之間的界限,人類文學、影視作品中所暢想的智慧星球、智慧國家和智慧城市正一步步地變?yōu)楝F(xiàn)實［3—4］。智慧城市是離普通居民很近的5G網(wǎng)絡紅利,智慧交通、智慧學校、智慧圖書館等已經(jīng)開始在部分大城市實施。在5G網(wǎng)絡布局與構建智慧城市的進程中,公眾對圖書館跨終端、多場景VR體驗服務無限憧憬--暢想著在圖書館、在家中、在辦公室、在寢室、在地鐵里……動動手指、戴上VR設備,就能得到如邁進實體圖書館一樣的體驗。

一.5G網(wǎng)絡布局下圖書館多場景VR服務構建意義

依托5G網(wǎng)絡、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傳播中心,滿足用戶對智能化、高效化信息獲取的需求及更高層次的體驗需求。充分激活圖書館作為智慧城市功能體的作用,是圖書館多場景VR服務構建的基本目標。

1.滿足用戶對智能化、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)模達到了空前水平,這對信息采集、傳播、存儲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)絡布局下,借助VR技術及其設備為用戶提供融合多場景的知識體驗服務,可以更好地將圖書館打造成智能、高效的知識傳播中心,以滿足用戶對智能化、高效化信息獲取的需求。

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

模擬現(xiàn)實場景,其目的是提升圖書館用戶服務體驗,使用戶沉浸于一種多元信息融合的環(huán)境當中,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)、云計算等技術,圖書館提供的VR服務能提供基于用戶閱讀偏好與行為追蹤的個性化知識體驗。再次,在5G網(wǎng)絡時代,利用移動智能小程序、客戶端等新媒體端口,將推動具有智能化特征的移動VR圖書館走進用戶的生活之中,全面提升用戶的信息獲取體驗。

另一方面,這樣的服務能滿足用戶高效化信息獲取需求。5G網(wǎng)絡使圖書館數(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傳播中心。在5G網(wǎng)絡布局下,VR在知識、信息獲取渠道與效率方面的優(yōu)勢將得以彰顯,建設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)",進而提升用戶的信息獲取體驗,以滿足用戶對高效化信息獲取的需求。

2.為用戶提供跨終端、多場景的VR體驗服務

一方面,隨著VR的發(fā)展,未來圖書館VR服務除了打造實體VR館、VR體驗區(qū),還將打造"最小移動可行產(chǎn)品"--VR館客戶端,以滿足用戶多終端、多場景的VR體驗需求。VR立足于用戶實體行為與全感官虛擬體驗的統(tǒng)一,將多維信息以一種動態(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景之中。在5G網(wǎng)絡布局下,虛擬仿真的立體圖書館,將不再受時空的限制,VR館客戶端將給用戶帶來更好的使用體驗:采用主流網(wǎng)絡數(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)絡兼容性,用戶經(jīng)過網(wǎng)絡授權之后,便可以在PC端、移動智能終端及其他電子設備上進入移動VR館,為用戶提供跨終端的全方位服務。

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

網(wǎng)絡使用VR設備體驗VR服務,完全不會感覺到卡頓,這為圖書館VR多場景服務提供了網(wǎng)絡硬件支持。借助5G網(wǎng)絡、移動終端和移動VR設備,圖書館能為用戶提供多場景VR服務,用戶在家里、學校、社區(qū)等不同場景下,都可以隨時享受和體驗圖書館VR服務。

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社會創(chuàng)新2.0而提出的一種高級城市形態(tài),建設智慧城市是為了緩解當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中的重要組成部分。在智慧城市建設中,無論是城市交通運行,還是政府機構、企事業(yè)單位良性運轉,都離不開信息和數(shù)據(jù)的智能化處理。圖書館擔負著智慧城市信息處理中心的重任,在5G網(wǎng)絡布局下,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在圖書館建設中的應用,不僅可降低智慧圖書館建設中的硬件投入成本,還使原有二維平面數(shù)據(jù)方式,轉變成為更為直觀的三維立體模式［6］?？梢哉f,圖書館多場景VR服務的構建,既滿足了用戶對智能化、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,還能提高整個城市的運轉效率,彰顯圖書館作為智慧城市功能體的作用。因此,全位、立體化、多場景的圖書館VR服務構建,勢必將成為智慧城市建設的核心工作之一。

二.5G網(wǎng)絡布局下構建圖書館多場景VR服務的邏輯架構

構建圖書館多場景VR服務是一項系統(tǒng)工程。圖書館既要依賴5G網(wǎng)絡環(huán)境下信息的高速、高效傳播機制,又要借助VR、AI、大數(shù)據(jù)、云計算等在圖書館虛擬空間拓展和服務平臺建設方面的優(yōu)勢,統(tǒng)籌搭建圖書館多終端、多場景VR服務的邏輯架構。

2015年我國5G網(wǎng)絡通信開始統(tǒng)籌布局,2019年6月6日5G商用牌照正式發(fā)放,預計2020年5G網(wǎng)絡將開始全面商用。5G網(wǎng)絡最大的特點就是運行速度快,未來傳輸速率可達10Gbps以上,人們可以真正地實現(xiàn)無障礙數(shù)字通信和網(wǎng)絡交流。5G網(wǎng)絡通信高效為圖書館多終端、多場景的VR服務提供了網(wǎng)絡保障,只有在暢通、高速的網(wǎng)絡環(huán)境下使用VR服務最小可行產(chǎn)品、穿戴設備,才能給讀者帶來優(yōu)越的體驗。

在5G網(wǎng)絡環(huán)境下,用戶可以不受時空限制,通過VR系統(tǒng)進入虛擬仿真的世界。VR以計算機虛擬仿真的模式對現(xiàn)實世界中存在的難以實現(xiàn)的情境進行三維仿真模擬,使人體的視覺和心理在虛擬和真實的世界間轉換［7］。依托VR我們可以創(chuàng)建虛擬的圖書館空間,當然,要實現(xiàn)圖書館多場景VR服務,需要一系列能實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實轉換功能的計算機軟硬件技術以及系統(tǒng)性的VR服務邏輯架構,如圖1所示。圖1圖書館多場景VR服務的邏輯架構第一,VR系統(tǒng)以通用型平臺(如Windows通用應用平臺、安卓系統(tǒng)應用平臺、蘋果系統(tǒng)應用平臺等)為設計框架主體,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應,VR系統(tǒng)還應在云端設文字數(shù)據(jù)庫和圖像視頻數(shù)據(jù)庫,用戶進入圖書館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用,如圖2。VR視覺跟蹤算法的原理是對虛擬過程中的重力數(shù)據(jù)、旋轉數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)等原始信息進行融合,以獲取到與真實情景一致的點云數(shù)據(jù)集合,并通過圖像渲染、虛擬仿真環(huán)境,實現(xiàn)與實景相似的情境體驗?？梢?依托VR系統(tǒng)的圖書館多場景VR服務,在知識提取、信息采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎捅憬菪苑矫骘@然優(yōu)于實體圖書館服務與數(shù)字圖書館服務。

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

第四,圖書館多場景VR服務的實現(xiàn),還必須搭建基于5G網(wǎng)絡的跨終端、多場景VR操作系統(tǒng),即一個兼容的VR服務平臺。操作系統(tǒng)應包括智能VR界面單元、VR資源服務單元、用戶大數(shù)據(jù)智能分析單元等基礎性模塊,以高效實現(xiàn)人機交互、資源獲取、用戶信息識別等功能［9］。需要強調(diào)的是,在5G網(wǎng)絡全面布局商用領域的背景下,操作系統(tǒng)"跨終端""多場景"屬性的價值應得到充分激發(fā),如在圖書館系統(tǒng)管理員授權的情況下,圖書館賦予用戶通過移動終端進入VR服務平臺的通路,這樣便能夠升級圖書館服務效率與效能,滿足用戶更高層次的體驗需求。

三.5G網(wǎng)絡布局下構建圖書館VR服務的保障路徑

在圖書館多場景VR服務構建的進程中,除了需要搭建圖書館跨終端VR系統(tǒng)架構,以解決戰(zhàn)略性、技術性問題,還需要從資源、設備、智力等維度持續(xù)升級圖書館智慧,以確保圖書館能夠為用戶提供跨終端、多場景、實效性、高效性的VR服務,進而真正激活圖書館作為智慧城市功能體的作用。

1.構建圖書館VR資源庫

5G網(wǎng)絡時代的到來和VR的發(fā)展,為圖書館智慧化服務變革提供了重要發(fā)展機遇。然而,無論圖書館形態(tài)如何發(fā)展,資源建設始終都是用戶服務的基礎與根本--圖書館要構建融合多場景的VR服務,必須先構建適用于圖書館多場景VR服務的資源庫。

基于當前技術環(huán)境,圖書館在構建VR資源庫時,可采用VRML語言(Virtual Reality Modeling Language,虛擬現(xiàn)實建模語言)。這是一種營造"真實世界的場景"或"虛構世界的場景"的建模語言,支持二維、三維、多媒體與動態(tài)技術,可以實現(xiàn)用戶與虛擬環(huán)境的高效交互,產(chǎn)生臨場感。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語言通過構建三維虛擬場景,可以使資源栩栩如生地再現(xiàn),實現(xiàn)文字、圖像資源的三維轉化,實現(xiàn)"人""物"交互。

構建圖書館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貌,立體形象地再現(xiàn)文字、圖片、視頻場景的虛擬形態(tài),因而,其是圖書館實現(xiàn)多場景VR服務的物質(zhì)基礎。當然,圖書館在建設VR資源庫過程中,必須對本館物質(zhì)資源進行全面評估,確保在VR資源庫建設中有可用數(shù)據(jù)資源、技術路徑及支撐資金,即圖書館在VR資源庫建設之前必須評估可行性,并對建設環(huán)節(jié)進行分解。

2.升級圖書館多場景VR服務設備

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

從物質(zhì)形態(tài)方面來看,在5G網(wǎng)絡支持下,用戶期望圖書館提供的多場景VR服務是開放的、自由的、便捷的,所以未來必須升級VR體驗設備,提升其便攜性、智能性、友好性、安全性,如開發(fā)輕便型頭盔、設計友好界面、打造符合人體工程學的設備形態(tài)等。在軟技術層面,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,全景體驗圖書館各種場景空間。然而,目前的VR設備在技術上仍難以真正讓用戶沉浸在VRML構筑的全景世界里,未來仍需不斷優(yōu)化設備軟技術,解決VR設備帶來的不適感,如利用5G網(wǎng)絡、云數(shù)據(jù)處理技術、AI不斷提高VR設備端的智能反映速度;采用光場攝像技術記

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,減少因為視覺輻輳所引發(fā)的暈眩感。

3.優(yōu)化圖書館多場景VR服務智力支持

高科技快速發(fā)展的背后是人才發(fā)揮著關鍵作用。5G網(wǎng)絡基礎性作用發(fā)揮、圖書館多場景VR服務軟硬件系統(tǒng)的搭建、更先進的VR體驗設備的研發(fā),都需要高精尖人才的智力支持,尤其需要計算機通信網(wǎng)絡及VR、AI領域的頂尖人才,以提供技術保障。為了加快圖書館多場景VR服務各項工作的順利落地,圖書館可以與計算機通信網(wǎng)絡及VR、AI領域的社會機構、人才和專家合作,以保障圖書館多場景VR服務構建與后期維護工作;圖書館也應對館員進行定期技能培訓與考核,并從中選擇有發(fā)展?jié)摿Φ哪贻p人才作為重點培養(yǎng)對象,為圖書館多場景VR服務工作儲備人才。

四.結語

VR是新世紀以來最為重要的核心技術之一,盡管世界各國對VR的研究已經(jīng)取得了階段性成果,VR與各領域的結合緊密程度也在持續(xù)提高,但將VR更深入地應用到圖書館服務領域仍舊是一個具有前瞻性的研究課題。在即將來臨的5G網(wǎng)絡時代,"5G+VR"勢必將改變?nèi)藗兩畹姆椒矫婷?助力圖書館服務優(yōu)化,提升圖書館用戶的多場景知識獲取體驗。

本文來源:《出版廣角》:http://m.xwlcp.cn/w/zw/7342.html