刘海英，徐 飞b，韦心勤
(南宁师范大学 a.图书馆；b.教育科学学院，广西 南宁 530001)
1 引 言
虚拟现实技术是高等教育在人才培养领域推进“智能+教育”的积极探索，将成为形成高水平人才培养体系的关键一环，是推动人才培养质量提升的新兴生产力。虚拟现实技术的不断深化应用，给高校图书馆管理带来了全新的考量和思索。为大力推进高等教育信息化，加快高校智慧教育的创新发展，加强高校优质教学资源的建设与应用，高校图书馆以高质量虚拟教学服务助推高等教育教学质量变轨超车，助力高等教育强国建设。虚拟现实(Virtual Reality，VR)，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是仿真技术的一个重要方向，使用者需要利用键盘、鼠标等输入设备，或者带上头盔、数据手套等传感设备进入由计算机生成的模拟环境，在模拟环境中进行实时交互，使用户沉浸到该环境中并且能够感知和操作模拟环境中的各种对象，获得身临其境的体验。虚拟现实技术具有沉浸感、交互性和想象力三个基本特征，其中沉浸感是其最主要的特征。当前，研究者按照实时交互程度的差异和虚拟现实系统的沉浸感将虚拟现实系统分为非沉浸式VR系统、半沉浸式VR系统和沉浸式VR系统。非沉浸式VR系统又叫“桌面式虚拟现实”，通常由电脑屏幕呈现虚拟环境，用户通过平面显示设备观看虚拟环境，并通过键盘鼠标等外设进行交互，虽然可以看到立体图像，但整体感觉是“置身事外”；半沉浸式VR系统是桌面VR的加强版，虽然能够提供一些头部追踪等技术来提高用户的沉浸感，但仍使用二维显示器来显示图像，又叫“分布式虚拟现实”；沉浸式VR系统利用头盔显示器把用户的视觉、听觉封闭起来，产生虚拟视觉，同时，它利用数据手套把用户的手感通道封闭起来，产生虚拟触动感，这样使得用户产生更自然的交互和浸入感。2 虚拟现实技术在高校图书馆的应用及研究现状
非沉浸式VR系统、半沉浸式VR系统是当前国内外图书馆虚拟现实应用的主要形式。如美国得克萨斯A&M大学的伊万斯图书馆通过虚拟仿真技术，让使用者通过远程接入的技术漫游图书馆，在虚拟环境中利用导航、浏览、阅读、聆听了解图书馆图书情报，获得身临其境的体验。2008年9月，中国国家图书馆正式推出了“虚拟现实系统”用户体验区。用户可在中国国家图书馆中进行新馆漫步，虚拟地“参观”，足不出户即可了解国家图书馆的业务布局和建筑风格。世界各地的访问者也只需要接入互联网就可以进入国家图书馆虚拟场馆。国家图书馆推出的图书架位导航服务是在A-leph500系统中添加书架号字段，系统从Aleph表单中直接读取数据，并由此生成相应的图片，结合RFID技术的精确排架的功能，为图书架位精确定位服务提供保障。中国高等教育数字图书馆的“大学数字图书馆国际合作计划”项目，只需要安装其网站提供的系统程序平台组件，即可利用虚拟现实技术进行实时显示、限时绘制某些搜索到的信息和资源，并可以体验虚拟的检索室、阅览室。非沉浸式VR系统、半沉浸式VR系统所构建的图书馆虚拟现实系统优点明显，其构建成本比较低，在当前技术上实现起来难度不大，对使用者计算机终端的硬件要求也不很不高，因此推广建设起来比较容易。但受限于其虚拟环境的画质和人机交互方式，使用者往往不能完全沉浸在虚拟环境中，身临其境的体验感比较差。目前，虚拟现实技术在图书馆中的应用方面主要集中在馆内导航、馆藏分布优化、读者服务建设等方面，具有真实感强、可操作性强等特点，为读者提供了独特的阅读环境。从国内外图书馆虚拟现实技术的应用现状来看，虚拟现实的应用还停留在初级阶段，主要应用方式为非沉浸式VR系统、半沉浸式VR系统，其主要功能还是对传统图书馆服务功能的补充和完善，并没有充分发挥虚拟现实的效果，一些技术的应用如桌面虚拟现实技术、虚拟环境漫游、图书馆仿真技术等应用起来画质比较粗糙，漫游方式也比较受局限。能够真正体现虚拟现实主要特征的沉浸式VR系统的虚拟现实系统设备绝大部分处于前期研制实验阶段，随着虚拟现实设备研发技术的进一步成熟，以往价格费用普遍较高的设备价格会进一步走低，这为沉浸式虚拟现实在高校图书馆的普及提供了契机。3 沉浸式虚拟现实在图书馆虚拟教学中的应用分析
沉浸式虚拟现实(immersive VR)提供参与者完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟世界之中的感觉，所以最能展现虚拟现实效果，相关设备包括头盔式显示器、行走装备、洞穴式立体显示装置、数据手套、空间位置追踪器等。沉浸式虚拟现实其明显的特点是：采用封闭的场景和音响系统将用户的视听觉和外界隔离，使得用户可以完全置身于计算机生成的环境中，它具有高度的沉浸感、高度的实时性、良好的系统整合性以及并行处理的功能。目前常见的沉浸式虚拟现实有头盔式虚拟现实系统、座舱式虚拟现实系统、投影式虚拟现实系统和洞穴式虚拟现实系统。相对桌面式虚拟现实和分布式虚拟现实，沉浸式虚拟现实将是未来虚拟现实技术在高校图书馆应用研究中的重要内容之一。3.1 高校图书馆在整合沉浸式虚拟现实教学中的优势
当前高等教育中，重构教育生态，发展智能教育，已经获得国家层面的高度重视。2018年4月13日，由教育部发布《教育信息化2.0行动计划》，要求以人工智能、大数据、物联网等新兴技术为基础，依托各类智能设备及网络，积极开展智慧教育创新研究和示范，推动新技术支持下教育的模式变革和生态重构。2019年2月13日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《加快推进教育现代化实施方案(2018—2022年)》，提出大力推进教育信息化，着力构建基于信息技术的新型教育教学模式、教育服务供给方式以及教育治理新模式。而当前大多数高校图书馆基本停留在传统的管理和操作模式下，图书馆只是高校各院系大量图书资料被动的“搬运工”，很少能够真正参与到各院系课程开发与教学中。图书馆功能由被动服务到主动与对院系对接，开展沉浸式虚拟现实教学是关键所在。随着虚拟现实技术的不断发展和完善，虚拟现实技术以其强大的教学优势和潜力，受到越来越多教育工作者的重视和青睐，已有很多高校都有购买虚拟教学课程软件。但由于学校专业设置、课程设置以及管理工作的复杂性，高校实验教学建设大都自成体系，信息分割，很难实现共享教学资源，实现教育资源最优化、公平化，难以形成稳定安全的开放运行模式。因此，通过高校图书馆的媒介作用对虚拟现实教学资源进行整合，促进虚拟现实教学项目的应用共享，显得尤为必要。3.1.1 高校图书馆具有先天的资源优势。高校图书馆具有其他院系不具备的大量馆藏资源，为整合开展虚拟教学提供了基础。另外，在高校图书馆中的工作人员具有丰富的综合知识和专业知识，他们长期从事咨询服务和导航服务，为开展相应地虚拟教学提供了人才储备。
3.1.2 有利于高校资金的高效配置及利用。相较于非沉浸式VR系统、半沉浸式VR系统，目前能够产生沉浸感的虚拟现实系统所需要的设备技术要求更高，更精密，设备采购成本、使用调试和维护成本价格普遍偏高。沉浸感的虚拟现实设备不仅采购成本较高，且目前大部分设备在同一时间只能由单人佩戴和感受。如果高校各院系都独自购买，会造成资金的极大浪费。
3.1.3 有利于技术人员的优化配置。沉浸式虚拟现实系统无论是软件开发还是硬件的维护，都需要配备专门的技术人员负责，如果高校各院系重复配置势必造成人员的臃肿和浪费。而如果以图书馆为虚拟教学平台，主动与各院系进行教学对接，根据各院系的教学需要提供软件开发服务，是未来沉浸式虚拟现实教学图书馆的特色功能。
3.2 沉浸式虚拟现实在高校图书馆应用中存在的问题
沉浸式虚拟实验技术为高校教学提供了创新多样的教学方式方法，在实验教学方面具有利用率高、安全性强、易维护等诸多优点，是推进高校“智能+教育”的积极探索，将成为高校重构教育生态，发展智能教育的关键环节。当前制约沉浸式虚拟现实在高校图书馆应用中的首要问题是成本问题，相较于非沉浸式VR系统、半沉浸式VR系统的桌面呈现设备、头部追踪设备，沉浸式VR系统的头盔显示器和位置追踪等设备研发采购的成本更高，维修和养护的费用也更高。其次，制约沉浸式虚拟现实在高校图书馆应用中的问题是人员技术问题，相较于非沉浸式VR系统、半沉浸式VR系统，沉浸式VR系统对高校图书馆管理员提出更高的要求。一般来说，非沉浸式VR系统、半沉浸式VR系统操作相对简单，高校图书馆管理员只需要经过短期培训，便能达到进行熟练操作，沉浸式VR系统要求图书管理员对虚拟现实技术的理解深刻，要保证沉浸式VR系统能长期稳定运行，不仅需要专业人员对设备进行操作，还需要有专业人员进行维修和养护。最后，为了提高读者对沉浸式VR系统的沉浸式和交换性体验，还有赖于视景生成技术进一步提高。当前采用非沉浸式VR系统、半沉浸式VR系统的高校图书馆一般使用的全景技术，此种技术可以帮助读者尽可能在高校图书馆找到自己喜爱的书，全方位的展现场馆文化特色，全景技术成本要求较低，但沉浸式和交换性体验较差。沉浸式VR系统一般采用的三维建模技术具备较好的沉浸感、交互性等特征，但复杂模型的构造过程工作量较大、较为繁杂，构建有效交互的虚拟场景，编程量较大，技术难度要求较高。4 高校图书馆沉浸式虚拟现实教学前景展望
沉浸式虚拟现实技术以其诸多的优点决定了它在教育领域中的重要作用。一是避免真实实验或操作所带来的各种危险并降低真实实验的实验用品损耗；二是在虚拟实验中可以获得与真实实验接近的学习效果，还可根据实验教学发展需求“引入”新设备，不断对新设备进行扩展。三是彻底打破空间与时间的限制。而通过高校图书馆对虚拟现实资源整合的虚拟教学，能提高实验效果与效率，充分发挥教学优势。4.1 构建沉浸式虚拟现实图书馆，实现跨学科立体虚拟教学
在虚拟教学实验环境中，通过参与者与虚拟仿真环境的相互作用，并借助对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，以全方位地获取虚拟环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息，学生沉浸在多维信息空间，能够主动地在环境中进行操作，从中获取学科知识。由于场景逼真，这样可以极大地激发学生的学习兴趣，发挥想象力，达到显著的学习效果。但是虚拟的“真实”环境往往不仅仅是单一学科知识的应用，它还牵涉到多学科知识的运用与结合。这时，单一学科的虚拟教学就很难满足，而需要跨学科的知识教学才能应对所遇到的虚拟场景。高校图书馆在整合各学科教学资源方面优势明显，具有其他高校专业所不具备的丰富电子信息资源和完善网络系统，其他单一学科难以实现的跨学科立体虚拟教学在高校图书馆成为可能。虚拟实验教学项目的应用共享不仅是在校内各专业间的共享，还可以发展为各高校图书馆虚拟实验项目的联合共享，提升高校图书馆持续开放服务的能力。4.2 创设“真实”学习情境，有效规避真实实验操作的危险
在高校教学过程中，往往会涉及一些危险的、不易接触的或现实生活中难以遇到的学习内容，如火山喷发、地震爆发、火灾爆炸、生物灭绝、宇宙空间等，以往对于这部分内容的实验，往往使用电视录像的视频的形式来代替实验操作，学生不能直接进入真实实验场景进行操作，体验感较差，难以获得相关教学内容的感性认识。高校图书馆可以采用沉浸式虚拟现实技术对这部分内容进行虚拟平台整合，学生在虚拟场景中，放心操作以前无法完成的实验，学生自己动手，将抽象概念具体化，充分发挥沉浸式虚拟教学安全无忧，经济实用的特点。4.3 推进高校图书馆数字化校园建设，服务高校教学和科研
数字化校园建设主要建立校园虚拟环境，通过虚拟现实的沉浸性，可以使师生身临其境地感受到高校的教学、管理和生活服务等相关信息，这种突破时空限制的数字化校园可以极大地促进高校教学资源的远程共享和科研服务的提升。相较于以往教师坐在课堂枯燥的讲授形式，虚拟现实技术创设了一种师生都喜闻乐见的教学模式。借助于虚拟现实技术，高校图书馆可以打破以往图书馆服务对象和方式的局限性，利用虚拟技术相师生推介所拥有的图书信息，克服馆藏图书的实用性不强的现状。通过实现从环境、资源到应用的全部数字化，在传统校园基础上构建一个虚拟空间，以拓展现实校园的时间和空间维度，提升传统校园的运行效率，扩展传统校园的业务功能，最终实现教育过程的全面信息化，提高管理水平、从而提升核心竞争力。4.4 创新高校图书馆服务模式，积极探索“智能+教育”
虚拟现实技术为有需求的高校开通专属的在线实验云服务，在“实验空间”上以按需、易扩展的方式托管高校现有的虚拟仿真实验教学项目，为高校提供集中管理，统一入口的在线实验服务平台，为项目的共享提供安全、可靠的服务保障，构建属于自己学校的虚拟仿真实验教学应用环境，为学校孵化、培育虚拟仿真实验教学项目提供支持。5 结 语
将沉浸式虚拟现实技术应用到高校图书馆，为高校师生提供更好的使用体验，将有利于高校图书馆功能的升级。当然，沉浸式虚拟现实技术作为一门高速发展的新兴技术，也会存在不少需要解决的问题，比如VR引起的晕动病(模拟器病、电脑病等)。另外，在人体工程学方面，当用户开始感觉不适时，他们不再体验到沉浸感，如头盔太重压在鼻梁或颧骨上，否则时间一长，便会引起疼痛，从而降低沉浸感。虚拟现实技术的发展日新月异，一般短短几年产品就会升级换代，那么现在的投入就会面临设备升级的压力。沉浸式虚拟现实技术为高校提供了全新的教学模式，让原来一些“做不了、做不上、做不到、做不好”的实验教学成为可能。因此，高校图书馆应顺应现代高等教育发展需求，积极关注未来虚拟现实技术的发展与应用，不断提升高校图书馆的服务能力和水平。
