5G环境下增强现实技术在图书馆中的应用研究

来源：核心期刊咨询网时间：2021-11-19 09:3112

摘要：摘 要 5G时代，AR技术将更具发展潜力，为用户带来深度沉浸式交互体验。图书馆能否引入AR技术来驱动图书馆的管理和服务创新，成为环境创新的先驱，是一个值得思考的问题。论文从用户、馆员、图书馆三个维度梳理目前AR技术在图书馆中的应用场景，从资源服务、用户体验、

　　摘 要 5G时代，AR技术将更具发展潜力，为用户带来深度沉浸式交互体验。图书馆能否引入AR技术来驱动图书馆的管理和服务创新，成为环境创新的先驱，是一个值得思考的问题。论文从用户、馆员、图书馆三个维度梳理目前AR技术在图书馆中的应用场景，从资源服务、用户体验、空间构建、人馆交互、读者学习、日常管理方面深入分析探讨5G环境下AR技术在图书馆的应用优势，预测交互式可视化检索、与文旅机构合作、与其他技术融合应用将成为5G时代AR技术在图书馆中的应用趋势，并指出图书馆应理性引入AR技术。

　　关键词 增强现实 5G 图书馆

　　0 引言

　　科技的发展对人类认知世界的方式产生了巨大影响，增强现实(Augmented reality，简称AR)技术正是其中具有代表性的技术之一。作为下一代交互技术，AR技术将真正改变我们观察世界的方式，充分调动和发挥人类不同感官的均衡作用，拓展人类感知能力，为人类带来深度沉浸式交互体验。Gartner公司发布2017年十大战略技术趋势[1]，将“虚拟现实和增强现实”列为十大战略技术趋势之一，2018年和2019年的十大战略技术趋势[2-3]均将“沉浸式体验”列为未来技术趋势，并且在2020年十大战略技术趋势[4]中指出，到2021年，至少三分之一的企业将部署一个多元体驗平台，支持移动、网络和增强型现实的发展。在我国，《“十三五”国家科技创新规划》[5]早已将增强现实列为新一代信息技术的重点发展技术之一。当今社会，5G时代已全面来临，高速率、低时延的通信环境为AR技术的应用提供了更加有利的条件，越来越多的企业开始引入AR技术，将其应用到各个领域。

　　图书馆是人类获取信息和知识的重要场所，图书馆必须跟上技术的发展和用户习惯的变化，在满足用户需求方面成为环境创新的先驱。图书馆是物理空间、技术和信息的交叉点，这正是AR技术发展的方向。在5G时代，图书馆能否引入AR技术为读者创造新的服务和体验，AR技术在图书馆中是否具有应用优势、能否为图书馆提供技术支撑，AR技术能够应用到图书馆的哪些领域，都是值得图书馆人思考的问题。本研究通过文献调研和网络调研归纳梳理目前已经出现在图书馆领域的AR应用，分析5G环境下AR技术在图书馆中的应用优势，并对未来趋势进行预测和思考，以期为图书馆引入AR技术提供借鉴和启发。

　　1 技术背景

　　1.1 AR技术应用概述

　　“增强现实”术语由波音公司的Caudell T于1992年正式提出[6]。增强现实并没有统一的定义，目前学术界较为认可的是Milgram P和Azuma R的定义。Milgram P在1994年提出了“虚拟-现实统一体”的增强现实定义[7]。Azuma T于1997年以增强现实的三个特征“虚实结合、实时互动、三维注册”对其进行了定义[8]。AR技术的原理是将计算机生成的三维虚拟信息叠加到现实场景中，用户可通过各种显示设备(如计算机屏幕、手机或平板等移动智能终端设备、投影设备、穿戴式设备)与虚实结合的场景进行实时交互。

　　AR应用出现较早。1968年，Sutherland I[9]使用光学透视式头盔显示器创建了第一个AR系统“达摩克利斯之剑”。但由于受当时计算能力和硬件条件的限制，AR技术并未得到广泛应用。AR技术真正得到较快发展是始于20世纪90年代。当时波音公司为了解决飞机制造中的导线布局问题，试图开发一个虚拟接口，将手册中有关飞机导线正确布局的信息覆盖在实体飞机上，从而引导工程师完成电线安装。随后，AR技术开始在医疗、制造和修理、可视化、机器人路径规划、娱乐、军用飞机、户外、移动AR、协同AR和商业中进行应用[10]。2000年以后，AR技术在人工智能、虚拟通讯、游戏、家居、数字化遗产保护等领域也得到了较快的发展。随着显示设备成本的不断降低，消费级AR产品逐渐进入大众的视野，开始出现面向消费者的专门用来操作AR接口的硬件，如谷歌在2012年4月发布的增强现实型穿戴式智能眼镜Google Glass、微软在2015年1月发布的增强现实头显设备Hololens、WayRay在2020年推出的全息AR显示器等。以苹果、谷歌、微软和Magic Leap为首的各大科技巨头还相继推出了AR开发工具包。如苹果2017年推出的AR开发平台ARKit、谷歌2018年在手机中加入的ARCore，还有Facebook的AR Studio，Snapchat的Lens Studio和亚马逊的Sumerian等，为AR应用提供了良好的开发环境。

　　近几年，移动智能设备的普及与发展，催生了移动AR应用的不断涌现，并受到用户的广泛欢迎，具有代表性的有Pokemon GO、Wikitude、Ingress等应用。Facebook的Reality Labs正在构建用于支撑未来AR体验的核心基础设施Live Maps。国内也出现了一些移动AR应用，例如，2020年4月，华为AR地图上线，可实现AR实景导航、全息信息展示、虚实融合的拍照等功能。

　　综上所述，AR技术发展迅速，具有巨大的发展潜力和广泛的应用场景。随着AR从智能手机延伸到可穿戴设备，这项技术可能会成为人类感官的一种永久性增强装备。

　　1.2 5G技术对AR应用的影响

　　第五代移動通信技术(简称5G技术)具有高速度、低功耗、低时延、泛在网的功能特征。5G最高传输速度可达10 Gbps，能够提供高效优质的通信。2019年6月6日，工信部向四家通信企业颁发了5G牌照，标志着5G商用元年的到来。5G技术能够促进各行各业的基础信息建设升级，为行业发展带来质的飞跃。

　　AR应用需要快速传输和处理大量数据，在跟踪注册、图形渲染、三维建模、人机交互时需要对大量的数据进行实时计算，超出了目前普通移动智能设备的计算能力。对此，可以利用云计算技术解决计算问题，但需要将数据提交到云平台进行计算后再将结果返回到移动终端，数据来回传输会产生时延，对通信速度要求较高，这会影响用户体验的流畅度。5G技术可以解决AR应用过程中的计算和通信问题，将计算任务放到云端，云端和用户端可以在1毫秒内通信，用户终端只需执行显示任务。有了5G技术的支持，AR技术在应用时不必再受计算能力、传输能力、显示能力的局限，AR应用将会产生革命性的进展。

　　2 AR技术在图书馆中的应用场景分析

　　2.1 用户维度的应用

　　(1)图书馆导览。近年来移动计算和跟踪设备性能不断提升，大多数移动设备都带有加速度计、陀螺仪、指南针、摄像头、GPS、蓝牙和Wi-Fi等定位组件，能够以高精度确定移动设备的位置和方向，基于位置的移动AR服务模式开始被广泛应用，这为空间认知提供了一种新思路。利用AR技术进行导览的原理，是通过基于硬件或视觉的定位技术获取用户位置信息或建筑物信息，在应用程序中执行特征点识别算法，然后连接到提供服务的数据库，将与其所处地理位置相关多媒体信息与实景叠加后返回给用户。国外已经有图书馆和档案馆将AR技术用于导览服务，将AR技术与地图软件或图书馆地图模型相结合，为用户提供空间指引和馆舍介绍等服务。例如，北卡罗来纳州立大学的WolfWalk项目[11]，通过定位可向用户展示校内历史人物场景和故事;俄勒冈州立大学图书馆和档案馆开发的Beaver Tracks项目[12]，用户通过手机扫描图书馆外观即可看到图书馆和档案馆馆舍的相关照片和介绍。上海图书馆在2020年4月推出AR导览应用“从武康路出发”[13]。该应用利用上海图书馆丰富的馆藏资源向游客讲述武康路的历史、建筑和历史名人知识。

　　(2)图书指引。AR技术可以用来为读者提供寻书路径和书籍的具体位置。这是一种基于位置的服务，其原理是首先对馆藏资源和读者进行定位和跟踪，然后在读者提出书籍检索请求时实时返回最优路径图或书架位置信息。典型的AR图书指引案例是奥卢大学图书馆的基于位置感知的移动服务项目SmartLibrary[14]，该项目将所有图书粘贴RFID标签，利用RFID技术对馆藏进行标记和定位，通过WiFi技术对用户进行实时定位，然后向用户返回通往馆藏的路径图。维也纳工业大学的ARLib[15]项目也是类似的应用且推出时间比SmartLibrary更早，但ARLib是一款基于笔记本的应用，与基于移动设备的AR应用相比，用户接受度和推广性有所欠缺。而印度国家设计学院的P.Siddappa开发的librARi[16]则能通过扫描书架帮助读者在书架上找到书，但寻书效率存在不足。

　　2.2 馆员维度的应用

　　(1)图书智能排架。传统的图书排架依靠人工识别图书分类号，效率不高。将AR技术应用到排架工作中，图书管理员只需用设备扫描某层书架上的书，系统即可通过读取RFID标签、二维码、标签等图书标识智能化识别当前的排架顺序，并且对书架进行分析，以可视化的形式(如形状或颜色)代替分类号目录，快速显示每本书的顺序是否正确，图书管理员按照提示将书放到正确位置即可。这一应用有助于实现图书的准确、快速排架，提高排架效率的同时降低了工作难度，例如，美国迈阿密大学图书馆的AR应用ShelvAR[17]不仅能够帮助馆员快速排架，还能记录馆员盘点排架时间。詹姆斯库克大学图书馆的Libagent[18]也是此类型的应用。

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