王 璞
(上海海事大學(xué)圖書館 上海 201306)
1990年,美國波音公司的Caudell與同事在設(shè)計(jì)一個輔助布線系統(tǒng)時提出了“Augmented Reality”這個概念?!癆ugmented Reality,AR”中文翻譯成“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”,我國臺灣地區(qū)則譯為“擴(kuò)增實(shí)境”。AR技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新興技術(shù),用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的附加信息對真實(shí)世界的景象進(jìn)行信息增強(qiáng)或擴(kuò)張。AR技術(shù)具有將真實(shí)場景同虛擬物體加以融合的特性,從而增強(qiáng)用戶對現(xiàn)實(shí)環(huán)境的認(rèn)識、理解并進(jìn)行交互。
傳統(tǒng)的AR技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在工業(yè)、醫(yī)療、教育、娛樂、軍事等領(lǐng)域,但受限于硬件設(shè)備,還沒有進(jìn)入到普通民眾的日常生活。近年來,隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展完善,智能手機(jī)性能的顯著提高,已經(jīng)能夠滿足AR技術(shù)的軟硬件需求。移動AR技術(shù)為廣大移動互聯(lián)網(wǎng)用戶帶來了全新的應(yīng)用體驗(yàn),國外已有大學(xué)、圖書館、博物館等機(jī)構(gòu)利用定位、識別、融合等多種技術(shù),借助移動互聯(lián)網(wǎng),為用戶提供智能手機(jī)上的移動AR服務(wù)。
AR可以算是“Virtual Reality(虛擬現(xiàn)實(shí))”技術(shù)的一個分支,虛擬現(xiàn)實(shí)是創(chuàng)造一個全新的虛擬世界,強(qiáng)調(diào)用戶的沉浸感受,而AR則是強(qiáng)調(diào)虛實(shí)融合。AR技術(shù)把虛擬的圖像和文字信息與現(xiàn)實(shí)生活景物結(jié)合在一起。
1994年,保羅·米爾格拉姆(Paul Milgram)和岸野文郎(Fumio Kishino)提出了現(xiàn)實(shí)——虛擬連續(xù)統(tǒng)一體(Milgram's Reality-Virtuality Continuum)[1]。他們將真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境分別作為連續(xù)統(tǒng)一體的兩端,位于它們中間的被稱為“混合實(shí)境(Mixed Reality)”(見圖1)。其中靠近真實(shí)環(huán)境的是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí),靠近虛擬環(huán)境的則是增強(qiáng)虛擬。
Azuma在1997年寫了一篇關(guān)于AR技術(shù)的綜述文章,介紹了AR技術(shù)在醫(yī)療、制造與維修、機(jī)器人、娛樂業(yè)和軍事等方面的應(yīng)用情況[2]。Azuma突破了基于傳統(tǒng)的頭戴式顯示器的AR技術(shù)概念的限制,給出了更為寬泛的AR系統(tǒng)的三個基本特征的描述:(1)Combines real and virtual(結(jié)合虛擬與現(xiàn)實(shí));(2)Interactive in real time(實(shí)時交互);(3)Registered in 3-D(三維定位)。
Azuma所描述的AR技術(shù)是指借助計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和可視化技術(shù)產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)環(huán)境中不存在的虛擬對象,并通過傳感技術(shù)將虛擬對象準(zhǔn)確“放置”在真實(shí)環(huán)境中,借助顯示設(shè)備將虛擬對象與真實(shí)環(huán)境融為一體,并呈現(xiàn)給使用者一個感官效果真實(shí)的新環(huán)境。因此AR系統(tǒng)具有虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時交互、三維定位的特點(diǎn)。
雖然AR技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了幾十年,但由于技術(shù)及設(shè)備條件限制,僅應(yīng)用在少數(shù)行業(yè),并沒有進(jìn)入大眾的視野。隨著近幾年移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,各種軟硬件環(huán)境的完善,AR的概念出現(xiàn)了新的外延。2009年,開始出現(xiàn)基于移動互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序(AR App)。在以3G網(wǎng)絡(luò)為代表的高速移動互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展的同時,智能手機(jī)的硬件性能越來越強(qiáng)并配置了功能豐富的硬件模塊,包括GPS、傳感器、陀螺儀、電子羅盤等。與此同時,移動互聯(lián)網(wǎng)上出現(xiàn)了以Layar、Wikitude、Junaio為代表的匯集AR應(yīng)用的平臺,吸引眾多的用戶體驗(yàn)種類豐富的AR應(yīng)用。與傳統(tǒng)AR應(yīng)用的固定場景不同,基于移動互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)的AR應(yīng)用,可稱之為移動AR應(yīng)用。
利用智能手機(jī)上的AR應(yīng)用程序,用戶能夠在某個特定的地點(diǎn)和時間,獲取到與真實(shí)場景相關(guān)的虛擬情景信息,AR具有高度的實(shí)時性和相關(guān)性,從而極大改善用戶的信息搜尋體驗(yàn)。智能手機(jī)上的AR應(yīng)用場景一般是這樣的:開啟AR App,將手機(jī)攝像頭對準(zhǔn)AR特征目標(biāo)(室外可以是建筑、風(fēng)景等具有地理位置信息的標(biāo)志物,室內(nèi)是AR標(biāo)記物),AR App在實(shí)時的物理場景上覆蓋上計(jì)算機(jī)生成的圖象和各種信息資源,用戶可以在各種類型的虛擬資源中進(jìn)行選擇、查看。為了實(shí)現(xiàn)這種混合現(xiàn)實(shí),智能手機(jī)配備了用于地理定位的GPS,確定方向和角度的電子羅盤,用于垂直運(yùn)動的加速計(jì)以及真實(shí)場景融合虛擬信息的校準(zhǔn)系統(tǒng)。
《Horizon Report(地平線報告)》是國際新媒體聯(lián)盟組織(New Media Consortium)和美國高校教育信息化協(xié)會(EDUCAUSE)共同研究發(fā)布的年度成果。該報告重點(diǎn)揭示未來五年內(nèi)對美國高等教育領(lǐng)域內(nèi)的教學(xué)、學(xué)習(xí)產(chǎn)生重大影響的信息技術(shù)、關(guān)鍵趨勢和重要挑戰(zhàn)。張屹在分析歷年報告內(nèi)容的基礎(chǔ)上得出研究結(jié)論:以移動設(shè)備和移動計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)支撐的智能化移動學(xué)習(xí)將成為未來高等教育信息化發(fā)展的重要趨勢[3]。2010年的地平線報告認(rèn)為:AR技術(shù)在未來的情境式學(xué)習(xí)中有巨大的潛力,能幫助學(xué)習(xí)人員獲得非比尋常的學(xué)習(xí)體驗(yàn),具有整合及發(fā)現(xiàn)多重信息的能力[4]。2011年的地平線報告認(rèn)為:AR技術(shù)在2~3年內(nèi)會得到大范圍的應(yīng)用,AR技術(shù)可以為學(xué)習(xí)者提供情境性的實(shí)時學(xué)習(xí)體驗(yàn),幫助學(xué)習(xí)者探索現(xiàn)實(shí)世界中信息間聯(lián)系的本質(zhì)[5]。
移動AR技術(shù)在國內(nèi)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用仍處于起步階段,在教育領(lǐng)域的研究與應(yīng)用也比較少,但國外的移動AR應(yīng)用已經(jīng)有了長足的發(fā)展。下面就移動AR技術(shù)在國外文化教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀做一些案例介紹。
Liestol在文章中介紹了使用移動AR技術(shù)來輔助進(jìn)行歷史學(xué)和建筑學(xué)課程的教學(xué)實(shí)踐[6]。學(xué)生們在古代建筑遺址前,使用AR App,可以觀看使用仿真技術(shù)修復(fù)的古建筑的原先的樣貌,并可以查看古建筑的相關(guān)歷史信息。同時,用戶留言和標(biāo)注功能增強(qiáng)了交互性,學(xué)生可以互相查看評論和網(wǎng)絡(luò)外部資源并進(jìn)行交流,增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果。Liestol認(rèn)為使用AR技術(shù)的情境學(xué)習(xí)方法不僅適用于古建筑研究,同樣也適用于那些需要探究歷史發(fā)展脈絡(luò)的學(xué)科領(lǐng)域。融合了虛擬與現(xiàn)實(shí)的AR教學(xué)手段為學(xué)生們帶來了深刻的感受,有利于知識的記憶和理解。
荷蘭阿姆斯特丹市立博物館開展了一項(xiàng)名為“ARTours”的項(xiàng)目,使用移動AR技術(shù),提升展品的展覽效果,促進(jìn)文化傳播與交流[7]。參觀者在參觀展品的同時,使用手機(jī)可以實(shí)時獲取展品的背景信息,包括作者生平、展品介紹,其他人的評論等。同時,博物館通過和旅游局的合作,開發(fā)“增強(qiáng)旅行”的AR App。觀光客在荷蘭的著名歷史景點(diǎn),能夠通過手機(jī)實(shí)時查看由博物館提供的歷史照片、繪畫作品等信息,并提供豐富的背景信息介紹。
從19世紀(jì)開始,美國費(fèi)城開始用照片記錄城市的變遷,并建立了費(fèi)城城市圖片檔案。目前,公眾可以通過“費(fèi)城歷史(http://www.philadelphiahistory.org/)”這個網(wǎng)站查看約200萬張費(fèi)城歷史圖片。2010年,費(fèi)城歷史記錄局與Azavea公司合作開發(fā)了一個手機(jī)AR App。游客在參觀費(fèi)城的建筑或者歷史景點(diǎn)時,使用該手機(jī)App,可以實(shí)時查看景點(diǎn)的歷史照片和重要事件等相關(guān)信息[8]。
WolfWalk是美國北卡羅萊納州立大學(xué)(NCSU)圖書館研發(fā)的一個智能手機(jī)App,利用大學(xué)檔案館的館藏照片,為用戶展示校園內(nèi)的地標(biāo)性建筑、景點(diǎn)、設(shè)施的歷史圖片和資料[9]。除了傳統(tǒng)的Google地圖導(dǎo)航式應(yīng)用,WolfWalk還使用了新穎的AR和地理定位技術(shù)。當(dāng)師生在校園漫步時,用手機(jī)攝像頭對準(zhǔn)某建筑,即可以實(shí)時獲取有關(guān)該建筑和地點(diǎn)的歷史圖片、重要事件等信息,同時,用戶還可以查看所在位置附近的重要校園設(shè)施。無論是本校的師生還是訪客,都能通過WolfWalk便捷、高效地了解北卡大學(xué)校園歷史變遷。在校園導(dǎo)覽系統(tǒng)里使用了AR技術(shù)的學(xué)校還有美國哥倫比亞大學(xué)[10]、英國??巳卮髮W(xué)[11],中國的臺灣大學(xué)[12]、輔仁大學(xué)[13]等。
英國JISC“移動圖書館社區(qū)支持項(xiàng)目”開發(fā)的AR App-SCARLET:利用AR技術(shù)促進(jìn)對特藏的研究和教學(xué)(The impetus for Special Collectionsusing Augmented Reality to Enhance Learning and Teaching)[14]。該項(xiàng)目借助AR技術(shù),幫助學(xué)生們學(xué)習(xí)和研究古代文獻(xiàn)資料,在保護(hù)古籍的同時,也讓學(xué)生充分接觸到原始文獻(xiàn),并附加展示豐富的網(wǎng)絡(luò)資料。AR技術(shù)讓學(xué)生在接觸原稿的同時,通過在原稿周圍附加上數(shù)字圖片、在線學(xué)習(xí)資料以及圖書館的相關(guān)學(xué)術(shù)信息,豐富學(xué)生的信息來源,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。AR技術(shù)讓整個學(xué)習(xí)過程更有交互性,學(xué)生通過查看相關(guān)元數(shù)據(jù)、圖片和文獻(xiàn)二次閱讀,建立了一種以探究為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)模式,加深了對原始文獻(xiàn)的理解。
通過對以上移動AR應(yīng)用案例的介紹,可以看到AR技術(shù)在建筑研究、博物館展覽、增強(qiáng)旅行、校園導(dǎo)航以及古籍閱讀等方面的試驗(yàn)性探索。那么,對于現(xiàn)代圖書館,移動AR技術(shù)將會有哪些方面的應(yīng)用潛力,本文結(jié)合已有的研究和實(shí)例,從五個方面進(jìn)行闡述和展望。
美國邁阿密大學(xué)AR研究小組的Brinkman教授領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)了一個用于書架整理的AR應(yīng)用程序[15]。這款名為ShelvAR的App通過手機(jī)攝像頭讀取粘貼在書脊上的二維碼標(biāo)簽里的內(nèi)容,可以判斷讀取范圍內(nèi)圖書的位置是否正確。手機(jī)屏幕上可以實(shí)時顯示一排虛擬的標(biāo)記,如果有亂架的圖書,在書脊上會顯示紅色標(biāo)記“×”,而位置正確的圖書則是綠色標(biāo)記“√”。手機(jī)屏幕上會出現(xiàn)一個箭頭指示亂架的圖書應(yīng)該往哪個方向移動并指示影像有效范圍內(nèi)的移動距離[16]。ShelvAR不僅可以進(jìn)行高效率的書架整理,還可以完成藏書清點(diǎn)任務(wù)。目前,該軟件可以一次掃描大約80冊書的范圍,但是對于厚度很薄的圖書則效果不佳(無法粘貼標(biāo)簽),因此該技術(shù)不適用于兒童圖書館。ShelvAR在美國大學(xué)與研究圖書館聯(lián)合會2011年會上做了展示,獲得了圖書館員的廣泛關(guān)注。
雖然ShelvAR目前還沒有大范圍的普及應(yīng)用,但它利用AR技術(shù)實(shí)現(xiàn)的圖書排架功能還是讓圖書館員眼睛一亮。AR技術(shù)不僅能夠幫助圖書館員整理書架,依靠粘貼在書架和圖書書脊上的二維碼,還具備了將印本圖書資源與數(shù)字資源進(jìn)行鏈接、集成揭示的融合功能[17]。讀者在瀏覽書架的同時,通過掃描書架上的二維碼,實(shí)時查看與當(dāng)前架位相關(guān)的館藏數(shù)據(jù)庫資源。對于粘貼在書脊上的二維碼,則可以包含更多的信息,即可以鏈接館藏電子書,也可以指向外部的電子書數(shù)據(jù)庫,同時也可以利用圖書館的自動化管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。例如:可以通過Z39.50協(xié)議獲取一本圖書的流通次數(shù)信息,幫助讀者判斷資料的受歡迎程度。
AR技術(shù)不僅能夠幫助圖書館員排架,借助二維碼,還能實(shí)現(xiàn)印本資源和數(shù)字資源的集成展示。同時,AR技術(shù)簡化了用戶信息檢索行為,增強(qiáng)了用戶的信息體驗(yàn)。在未來相當(dāng)長的一段時期,大多數(shù)圖書館都保持著印本館藏和數(shù)字館藏的復(fù)合圖書館形態(tài),利用移動AR技術(shù)促進(jìn)信息資源的融合和集成是一個新的技術(shù)思路。
從“SCARLET”項(xiàng)目給我們的啟示,AR技術(shù)不僅可以用來促進(jìn)古籍圖書的研究與利用,同時,也可以應(yīng)用在普通的印刷本圖書上。借助智能手機(jī)和AR技術(shù),傳統(tǒng)紙本圖書在展示自身印刷內(nèi)容的同時,還能夠顯示圖片、聲音、動畫和視頻等多種形式的多媒體內(nèi)容,為讀者提供不同凡響的交互式閱讀體驗(yàn)。讀者利用手機(jī)里的AR App,通過攝像頭讀取書本里的標(biāo)記物,手機(jī)屏幕上將顯示特定的數(shù)字化增強(qiáng)內(nèi)容。例如:Billinghurs利用AR技術(shù)設(shè)計(jì)了一套兒童圖書Magic Book,它將書本內(nèi)容制作成動畫并且以AR的形式迭加在書本上的相應(yīng)單元里,彌補(bǔ)純文字的單調(diào)與版面配置的限制[18]。北京師范大學(xué)現(xiàn)代教育研究所團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種AR技術(shù)圖書——“未來之書”。讀者使用手機(jī)識別圖書上的標(biāo)記,就能觀看虛擬的三維場景,享受到虛實(shí)融合的立體閱讀體驗(yàn)[19]。
應(yīng)用了AR技術(shù)的多媒體圖書,突破了原有圖書的內(nèi)容和形式的限制,借助手機(jī)等終端設(shè)備,不僅具有豐富多樣的信息表現(xiàn)形式,還擴(kuò)展性地為讀者提供了實(shí)時獲取互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)數(shù)字資源。隨著制作成本的降低和技術(shù)的成熟,圖書的AR技術(shù)應(yīng)用在教育領(lǐng)域有著光明的發(fā)展前景。
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,國內(nèi)新建圖書館的館舍體量越來越大,動輒數(shù)萬平米建筑面積的圖書館已經(jīng)比比皆是。當(dāng)代圖書館多為大開間的設(shè)計(jì),功能布局分散,圖書館需要高效率的指引系統(tǒng)。傳統(tǒng)的圖書館館舍指引方式包括房間標(biāo)記牌、建筑平面圖以及人工指引等。隨著以Google地圖為代表的電子地圖技術(shù)和地理位置服務(wù)(LBS)技術(shù)的快速發(fā)展,已經(jīng)有很多大型圖書館開發(fā)了圖書館電子地圖導(dǎo)航系統(tǒng)。LBS應(yīng)用結(jié)合移動AR技術(shù),能夠?yàn)橛脩籼峁?shí)時的路徑指向,用戶體驗(yàn)更加鮮活、生動。
室外的結(jié)合LBS的移動AR應(yīng)用,一般依靠高速無線網(wǎng)、GPS、電子羅盤等設(shè)備,確定建筑或景點(diǎn)的地理位置和方向,并在物理場景上疊加相關(guān)信息。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了如WolfWalk這樣比較成熟的應(yīng)用范例,可用于校園內(nèi)主要建筑的導(dǎo)航。而大型建筑的室內(nèi)定位則可通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)三角定位、Wi-Fi指紋識別、QR碼識別或者RFID技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。從實(shí)現(xiàn)成本的角度考慮,類似于QR碼這樣的二維碼識別技術(shù)可作為當(dāng)前的過渡技術(shù)方案,在圖像識別技術(shù)成熟之前是即經(jīng)濟(jì)又可靠的選擇。圖書館使用QR碼標(biāo)識系統(tǒng)來對現(xiàn)實(shí)場景進(jìn)行標(biāo)記和定位,讀者通過手機(jī)拍攝QR碼標(biāo)記,獲得相關(guān)的地圖指引和導(dǎo)航信息[20]。利用圖書館的LBS服務(wù),當(dāng)讀者在館內(nèi)使用手機(jī)搜索到一本圖書時,LBS系統(tǒng)根據(jù)讀者的當(dāng)前位置,為讀者提供前往目標(biāo)圖書的指引行進(jìn)路線,幫助讀者快速找尋到資料。
美國Quest Visual公司于2010年底開發(fā)了一款使用AR 技術(shù)的光學(xué)字符識別(OCR)翻譯軟件“Word Lens”[21]。用戶開啟App后,只要將攝像頭對準(zhǔn)要識別的文字(可以是圖書、雜志、菜單、路標(biāo)等等),手機(jī)屏幕上馬上就會浮現(xiàn)翻譯之后的語言文字?!癢ord Lens”包含了識別、翻譯、替代的功能,使用非常簡便,它利用OCR技術(shù)識別文字,再通過字典進(jìn)行查找翻譯,然后使用AR技術(shù)將翻譯過的文字覆蓋在原有文字上,而攝像頭對著的場景不會發(fā)生任何變化。目前該軟件僅支持英文與西班牙文、法文和德文等少數(shù)幾種語言的互譯。
美國伊力諾依大學(xué)厄本那香檳分校研發(fā)了一款使用了OCR技術(shù)的移動AR應(yīng)用程序[17]。利用該軟件,學(xué)生使用手機(jī)攝像頭掃描教學(xué)大綱、參考書目、課外作業(yè)、圖書章節(jié)等文字內(nèi)容,能夠?qū)崟r顯示圖書館推薦的相關(guān)館藏學(xué)術(shù)資源。學(xué)生不僅能夠在手機(jī)上瀏覽與保存圖書館推薦的館藏資源,還能夠?qū)⑼扑徒Y(jié)果發(fā)送到指定的E-mail或者Facebook等社交網(wǎng)絡(luò)平臺與其他人分享內(nèi)容。使用了OCR技術(shù)的AR應(yīng)用程序,不僅能夠幫助學(xué)生理解閱讀內(nèi)容,還幫助學(xué)生高效率的擴(kuò)展學(xué)習(xí)資源。對于有語言障礙的學(xué)習(xí)人員,借助“Word Lens”這樣的實(shí)時翻譯軟件,學(xué)習(xí)非英語類的學(xué)術(shù)資料將會有更高的效率。
瑞典的兩家科技公司TAT和Polar Rose合作,曾經(jīng)在兩年前推出過“TAT Augmented ID”這個利用人臉識別技術(shù)的AR手機(jī)應(yīng)用程序?!癟AT Augmented ID”通過識別用戶的臉部特征來確定用戶的身份,并進(jìn)而獲取用戶公布在Facebook等社交網(wǎng)絡(luò)上的Profiles資料信息,了解用戶的動態(tài)、專業(yè)、特長、興趣等[22]。目前人臉識別技術(shù)多用于安全性要求較高的行業(yè),隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的下降,會逐漸在更多的民用領(lǐng)域得到發(fā)展普及。人臉作為唯一的目標(biāo)對象在某種意義上也是可以識別的編碼,利用人臉識別的AR技術(shù),圖書館能夠快速的辨識入館的重點(diǎn)讀者身份,從而及時獲取讀者的學(xué)術(shù)職務(wù)、學(xué)科背景、研究方向、新動態(tài)等公開信息資料,并為用戶及時提供相關(guān)的館藏學(xué)術(shù)資源,提升圖書館個性化服務(wù)的水平。
在當(dāng)前飛速發(fā)展的移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)環(huán)境下,移動AR服務(wù)以其強(qiáng)調(diào)虛實(shí)結(jié)合的用戶體驗(yàn)獲得了眾多商家和用戶的矚目,移動AR系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實(shí)用性和可行性、廣泛的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)價值。AR技術(shù)在智能手機(jī)中的應(yīng)用,使信息的搜索不再局限于輸入關(guān)鍵詞的搜索,基于空間地理位置和識別技術(shù)的信息搜索服務(wù)將會使學(xué)習(xí)信息的搜索及獲取變得更加直接和方便。移動AR技術(shù)在教育以及圖書館信息服務(wù)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景,但目前仍處于起步階段,還有許多問題有待研究解決。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步,移動AR技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用將會迎來蓬勃發(fā)展。
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