5G环境下增强现实技术在图书馆中的应用研究

柏雪

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

分类号 G250.7;TP250.7

DOI 10.16810/j.cnki.1672-514X.2021.10.009

Research on the Application of Augmented Reality Technology in Libraries Under 5G Environment

Bai Xue

Abstract In the 5G era， AR technology will have greater development potential and bring deep immersion interactive experience to users. Whether the library can introduce AR technology to drive library management and service innovation， and become the pioneer of environmental innovation， is a a problem worth thinking about. This paper combs the current scenarios of AR applications in libraries from the three dimensions of users， librarians and libraries， and deeply analyzes and discusses the application advantages of AR technology in Libraries under 5G environment from the aspects of resource service， user experience， space construction， library interaction， reader learning and daily management. It is predicted that interactive visual retrieval， cooperation with tourism and cultural institutions and integration with other technologies will become the application trends of AR technology in Library in the 5G era， and points out that the libraries should be rational when introducing AR technology.

Keywords Augmented reality. 5G. Library.

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。

（2）馆藏资源展示与利用。AR技术可以帮助阅读推广人员以更加有趣的形式展示图书馆资源，还可以帮助资源建设人员开发新型文献，支持馆藏资源的可持续性，提高资源利用率。读者通过手机、平板等智能终端设备扫描资源，不仅可以获取数字版图片，还能获取馆藏资源中与之相关的文字、图片、音频、视频等形式的介绍和学术文献。如此，既能避免珍贵资源因触摸或翻阅而受损，又能促进读者对资源的深度理解、激发读者的兴趣。例如，曼彻斯特大学与约翰里兰兹图书馆合作开发的SCARLET[19]和SCARLET+[20]项目，利用AR技术帮助学生研究图书馆收藏的中世纪手稿等藏品。2019年，青岛李沧区图书馆推出AR互动百科系统，将文字、图片、音频形式的百科知识与3D场景和模型有机结合起来，为读者提供智慧阅读体验服务。2019年8月17日，宁波首个5G阅读体验馆推出5G+AR阅读，用户戴上AR眼镜，即可体验立体化3D有声图书。

2.3 图书馆维度的应用

当前AR技术在图书馆维度的应用主要表现在文创产品的开发方面。将AR技术融合到文创产品中，可以向用户传达更为丰富、形象的文化知识，增加产品内涵，并支持用户与其互动，增强趣味性。目前国内已出现一些利用AR开发文创产品的案例。2017年8月，深圳大学推出全国首个AR校徽，学生用手机扫描校徽，手机中的校徽就会活动起来打招呼，并引导学生欣赏学校全景。2017年10月，阿里AR内容开放平台与国家图书馆达成合作，推出首个定制化AR智能书法教学产品“翰墨书香”书法文具盒。图书馆可以深度挖掘馆藏资源的丰富内涵，开发相关AR文创产品，让资源活起来，从而提高资源利用率;也可以开发一些趣味十足的产品用于图书馆的宣传营销，提高图书馆关注度。

另外，笔者通过文献调研发现，国内一些学者还提出了AR技术在图书馆其他场景下的应用。王璞[21]提出利用人脸识别的AR技术获取读者个人信息从而为其提供个性化推送服务;廖宇峰[22]提出AR技术可用于馆员工作评价;肖玥[23]提出利用AR技术开发数字课程资源数据库。但这些都是对未来图书馆AR应用的畅想，目前尚未发现相关实践案例。

3 5G环境下AR技术在图书馆中的应用优势分析

AR技术本身具有深度交互性、情景感知性和自主适应性等优势。在5G环境下，信息传输将突破时空限制，图书馆可以通过AR技术来促进物理数据与数字数据的进一步融合，提升沉浸体验深度，为用户提供更有吸引力的多元化互动服务模式，并且从更大程度上展示图书馆的资源、空间和服务价值。

3.1 资源服务可视化、立体化，盘活馆藏资源

AR技术可以增强资源的表现力，创新资源服务模式。通过调动人的各种感官，将抽象、枯燥的理论知识以直观形象的可视化表达形式呈现给读者，使读者能够探索复杂的、未发现或非结构化的知识，从而促进其对知识的理解和吸收，进一步深化知识的价值。融合了AR技术的资源服务模式更符合人类的认知方式和学习方式，增强情境体验感、情境迁移、多感官感知（视觉、听觉），用户能够以最自然、最直观的方式与知识交互。例如AR圖书将3D场景添加到书籍上，将二维静态的知识立体化的呈现给读者，让知识跃然纸上，使书籍更具互动性。

3.2 人馆交互智能化、实时化，提高服务效能

利用AR技术能够为用户和图书馆员提供可感知、可拓展、自适应的场景化服务，延伸知识服务维度。根据从传感器或摄像头获取到的数据，对用户当前所处的场景进行智能化识别，然后基于上下文感知信息（包括用户个人信息、周围的实体建筑、文献资源、设备资源、图书馆员、图书馆工作流程与制度等）进行数据关联，系统智能化生成数字场景，并叠加到现实场景中。将移动或可穿戴设备、传感器数据、定位数据、大数据、社交媒体等要素融为一体，用户具有主动权，可以与场景实时互动，将服务内容融于互动过程中，实现时空关联，达成实时同步，从而实现用户与空间、资源、服务、知识的智能化交互。

3.3 用户体验多元化、沉浸化，增加用户黏度

互联网的快速发展改变了用户获取信息的习惯，用户对信息的获取更加注重体验。运用AR技术能够为用户提供交互式的、多媒体的、丰富的认知信息环境，为用户营造出多感官的沉浸式体验效果，使用户在情感维度上与体验内容产生强烈共鸣、建立深层次联结。此外，多维度感官体验和认知体验，能够把用户带入到设定情境中，在一定程度内及时与用户互动，较长时间内吸引用户的注意力，让用户具有高度参与度和融入感，缩短了与现实的距离，增强信息的表现力和用户的感知力，进而增加用户黏度。

3.4 空间构建复合化、集成化，提升空间价值

数字化和全媒体的融入使得用户获取信息的方式发生了变化，图书馆的空间服务模式必然要进行调整方能适应这一变化。图书馆空间可以成为创新和娱乐的中心，因为用户可以使用AR技术以新的方式与世界互动。利用AR技术对图书馆空间合理布局，构建新的服务空间或在原有实体上进行改造，将物理空间与虚拟空间嵌合，可以打造实虚结合的学习、交流、研究、实践、体验、知识共享和创新空间，充分发挥空间对人的积极塑造作用，为探究式、互动式学习和科研提供多元化、多层次空间服务模式，提升图书馆空间利用价值。如利用AR技术打造创客空间、知识共享空间、学术交流空间、资源展示空间等。

3.5 读者学习情境化、无缝化，激发学习欲望

情境认知理论认为，知识是情境化的，学习的设计最好在真实情境中。AR技术可以为用户创设泛在化的情境式学习环境，融合身体、情感、文化和心理体验，激发用户的学习兴趣。AR技术可以缩短现实与自我之间的距离，增强学习者的沉浸感和个人氛围，提升其创造力水平，诱发其更高层次的学习欲望。当用户在图书馆中具有学习需求的时候，可以利用AR技术进行环境扫描，智能感知用户所处场景并对其增强，为用户创设逼真的情境，帮助用户通过移动设备或可穿戴设备在各种情境间无缝式切换，随时随地进行无障碍的情境探究式学习。

3.6 日常管理自动化、智能化，优化业务流程

AR技术可以在馆员的日常工作中发挥巨大作用。例如前文提到的图书智能排架，图书管理员的排架工作被大大简化，即使不懂专业知识也可以实现批量化、自动化排架。图书馆利用AR技术向读者提供基于位置的信息服务，能够实现部分参考咨询工作的智能化。有了AR技术的帮助，图书馆可以考虑将简单重复的工作外包，安排馆员去从事其他更具创造力的工作，优化业务布局和管理，从而提升服务层次、降低管理成本。

4 5G时代AR技术在图书馆中的应用趋势预测

5G技术的飞速发展，进一步拓展了AR应用前景和发展空间，为其在图书馆中的应用提供了新的发展机遇。在5G时代，AR技术不仅将在前文列举的图书馆导览、图书指引、图书智能排架、图书资源展示与利用、AR文创产品方面的应用得到进一步提升与利用，还将在更多的业务领域发挥其优势。

4.1 交互式可視化检索

可视化检索的目标是可见即可搜，是未来检索的一种趋势。将AR技术用于图书馆检索服务能够实现检索的交互与可视化，这里的可视化表现在检索词可视化和检索结果可视化。相比于传统的基于文本的检索词，可视化检索支持用户直接扫描馆舍建筑、书籍、图片等信息进行检索。例如用户扫描某层楼的标识牌，可以直接获取整层楼的空间布局信息。检索过程中可以进行交互式操作，增强检索过程的趣味性。检索结果不再仅仅是线性列表，而是以更加直观的可视化形式表达信息，如虚实结合的图片、视频等，而且用户可以自定义检索结果的表现形式。在5G环境下，即使检索结果中含有大量视频信息，也能快速返回结果，并实现流畅播放。

4.2 与文旅机构合作提升资源利用

图书馆可以与文旅机构、行业协会等建立合作关系，利用AR技术将当地的自然风景、历史建筑和名人、文化遗产、民风民俗等与馆藏资源连接，深度揭示与旅游元素相关的书籍、文献、口述历史资料等，丰富旅游资源的内涵，挖掘其人文价值。游客在游览实景时，允许其将位置信息添加到集合中的数字对象中，并通过组合地图和相机界面使其可被发现，进而将馆藏资源中当地的闪光点和历史元素与游客所处的实景连接，实现虚实结合的体验效果，使交互更加直观和自然。让游客在心情愉悦的状态下获取丰富的信息资源和独特的个性化体验，不仅能拓展其知识面，实现对旅游元素的深度解读，也能够加深馆藏资源的利用。

4.3 与其他技术融合应用构建智慧图书馆

在新的移动和社交网络环境中，图书馆应该积极利用先进信息技术来变革其采集、处理、组织、储存、展示、传递、检索信息的方式和服务模式。在5G技术的保障下，可以将AR技术与云计算、机器学习、GPS和GIS、情感挖掘、物联网、语音识别、知识图谱、人工智能等新兴技术融合应用，驱动图书馆业态创新，打造智慧生态系统，构建集智能技术、智能用户、智能服务于一体的智慧图书馆。AR技术可以作为智慧图书馆的技术支撑体系的一部分，提供交互式创新服务的新途径和解决方案，重塑图书馆知识服务模式，为用户提供具有启发性和交互性的专业化服务。智能识别环境中的对象和主体并对其行为作出反应，理解读者行为，适应读者需求，提升读者体验，提升图书馆在用户、服务和技术集成方面的效率。

5 图书馆引入AR技术的思考

在5G环境下，AR技术在应用过程中存在的一些问题可以迎刃而解。就目前AR技术本身的自我发展和完善以及在国内外的应用发展趋势来看，AR技术在图书馆中具有极大的发展潜力，尤其是图书馆移动AR应用将会更受关注。但是，与任何技术的实现一样，AR技术在应用时，不可避免的需要考虑成本、技术、人员等方面的问题。图书馆在引进AR技术进行管理和服务创新时，必须认真思考并制定应对策略。

5.1 理性引入AR应用，合理规划应用路径

图书馆在引入AR应用前，务必谨慎思考，规避风险，理性引入。①考虑图书馆的经费问题。AR应用的开发或购买、设备的周期性更换、系统维护升级成本均较高，尽量在经费相对充足的前提下引入AR技术，将AR应用作为图书馆常规服务的补充。②评估图书馆的基础设施、技术环境、人员配备是否已达到条件，确保图书馆信息生态系统已经为AR应用做好准备。③考虑用户接受度问题。AR应用需要收集周围环境的信息，可能会遇到许多与个人或社会规范相关的隐私问题，需要考虑在符合法律和道德规范的前提下如何让用户接受。④合理规划应用路径。图书馆可以分阶段引入AR技术，先引入到某一项业务中应用，最好是体验型业务。然后，对应用效果、用户和馆员满意度、故障应对策略、维护成本等进行科学评估，符合预期效果后再逐步扩展到其他业务。

5.2 增加馆员AR知识技能储备，打造专业开发管理团队

AR应用的开发和维护都需要专业人才，图书馆应抓住促进图书馆升级变革的良好机遇，提前做好人才储备。图书馆可以在馆员中筛选重点培养对象，定期为其提供AR方面的专业技能培训，并鼓励馆员自我提升，打造一支专业的开发和管理团队，以适应未来的技术变革。由于AR应用开发成本较高，图书馆不一定需要自己开发，但需要配备专业管理和维护人员，所以还要根据实际情况合理优化团队中开发和管理维护人员的配比，为AR项目的开发和长远应用储备优秀人才。

5.3 寻求合作，互利共赢

图书馆引进AR应用需要兼顾经济性、可访问性和用户友好性等多方面问题，要想达到良好的预期效果，不仅需要充足的经费，还需要专业的技术人才，这恰恰是很多图书馆所欠缺的。图书馆可以考虑在企业、文旅机构中寻求合作伙伴，合作开发AR应用，充分利用企业的专业人才和专业经验克服设计新体验过程中遇到的思路和技术障碍，发挥各自优势，实现互利共赢。此外，与博物馆、美术馆、纪念馆等文化机构合作，既能够充分利用各机构的资源优势和信息加工组织优势，又能分担部分开发成本，共同开拓有意义的沉浸式体验服务。

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柏 雪 桂林理工大学图书馆馆员。 广西桂林，541004。

（收稿日期：2020-09-21 编校：谢艳秋，刘 明）