5G時(shí)代的圖書館多場景VR服務(wù)體系建設(shè)研究

譚衍慧

(黑河學(xué)院 圖書館，黑龍江 黑河 164300)

5G技術(shù)的出現(xiàn)，標(biāo)志著我國信息互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展邁向了更高臺階，引入物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)理念，將“物”與“人”各自交互、彼此交互變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，開啟了數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展階段，以數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)作為信息交流工具，驅(qū)動著個(gè)性化服務(wù)、智能感知服務(wù)的進(jìn)一步發(fā)展[1]。在此時(shí)代背景下，智慧圖書館服務(wù)成為該領(lǐng)域重要發(fā)展方向，通過建設(shè)多個(gè)場景，為讀者提供VR服務(wù)[2]。

一、5G技術(shù)的內(nèi)涵

(一)5G技術(shù)定義

5G技術(shù)是移動通信的第五代技術(shù)，“G”的英文全稱為Generation，意為“代”。不同通信技術(shù)可以為用戶提供的業(yè)務(wù)類型存在較大差異，并且信息傳輸速率、信息延遲、信息轉(zhuǎn)換成功率等均不同，從最初的1G發(fā)展到當(dāng)前的5G通信技術(shù)，這個(gè)過程是耗費(fèi)了大量時(shí)間探究數(shù)字延伸問題的技術(shù)改革過程[3]。

與4G通信技術(shù)相比，5G技術(shù)的信息傳輸速率有了很大幅度的提升，支持10Gbps速率的信息傳輸，平均信息傳輸速率高達(dá)1.5Gbps左右，上下浮動范圍在0.5Gbps以內(nèi)，在支持視頻拍攝的同時(shí)，完成視頻的傳送[4]。其中，視頻規(guī)格為1 080P。

(二)5G技術(shù)演變

1G通信技術(shù)到5G通信技術(shù)的演變，經(jīng)歷了2G、3G、4G發(fā)展階段，每一種通信技術(shù)適合應(yīng)用的場景不同。

1G通信技術(shù)：該項(xiàng)技術(shù)于1980年前后誕生，采用無線電波傳播技術(shù)和通信模擬技術(shù)，建立了通信橋梁，為用戶提供電話通信服務(wù)，但是信號不穩(wěn)定。

2G通信技術(shù)：該項(xiàng)技術(shù)于1990年前后誕生，采用無線傳輸數(shù)字技術(shù)，為用戶提供上網(wǎng)沖浪、短消息通信、電話通信服務(wù)，通信安全性有所提升，但是網(wǎng)速較慢，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行不穩(wěn)定。

3G通信技術(shù)：該項(xiàng)技術(shù)于2009年前后誕生，采用數(shù)字信號技術(shù)，研發(fā)了智能手機(jī)，為用戶提供視頻通話、電子商務(wù)、微博信息發(fā)布服務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸效率有所提升，但是產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)流量費(fèi)用較高，使用的用戶較少。

4G通信技術(shù)：該項(xiàng)技術(shù)于2013年前后誕生，同樣采用數(shù)字信號技術(shù)，改進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得信息傳輸效率有所提高，并且網(wǎng)絡(luò)覆蓋面比較大，支持不同種類智能手機(jī)運(yùn)營，大大提高了電話通信、網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)質(zhì)量，通信費(fèi)用降低，但是仍然存在不足[4]。

5G通信技術(shù)：該項(xiàng)技術(shù)于2019年前后誕生，提高了數(shù)據(jù)信息傳輸效率的同時(shí)，將互聯(lián)網(wǎng)真正融入到通信技術(shù)中，研發(fā)了無人駕駛技術(shù)、智能服務(wù)技術(shù)、無人機(jī)操控技術(shù)、VAR技術(shù)等，豐富了服務(wù)功能，改變了社會發(fā)展現(xiàn)狀[5]。

從上述發(fā)展歷程來看，我國通信技術(shù)的改進(jìn)對人類生活和社會發(fā)展均具有較大影響。1G通信技術(shù)到3G通信技術(shù)的發(fā)展，使得人們的通信需求基本得到滿足，但因信息傳輸速率有限，所以，信息傳輸延遲較為嚴(yán)重，4G技術(shù)的出現(xiàn)，大大提高了信息傳輸效率，給人類的生活和工作提供了便利條件，而5G時(shí)代的到來，則加快了社會發(fā)展步伐。

二、5G技術(shù)在信息服務(wù)中的變革及應(yīng)用場景

(一)5G技術(shù)在信息服務(wù)中的變革

自3G技術(shù)的出現(xiàn)，我國開始為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，在智能手機(jī)中添加多項(xiàng)服務(wù)功能，從而豐富人們的生活和工作。例如，看小說、語音聊天、視頻聊天、搜索微博消息等服務(wù)。雖然信息傳輸速率較慢，但經(jīng)過多年研究改進(jìn)，提出了4G技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了移動化、智能化發(fā)展。用戶在使用體驗(yàn)中感受到4G技術(shù)的高質(zhì)量服務(wù)，不僅網(wǎng)速提升幅度較大，而且實(shí)現(xiàn)了促進(jìn)社交網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展[6]。5G技術(shù)的到來，使得信息認(rèn)知更加智能化，通過信息感知，為用戶提供所需服務(wù)，包括信息發(fā)送與知識發(fā)送等[7]。目前，5G技術(shù)普及范圍逐漸擴(kuò)大，為用戶帶來更加便利的服務(wù)。

(二)5G技術(shù)在信息服務(wù)中的應(yīng)用場景

1.虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

該應(yīng)用場景指的是VR/AR，選取計(jì)算機(jī)技術(shù)作為現(xiàn)代信息化技術(shù)，將觸覺、聽覺、視覺聚集到一體，在某一范圍內(nèi)打造一體化虛擬環(huán)境，通過物體之間的交互和影響，從中獲取一些體驗(yàn)和感受[8]。與4G技術(shù)相比，5G技術(shù)對提升用戶的體驗(yàn)評價(jià)作用更大，使得用戶在VR/AR中沉浸到體驗(yàn)當(dāng)中。目前，部分圖書館已經(jīng)開始向讀者提供VR/AR服務(wù)。

2.超高清視頻

5G技術(shù)提高了信息傳輸速率，使得超高清視頻發(fā)展成為現(xiàn)實(shí)。2019年，我國多個(gè)地區(qū)開始測試超高清視頻傳輸情況，2020年，超高清視頻播放技術(shù)應(yīng)用覆蓋面越來越大。

3.智慧閱讀

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和5G技術(shù)融為一體，建立全連接網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，通過監(jiān)測移動閱讀數(shù)據(jù)，獲取讀者的閱讀喜好信息，從而為其推薦一些所需書籍[9]。另外，研發(fā)智能閱讀輔助設(shè)備，開發(fā)VAR閱讀資源，打造虛擬化閱讀服務(wù)場景，擴(kuò)寬資源應(yīng)用領(lǐng)域。

從5G技術(shù)當(dāng)前應(yīng)用情況來看，對圖書館發(fā)展非常有利，可以嘗試將智能場館建設(shè)提上日程，設(shè)置多個(gè)VR場景，提高圖書館服務(wù)質(zhì)量。

三、5G時(shí)代的圖書館多場景VR服務(wù)體系建設(shè)方案

(一)圖書館多場景VR服務(wù)邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

VR服務(wù)體系的建設(shè)是將圖書館服務(wù)看作一項(xiàng)圖書館管理系統(tǒng)工程。在5G時(shí)代背景下，充分利用該時(shí)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，根據(jù)圖書館服務(wù)需求，開發(fā)系統(tǒng)功能模塊。這些功能模塊的開發(fā)，主要利用AI技術(shù)、VR技術(shù)、云計(jì)算等技術(shù)，搭建多個(gè)圖書館服務(wù)智能終端，按照服務(wù)邏輯結(jié)構(gòu)，建設(shè)VR服務(wù)體系。該服務(wù)體系的建設(shè)基礎(chǔ)為5G網(wǎng)絡(luò)，通過為讀者配備穿戴設(shè)備，為其提供VR服務(wù)，使得讀者在虛擬環(huán)境中體驗(yàn)到不一樣的閱讀感受。按照操作終端類別的不同，可以將VR服務(wù)邏輯架構(gòu)拆分為VR操作系統(tǒng)、讀者操作界面兩部分。如圖1所示，為多場景VR服務(wù)邏輯架構(gòu)。

圖1 多場景VR服務(wù)邏輯架構(gòu)

1.VR操作系統(tǒng)

此部分為支持VR服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)終端，由多場景VR操作系統(tǒng)和5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營的跨終端。前者指的是圖書館VR服務(wù)功能實(shí)現(xiàn)的操作系統(tǒng)，根據(jù)圖書館服務(wù)系統(tǒng)開發(fā)功能不同，設(shè)計(jì)相應(yīng)的操作命令。后者指的是運(yùn)用5G網(wǎng)絡(luò)作為各個(gè)終端通信連接工具，實(shí)現(xiàn)各個(gè)終端通信連接。

2.讀者操作界面

此部分結(jié)構(gòu)是根據(jù)圖書館服務(wù)內(nèi)容，采用通用型操作界面，為讀者設(shè)置系統(tǒng)登錄模塊、文字圖片瀏覽模塊和視頻瀏覽模塊。其中，系統(tǒng)硬件的配置需要根據(jù)視覺跟蹤算法開發(fā)需求進(jìn)行配備。為了改善讀者體驗(yàn)感受，該系統(tǒng)引入VR視覺跟蹤算法，開發(fā)VR視覺服務(wù)，將視頻和圖像信息以虛擬化方式呈現(xiàn)在讀者面前，并對視頻和圖像加以渲染處理，使得VR虛擬體驗(yàn)更加真實(shí)。

(二)算法流程設(shè)計(jì)

圖書館VR服務(wù)建立在數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)上，通過對圖書館資源數(shù)據(jù)采取不同處理，從而為多場景建設(shè)提供條件支撐。其中，VR視覺跟蹤算法是視覺數(shù)據(jù)信息采集和處理的關(guān)鍵技術(shù)，本研究對該算法的運(yùn)行流程進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，如圖2所示。

圖2 VR視覺跟蹤算法流程

第一步：從不同終端和功能模塊中采集圖書館服務(wù)中的系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)、重力數(shù)據(jù)、旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，作為視覺跟蹤算法執(zhí)行數(shù)據(jù)支撐；

第二步：運(yùn)用第一步采集到的數(shù)據(jù)估算視覺空間位置，得到VR服務(wù)初步路徑；

第三步：采用三維定位技術(shù)，確定具體視覺空間位置，生成VR服務(wù)方案，并采用濾波等技術(shù)加以處理，從而得到高質(zhì)量服務(wù)數(shù)據(jù)信息；

第四步：輸出結(jié)果優(yōu)化處理后的閱讀知識。

本系統(tǒng)在應(yīng)用VR視覺跟蹤算法的同時(shí)，分析視覺傳感器采集數(shù)據(jù)信息中存在的噪聲干擾問題，添加卡爾曼濾波算法，將該算法與視覺跟蹤算法共同應(yīng)用到VR服務(wù)中，濾除信息中的噪聲。

四、5G時(shí)代的圖書館多場景VR服務(wù)體系建設(shè)推行路徑

圖書館VR服務(wù)研發(fā)期間，除了考慮不同VR服務(wù)場景建設(shè)需求以外，為系統(tǒng)開發(fā)配備硬件資源，搭建軟件開發(fā)環(huán)境以外，還需要考慮VR服務(wù)體系的推行路徑，否則該服務(wù)體系建設(shè)便失去了意義。本研究根據(jù)該服務(wù)體系特點(diǎn)，提出一些推行路徑。

(一)圖書館VR資源庫的建設(shè)與擴(kuò)建

VR服務(wù)場景的建設(shè)需要大量的VR資源，并且對資源更新要求較高，只有以新的圖書館閱讀資源作為數(shù)據(jù)信息支撐，才能夠滿足讀者對于資源閱讀的需求。所以，圖書館VR服務(wù)發(fā)展，需要擴(kuò)建VR資源庫，并且根據(jù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀合理選取開發(fā)工具。當(dāng)前資源數(shù)據(jù)庫開發(fā)應(yīng)用比較多的技術(shù)為VRML語言，該語言屬于虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言，滿足虛擬資源模型構(gòu)建需求。在實(shí)際應(yīng)用中，利用多媒體技術(shù)、三維圖像處理技術(shù)、二維圖像處理技術(shù)、動態(tài)技術(shù)等工具，將閱讀資源注入到虛擬環(huán)境中進(jìn)行交互，使得讀者在體驗(yàn)中產(chǎn)生身臨其境的感受。該開發(fā)方案滿足VR資源庫建設(shè)需求，由于圖書資源需要更新，所以，在當(dāng)前數(shù)據(jù)資源基礎(chǔ)上需要擴(kuò)充。在擴(kuò)建之前，評估圖書館物質(zhì)資源，明確大量資源中可供VR服務(wù)的數(shù)據(jù)資源，將其錄入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，并更新數(shù)據(jù)庫。

(二)更新圖書館多場景VR服務(wù)設(shè)備

VR服務(wù)場景的更新，需要根據(jù)VR場景建設(shè)需求，搭建系統(tǒng)作業(yè)硬件架構(gòu)，該架構(gòu)對VR服務(wù)設(shè)備提出了新的要求，從而提高VR服務(wù)質(zhì)量，豐富VR服務(wù)項(xiàng)目。為了實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)發(fā)展目標(biāo)，必須根據(jù)VR服務(wù)改進(jìn)需求，為其搭建相應(yīng)的作業(yè)環(huán)境。

由于更換硬件設(shè)備成本較高，為了有效控制成本，建議從軟件技術(shù)層面出發(fā)，依據(jù)VR服務(wù)功能開發(fā)需求，更新系統(tǒng)作業(yè)程序，將這些新的程序嵌入到系統(tǒng)中，提升系統(tǒng)服務(wù)設(shè)備作業(yè)水平，以滿足VR服務(wù)不同場景建設(shè)需求。例如，應(yīng)用AI處理技術(shù)和5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，對操控終端的服務(wù)反應(yīng)速度做出調(diào)整，使其滿足VR服務(wù)需求。再如，選取光場攝像技術(shù)作為處理工具，建設(shè)四維空間，在此空間下完成畫面的錄制。

(三)提高多場景VR服務(wù)體系建設(shè)隊(duì)伍技術(shù)水平

人才隊(duì)伍是VR服務(wù)體系建設(shè)實(shí)施的基礎(chǔ)，只有人才具備VR服務(wù)體系開發(fā)技能，具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力，才能夠完成VR服務(wù)體系建設(shè)工作，豐富服務(wù)場景，改善系統(tǒng)操作性能。因此，為了更好地實(shí)施服務(wù)體系建設(shè)工作，必須引進(jìn)高端技能人才，壯大人才隊(duì)伍。除了要求這些人才來自計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)專業(yè)以外，還必須掌握基本的VR服務(wù)體系建設(shè)技術(shù)，熟練AI開發(fā)技術(shù)，在創(chuàng)新服務(wù)場景方面有自己獨(dú)到的見解。隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，對圖書館VR服務(wù)的要求越來越高，從長遠(yuǎn)發(fā)展角度來看，培養(yǎng)VR服務(wù)人才是當(dāng)前圖書館VR開發(fā)的重要工作，為人才提供更多學(xué)習(xí)機(jī)會，讓其接觸新的事物，從而對VR服務(wù)開發(fā)產(chǎn)生新的想法。