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增强现实技术在档案馆中的应用前景分析
近年来,增强现实（Augmented reality,以下简称AR）,作为一项新兴的技术,吸引了很多行业人士的目光,它是虚拟现实技术的延伸,而Augmented reality这一说法,最早是1990年由波音公司的Tom Caudel在与同事设计辅助布线系统时提出来的,普遍翻译为增强现实,也称为混合现实.它将经过数字化处理计算后的虚拟信息（如声音、视频、图片等）叠加在现实环境中已经标定好的位置上,然后利用显示设备将虚实融合的场景展现出来.它把虚拟的事物叠加到了真实世界中,使用者可以同时感知到虚拟世界与真实世界,从而给体验者带来不一样的感受.它独特的虚实融合的实时交互特点,可以给用户带来很好的使用体验,目前国内外图书馆、博物馆等已有增强现实技术的相关探索和应用,而同样作为文化机构的档案馆,增强现实技术也有很好的应用前景.
一、AR技术概述
（一）AR技术的特点.AR技术是在虚拟现实技术的基础上发展起来的,两者可谓是既有区别又有联系.虚拟现实技术是通过计算机系统模拟真实环境,让用户完全沉浸在虚拟环境中.AR技术是利用计算机系统提供的信息增强用户对现实世界感知的技术,是在真实的环境中加入虚拟信息,实现虚实交互.其核心在于利用技术手段实现使用者在增强现实环境的沉浸式体验.AR技术最显著的三个特点是：虚实结合、实时交互、三维注册（配准）.三种特点紧密相连,其中,虚实结合及三维注册（配准）需要对叠加到真实环境中的虚拟信息和真实环境中的实际物品进行准确定位,同时要实时地绘制真实感,从而使虚拟信息和物体有真实的存在感和位置感.而实现这些效果需要通过传感器来检测真实世界的信息和创建相应的几何模型.模型的精确与否又与传感器所获取数据的精度相关,模型越精确,需要的数据量就越大.因而这无形中也增加了AR应用系统开发的难度.
（二）AR技术的原理.关于增强现实技术的定义,目前通用的有两种,一种是1997年由北卡大学Ronald Azuma提出的：虚拟物与现实结合、实时和三维.另一种定义是1994年保罗·米尔格拉姆（Paul Milgram）和岸野文郎（Fumio Kishino）提出的现实—虚拟现实连续（Reality-Virtuality Continuum）,如“图1”所示,将真实环境和虚拟环境分别作为连续体的两端,位于它们中间的被称为“混合实境（Mixed Reality）”.其中靠近真实环境的是增强现实（Augmented Reality）,靠近虚拟环境的则是扩增虚境（Augmented Virtuality）.增强现实技术包含了跟踪定位技术、界面显示技术、虚拟融合技术和用户交互技术.其技术原理是利用图像采集设备采集真实环境的场景,将采集的数据传输到计算与存储设备进行处理,同时传输到跟踪定位系统.用户交互技术可以实现用户和真实环境中的虚拟对象之间的交互,交互信息也同步传输到跟踪定位系统.跟踪定位系统实时监测用户的地理位置、视野方向和物理运动情况并同步处理采集的数据,读取和更新虚拟对象数据库的内容,从而帮助AR应用系统决定对用户显示哪种虚拟对象和效果.虚拟对象数据库接收到请求,则利用虚拟融合技术对虚实环境进行准确的配准.通过虚拟融合技术加工处理后,再把数据信息传回计算与存储设备做最后处理.而搭载在计算与存储设备将会通过界面显示技术,将虚拟信息和物理世界最终的融合效果在移动设备显示屏上显示.
二、增强现实技术的应用现状
增强现实技术首次被提出后,在随后的几年时间里就已经开始在专业领域里发挥作用.比如军事领域,1992年美国空军研发出了虚拟帮助系统.到了1998年,增强现实技术开始出现在大众平台上,比如,应用在电视转播体育比赛上,可以实时地将辅助信息叠加到转播画面中,例如游泳比赛泳道上各个国家的国旗.经过二十几年的发展,增强现实技术已经在娱乐休闲、出版发行、广告营销、教育培训等多个行业得到了应用.
（一）娱乐休闲.随着移动互联网技术的日臻完善,移动电子产品的CPU运算能力的提升,增强现实技术已经逐渐走入寻常百姓家,增强现实的应用也已经越来越广泛.由苹果公司发布的运用增强现实技术的免费手机APP软件“出行百科XINGWIKI”是国内首次将增强现实技术应用到普通生活中.从目前发展来看,其应用效果最为显著的是娱乐、游戏领域.2016年7月任天堂推出了全球首款增强现实技术的游戏——“精灵宝可梦Go”（Pokemon Go）,引发了全球游戏玩家的追捧.国内嗅觉敏锐的公司也迅速瞄准增强现实技术所能带来的无限潜力,2016年阿里巴巴集团在双十一推出的AR抓天猫活动就引爆了无数话题,并且支付宝在11月份还推出了国内首款AR游戏——萌宠大爆炸.
（二）出版发行.利用增强现实技术制作出版的图书,可以有效拓展信息呈现形式.不同于传统的图书仅仅呈现图文,它可以集成图像、音频、视频、动画,给读者带来虚实融合、实时互动的全新体验.可以说给传统出版行业带来了巨大变化.利用增强现实技术制作出版图书就是指利用该技术将读者阅读的图书页面或者所处环境作为现实环境,将音频、视频、动画等叠加在上述环境中,实现实时互动,可以提高读者对阅读内容的理解和认知.泰国的一家公司在2008年出版了世界上第一套增强现实图书《地球结构》,随后增强现实技术在图书出版行业开始不断发展.《哈利·波特》的作者J.K.罗琳和索尼公司在2012年还联合推出了游戏电子书《奇幻之书：魔咒之册》,该书将图书和游戏融为一体,该书包含有一个摄像头和体感控制器,读者可以打开图书,利用摄像头识别书中的标记信息,然后通过电视机将虚拟场景和读者所处的真实环境显示出来,读者再通过体感控制器创建操纵电视中的画面,从而实现与图书互动,赋予读者全新的阅读体验.
（三）广告营销.增强现实技术为广告营销带来了全新模式,随着技术的成熟,已经有越来越多的公司开始运用这项技术来给目标消费者提供广告或营销信息.可以说,它正在让营销的模式发生改变,让其由营销的噱头变成提升消费者体验的新平台,未来也必将开启服务即内容的营销新时代.利用基于人体识别和动作捕捉技术,Topshop、De Beers和Converse等品牌都在使用产品体验类的增强现实应用让消费者在网站或店内试穿和试用衣服、珠宝或者鞋子,体验产品的试穿试戴的效果.Shiseido和Burberry则进一步把这应用到化妆品试用上.在会展展厅或产品推广网站,则可以通过将产品的3D模型叠加在宣传册或展台上来全方位展示产品的外观、功能,从而增进消费者对产品的了解.
（四）教育培训.增强现实独特的基于现实环境,由虚拟信息增强的交互方式,对于一些抽象内容的教学,可以很好地启发学习对象.近年来,凭借着各类增强现实的开发与制作工具,增强现实在教育中的应用涵盖了多种主题与内容,已经有很多成功的应用案例.比如数学、物理等需要抽象思维的学科.借助AR手段,可以让一些抽象的概念具化.在韩国,有研究者利用游戏的开发经验,将AR融入小学数学教学中,从而丰富了游戏和学习的体验,增强了小学生的学习兴趣,调动了学生的积极性.在物理教学中,会有很多难以直接观察到的物质对象,如电场、磁场等概念,但是可以借助AR技术和体感技术,就可以将磁场可视化.有研究者将AR技术与微软Kinect体感交互技术相结合,这种基于AR的体感教学软件,可以帮助学生理解磁场和磁感线等抽象的概念以及物理规律.对于职业教育、医学等领域来说,AR技术则可以为一些难以展开或高危的实验、培训提供逼真的模拟训练.如在职业教育中一些实操性强的专业,可以利用AR技术创设模拟实训；在医学方面,AR技术可以为医学生建立动态立体的人体系统,进行模拟手术训练,微软在AR眼镜（Hololens）发布会上就曾展示了该技术在医学教育的潜力是巨大的,透过AR眼镜,随手一拨就可以观察到不同的人体结构及各种器官运动.
三、增强现实技术在档案中的应用现状
增强现实技术目前尚处于发展阶段,在技术和应用方面仍存在很多不足,目前在国内档案馆尚未获得广泛的推广应用.但是国外已有一些档案馆有增强现实的应用.比如,美国费城档案机构将费城19世纪以来的城市照片档案建立了“费城历史”在线数据库,并在2010年2月,在（美国）国家人类基金的支持下,费城历史记录部启动了一项利用手机开展增强现实技术的研究,计划通过手机应用程序,将历史照片和真实影像叠加,从而用户可以在手机摄像头摄取的场景中看到历史照片和相关信息.英国曼彻斯特大学和约翰·里兰兹大学图书馆则联合建立了一个“利用增强现实技术促进对特藏的研究和教学”项目,帮助学生研究一些古籍档案.利用增强现实技术,在原稿周围显示相关资料.在研究过程中,对重要的古籍档案资料起到了保护作用.
四、增强现实技术在档案馆中的应用前景分析
传统的档案馆主要以纸质载体的档案为保管、利用对象,而在网络通信技术和计算机技术飞速发展的现代社会,纸本档案文献已不再占领核心地位,文本、图像、声音等数字化的档案数量越来越大,传统的档案馆也正在经历着转型,由重藏轻用的保管型机构向重视开发档案信息资源的保管、服务型的综合文化机构转变,而这一转变过程,离不开各种现代信息技术的支持.比如虚拟现实技术、人机交互技术、数字多媒体技术在国内档案馆中档案展示方面就已有很多应用.而未来增强技术在档案馆中也将有非常广泛的应用.
（一）档案馆导航.近年来,移动互联网技术迅猛发展,智能手机的硬件性能也不断提高,包含了GPS、传感器、陀螺仪、电子罗盘等.基于智能手机的移动增强现实技术与基于位置的服务（location based service,LBS）技术的结合在导航方面有很好的应用.现代化的公共档案馆馆舍面积通常比较大,动辄数万平方米,功能分区也越来越多,传统的诸如指示牌、平面图等方式已经不能适应复杂的馆舍功能区.而结合了LBS应用的增强现实技术,能够给用户提供实时导航服务,用户体验更佳.在现代化的大型档案馆,功能分区,布局较为复杂,这时,如果应用增强现实技术,利用移动增强现实技术跟LBS服务的结合,可以让用户在陌生环境下迅速感知环境,通过手机就能够获取大量与档案场馆相关的实用信息.相较于传统的人工指引、场馆平面示意图、指引牌等,利用移动增强现实技术提供的导引服务更为灵活.用户利用安装了移动AR应用的手机,可以将用户需要的指引信息直接叠加到真实场景中,获取到立体指引标示跟真实档案馆场景相融合的情景,就像有专门的导引人员在身边.目前室外由于GPS信号接收较好,通常可利用基于LBS的增强现实技术进行指引；智能手机平台上的AR系统可以利用GPS实时跟踪手机所在真实环境中的位置,利用电子罗盘确定手机所指方位,用加速表确定手机倾斜角度,从而实现在真实环境中叠加相应的虚拟信息并呈现在手机屏幕上.室内由于卫星传输信号会受到建筑物的遮挡,则可利用基于WIFI定位的三角定位法、指纹定位法来进行导航定位.
（二）信息推送服务.为了推广档案馆的服务和信息,通常需要采用一些信息推送方法和手段,传统的线下推送方式主要有海报、宣传册等,线上推送通常有电子邮件、网站公告、短信、RSS订阅等.两者皆存在一定的局限性,比如印刷型的海报、宣传册一旦印刷,内容将无法更改,因此信息通常有滞后性,而且海报通常张贴的地方比较固定,推送范围较窄.而线上推送如网站公告、电子邮件虽说跟纸质海报等宣传推送相比,具有一定的优势,但是也有不足之处,其信息通常脱离真实应用环境,较为抽象；用户要获取这些资讯通常需要打开档案馆网站或接收邮件服务等.把移动增强现实技术融入信息推送服务中,可以让用户在实际场景中就获取到档案馆的各类信息,如扫描档案馆建筑,就可以出现档案馆最新动态,如展览活动预告、电影信息、讲座信息.
（三）档案展览讲解.传统的档案实物展览通常都是将实物放置于玻璃展柜,在旁边贴有简短的实物档案信息标签,由于空间有限通常不能对实物展品做非常详细的介绍.当下智能手机非常普遍,基本人手一部,在移动互联网时代,利用增强现实技术可以轻松地把手机变成一部移动讲解工具,赋予静态的档案实物鲜活的生命,增强现实可以将相关数据附着到档案实物,在档案实物展品周围叠加数字图片、在线学习资料,观展人只要扫描一下档案实物的二维码,就可以获取到详尽的档案实物信息,并且可以获取到该展品更多细节方面的图像或视频信息,将虚拟档案实物旋转起来,让观展人360度地欣赏实物展品,提高观展体验.
（四）档案保护.利用增强现实技术,可以保护珍稀档案.让研究者可以利用增强现实技术来学习和研究一些需要特别保护的珍稀档案.比如一些珍贵的古籍档案.利用增强现实技术,可以在古籍档案上叠加丰富的网络资料,在保护古籍的同时让研究者充分接触到古籍,避免了古籍档案因频繁利用而受到损害.比如英国曼彻斯特大学和约翰·里兰兹大学图书馆联合建立了的“利用增强现实技术促进对特藏的研究和教学”项目,利用增强现实技术,让读者可以在查阅中世纪的手稿、文献档案原稿时,在原稿周围显示数字图片、文本、在线学习资料以及博物馆图书馆和其他机构收藏的相关资料,让读者可以对数字版进行“翻页”、放大细节、聆听中古英语语音朗读、查找元数据、阅读其他文献、与其他资料对照.
五、结论
在移动互联网飞速发展的时代,增强现实技术以其可以实现虚实结合的用户体验获得了众多行业的青睐,移动增强现实系统具有非常强的实用性和广泛的应用前景,在档案信息服务领域也有着广泛的应用前景,虽然现阶段对其的研究和应用较少,但相信随着技术的不断发展进步,移动增强现实技术在档案馆中的应用必将越来越广泛.
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