【作 者】赵愫简：高等教育出版社
【摘 要】虚拟现实技术的快速发展和广泛应用，催生出许多产品新形态和服务新模式，也带来了图书出版业新的发展机遇。文章通过对虚拟现实技术在图书出版领域的应用分析，论述虚拟现实图书对传统图书载体、文字表达形式和内容，以及出版业的颠覆性影响；分析构建虚拟现实图书所需主要技术；探讨未来“虚拟现实+图书出版”面临的机遇和挑战。
【关键词】虚拟现实；图书；出版
1 虚拟现实技术及其在出版行业中的应用
1.1 虚拟现实概述
模拟仿真现实世界事物一直是人类追求的一个目标，从实物仿真（如稻草人、陶俑等），到机电类仿真（如车辆驾驶仿真等），再到计算机仿真（如早期的飞行模拟器等），仿真技术不断提高，仿真领域不断扩展，仿真效果也越来越逼真。随着高性能计算、计算机图形学、自然人机交互等计算机技术的发展，人类模拟现实世界的能力达到新的境界——虚拟现实（virtual reality，VR）。
虚拟现实是应用计算机技术生成与一定范围真实/构想环境在视、听、触觉等方面高度近似的数字化环境，用户借助必要的装备，如头盔显示器、数据手套、运动捕获装置等与该数字化环境中的对象进行交互，相互影响，从而感受到亲临相应真实/构想环境的体验，完成相应的操作和任务。
增强现实（augmented reality，AR）是将计算机生成的数字化对象或环境叠加在用户感知到的现实对象或环境之上，向用户呈现出一种虚实混合的新环境；此外还有增强虚拟（augmented virtuality，AV）和混合现实（mixed reality，MR）等。广义的虚拟现实包括增强现实、增强虚拟和混合现实。现在一般使用狭义的虚拟现实概念，即完全由计算机生成的虚拟对象和环境，与其他几类，特别是与增强现实技术、设备及其不同的应用相区分。
虚拟现实是一项可能的颠覆性技术，它致力于突破二维显示，实现各种机制的三维显示；突破键盘鼠标的传统输入方式，实现手、眼、行协调的人景自然交互；突破显示屏幕的物理尺寸限制，实现景物的360度全景呈现；突破时空局限，使体验者沉浸在历史或未来、宏观或微观的逼真虚拟环境中。[1]
1.2 出版行业应用
虚拟现实技术的颠覆性会对未来产生重大影响，许多专家认为虚拟现实是继个人电脑、智能手机之后的新一代计算平台，是各行业发展的新的信息支撑平台，是互联网未来的新入口和新环境，也是新的媒体形态和新的出版形态。总之，未来人类面临的将是现实和虚拟两个世界，或者是虚实混合的新世界。
随着虚拟现实技术及设备的发展，“VR+”已经成为社会各行业的发展趋势。近年来，陆续实现数字化转型的图书出版行业也开始出现VR/AR应用，为出版行业又一次升级换代赋能并带来发展机遇。“VR/AR+出版”实质上就是利用VR/AR技术，将传统纸质图书内容动态地立体化地呈现给读者，从而形成对传统阅读方式的颠覆，大幅度提升图书的阅读沉浸感和理解效果。目前，我国已有不少出版社尝试“VR/AR+出版”，并取得良好效果，如化学工业出版社的《恐龙世界》、人民邮电出版社的《汽车文化（AR增强现实版）》和《大学体育（AR+慕课版）》等，都产生了较大的社会影响[2]。
2 虚拟现实带来全新的图书出版形态
2.1 虚拟现实带来新的图书内容载体
中国古代的四大发明之一造纸术，颠覆了人类早期的文字载体及其篆刻方式（如甲骨、竹简等），诞生了纸质媒介，极大地促进了人类文化的传播和人类文明的发展。在纸质媒介时代，图书的主体是文字，插图都是平面绘画作品或照片。随着电子技术、信息技术的发展，市场上出现了电纸书。这一新兴图书载体可以将巨量纸质图书通过数字化集成在一个轻巧的电子阅读器中，极大地方便了图书的储存和携带，但并未改变图书内容的文字表述和平面插图形态。虚拟现实技术的出现拓展了电子书的载体，引入了虚拟现实视听设备、智能手机等，同时改变了图书内容的单一文字表述，将图书内容映射为立体的动态图形图像形式，构成全新的VR/AR图书，直观地呈现给读者，丰富了图书内容的表现形式，极大地提升了图书的可读性和趣味性，增强了读者的阅读沉浸感和对图书内容的理解。
2.2 VR/AR图书内容的三维可视化播放
虚拟现实技术可以将图书文字内容所表述的情节、环境和对象三维可视化后放入虚拟现实出版云端，通过相应的应用程序将手机、平板电脑等移动终端与VR/AR图书联通并呈现给读者，读者阅读时能够身临其境地沉浸在图书内容情节之中，使得阅读文章成为观赏“实物”和观看“影视”，大大提升了读者对图书内容情节的体验感。例如可以通过虚拟现实技术将科普类读物中描述的恐龙、太阳系、分子结构等，文体类读物中的体育比赛、文艺表演，甚至小说中的战争场面等立体地播放出来。这一全新的图书形态将传统纸质载体、数字化载体和虚拟现实三维全景载体融为一体，共同构成多样化图书内容表现形式播放给读者。VR/AR图书为读者带来了全新的阅读形式和阅读体验。
2.3 VR/AR图书内容中对象的可交互性
虚拟现实最重要的特点之一就是交互性，用户借助三维鼠标、操纵杆、力矩球、数据手套等虚拟现实交互设备与虚拟环境及其中的可交互对象进行互动，提高用户在虚拟环境中的沉浸感。图书内容虚拟现实化以后，图书内容不再仅仅是纸质的文字表述和不可交互的平面图形图像，而是可感知交互的立体可视化展示，带给读者融入其中的阅读体验。[3]例如，读者不但可以进入如科学图书中所介绍的分子和太空中进行漫游，进入历史图书的历史事件中与历史人物面对面，进行沉浸式学习；还可以进行各种危险性高（如某些化学实验），或者真实条件不可能做到（如人体解剖）的交互式实验，从而大幅度提高学习成效。
实现上述操作的必要条件是虚拟环境中对象的可互动性，也就是说，虚拟对象的模型必须是可以交互的，甚至是拓扑可变的。例如通过CT等技术采集数据构建的数字人体，由于基于的是点位数据，因此只能可视化展示，要实现对数字人体的交互操作，例如切割、缝合等，必须将点位数据矢量化，构成矢量化数字人体[4]。
3 VR/AR图书出版技术
要实现VR/AR图书，大体需要四方面的技术：数据获取、分析建模、绘制呈现、人机交互。这四个方面都涉及硬件平台与装置、核心芯片与器件、软件平台与工具，以及相应的标准和与出版行业相关的应用系统。同时云计算和边缘计算也是VR/AR图书出版非常重要的相关支撑技术。
3.1 数据获取
数据是VR/AR的基础，图书内容所表现的事物无所不包，因此构建VR/AR图书所需的数据也是多样化的。从数据类型看，主要包括几何图像类数据与数据结构，物理材料类数据（力、质量、摩擦系数等）与数学方程，生理生化类数据（血容量、心率、骨变形等）与知识规则等。
数据获取与获取对象及获取设备密切相关，包括实测获取、数学生成和人工构造等多种方式。目前VR/AR图书最常用的数据获取设备是照相机、摄影机和三维扫描设备。随着VR/AR图书技术的发展和领域的扩展，会涉及各行业的数据采集设备，如X线、CT、核磁等医学影像设备将是VR/AR医学类图书的重要数据获取设备。数据获取的质量直接决定了后续相关建模的质量和效果，在VR/AR图书中起着决定性作用。
3.2 分析建模
建模是虚拟现实的核心技术，自然也是VR/AR图书的核心技术。建模将VR/AR图书内容所涉及的环境和对象，对象之间的关系、相互作用及动态变化所遵循的规律，通过数学、物理以及各种数字化方法，映射为VR/AR图书数字空间中的各种动静态数据表示。
建模方法与所要模拟的对象类有关，也与具体的VR/AR图书所属领域密切相关。由于图书所表现的现实世界形态、内容的复杂性、多变性、发展的无限性，以及人类认识世界的局限性，建模成为VR/AR图书出版领域的一个永恒的研究主题[5]。
3.3 绘制呈现
VR/AR图书中对象的呈现目前主要是通过视觉和听觉方式。随着读者对VR/AR图书交互性能要求的提升，关于将触/力觉呈现引入VR/AR图书的研究也越来越多。虚拟现实呈现技术将VR/AR图书中的各种对象模型通过不同的表现方法、算法渲染在表现设备上，以沉浸方式呈现给读者。
呈现方法与对象模型和呈现设备直接相关。各类呈现设备，如视觉方面的头戴式显示器、手机、电脑显示屏等，听觉方面的耳机、音箱等，触/力觉方面的力反馈操纵和触觉数据手套等，都在不断发展，给VR/AR图书的呈现形式和表现内容带来无限可能。
3.4 人机交互
虚拟现实人机交互，在VR/AR图书中就是读者对书中虚拟对象的操作，以及VR/AR图书中的虚拟实体对读者或外部世界的作用，主要涉及读者或外部世界与VR/AR图书对象之间相互作用的信息交换方式、交互机制与交互设备，例如，通过数字手术器械对VR/AR图书中的虚拟人体进行解剖。视、听、触协调的自然交互是目前虚拟现实领域的一个研究热点，其研究进展会推动未来VR/AR图书的发展。
4 “VR/AR+出版”的机遇和挑战
4.1 机遇
习近平主席在致2018年世界虚拟现实产业大会的贺信中指出：新一轮科技革命和产业变革正在蓬勃发展，虚拟现实技术逐步走向成熟，拓展了人类感知能力，改变了产品形态和服务模式。中国正致力于实现高质量发展，推动新技术、新产品、新业态、新模式在各领域广泛应用。虚拟现实技术对出版行业带来的影响也是如此，“VR/AR+出版”不仅改变了图书的形态和阅读模式，而且会催生出图书新产品和出版新业态，包括新的编辑技术和编辑业务，形成VR/AR图书出版新产业和专业化的VR/AR图书服务产业，包括VR/AR图书显示与交互设备产业、VR/AR图书内容及数据模型产业、VR/AR图书云服务等。
2018年，教育部公布了105个虚拟仿真实验教学项目，对于出版企业来说，虚拟仿真教学项目的设立，从选题策划、内容设置、营销推广、形态展现等方面为图书出版提供了更广阔的平台，各个出版企业可以与虚拟仿真教学项目合作，推出配套教育图书，将提供阅读产品变为提供阅读体验。
4.2 挑战
“VR/AR+出版”为我国出版行业升级换代、提升竞争力、创造品牌带来了机遇，在我国出版业呈现出良好的发展势头，越来越多的出版企业开始关注虚拟现实技术在图书出版中的应用，并进行了有益的尝试。然而VR/AR图书毕竟出现时间不长，要达到令人满意的效果还有很长的路要走，许多VR/AR技术有待突破，如虚拟环境的深度逼真、基于移动终端的高效绘制等；VR/AR设备性能也需要进一步提高；需要研发VR/AR图书专用交互设备、专用软件工具、VR/AR图书云；需要创新VR/AR技术在图书出版领域的应用和VR/AR图书的营销服务[6]。
此外，虚拟现实技术具有较强的专业性和技术性，对人才的专业技能要求较高。而目前我国传统出版社中既懂得虚拟现实技术，又懂得编辑出版业务的人才少之又少，因此，培养兼具学科专业、产品和技术能力的复合型编辑人才至关重要，这也是出版社开展“VR/AR+出版”业务最重要的前提。
随着AR/VR技术，以及高性能计算、云计算、边缘计算，特别是5G移动通信技术的发展和普及，VR/AR图书将会得到更大发展。出版企业要把握机遇，积极探索，大胆创新，创作读者喜闻乐见的AR/VR图书，抢占图书出版新技术新平台制高点，为图书出版业的升级做出贡献。
5 结语
随着科学技术的不断发展，数字化、智能化已经成为图书出版领域的新常态，各出版企业纷纷探索适合自己的数字出版道路，从而实现社会效益与经济效益的统一。在此背景下，“VR/AR+出版”不仅可以满足人民群众日益多样化的阅读需求，提升读者的阅读体验，更能够增强我国出版业的竞争力，为我国出版行业“走出去”打造坚实的品牌基础。
参考文献
[1]虚拟现实技术与产业发展战略研究项目组.虚拟现实技术与产业发展战略研究[M].北京:科学出版社,2016.
[2]王扬.“出版+AR/VR”:出版行业的新机遇:AR/VR技术在出版业中的运用综述[J].出版广角,2018(2):28-31.
[3]何国军.VR/AR数字教育出版平台的构建环境和路径[J].中国编辑,2018(1):35-38.
[4]刘闯.AR与VR技术在出版行业中的实践[J].科技传播,2018(7):154-155.
[5]赵沁平.虚拟现实综述[J].中国科学(F辑:信息科学),2009(3):2-46.
[6]宋永刚,蒋京.基于实践的AR/VR教育出版发展策略探索[J].出版广角,2019(1):16-18.
