CN116319862A - 一种智能匹配数字图书馆的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实例提供一种智能匹配数字图书馆的系统及方法，其运行机理为：构建的数字图书馆的节点与现实中的图书馆所布置的传感器是相匹配的，力求做到与现实中的建筑比例堆成，且能溯源到实物。在此介绍两种方法，一是采用数字孪生的技术，综合应用传感器感知、大数据存储、云计算分析、机器学习与智能决策等先进的信息技术，通过数字化方式对物理实体进行描述、再现和模拟，从而实现判断与决策的能力，并且通过实时信息交互实现与物理实体的互动和及时反馈。第二种方法是依托于北斗与图书馆的双向定位，结合3D全景相机及系统的建模算法还原复刻某一时间段的实景图书馆。无需插件，多端展示实现720°沉浸体验，让用户足不出户享受图书馆宁静的诗和远方。
Description
技术领域：数字孪生技术综合应用传感器感知、大数据存储、云计算分析、机器学习与智能决策等先进的信息技术，通过数字化方式对物理实体进行描述、再现和模拟，从而实现判断与决策的能力，并且通过实时信息交互实现与物理实体的互动和及时反馈。
背景技术：运用到数字孪生技术、3D数字化建模技术
发明内容：基于数字孪生技术及3D数字化建模技术将现实图书馆以虚拟的数字图书馆模型得以在多端上呈现，实现足不出户便可一览现实图书馆的模样，还可在其中指尖阅读，打造沉浸式的深度阅读体验。
具体实施方式：
一种智能匹配数字图书馆的系统及方法，其运行机理为：构建的数字图书馆的节点与现实中的图书馆所布置的传感器是相匹配的，力求做到与现实中的建筑比例堆成，且能溯源到实物。在此介绍两种方法，一是采用数字孪生的技术，综合应用传感器感知、大数据存储、云计算分析、机器学习与智能决策等先进的信息技术，通过数字化方式对物理实体进行描述、再现和模拟，从而实现判断与决策的能力，并且通过实时信息交互实现与物理实体的互动和及时反馈。对图书馆自身进行精细的三维数字化复原，利用三维数字孪生引擎实现图书馆大楼内外的1∶1三维数字孪生，并对接物联感知数据、环境天气等多维实时动态数据，如数字孪生图书馆在建设初期需要获取初始数据在虚拟空间中构建一个虚拟图书馆孪生体，完成图书馆物理实体的虚拟映射，随后，通过在图书馆物理实体内外科学、合理地布置传感器等智能终端来实时收集图书馆物理实体的日常运行数据，并将数据及时同步到图书馆孪生体。
规划数字孪生图书馆的硬件设备，借助数字孪生技术搭建数字孪生图书馆模型。在数字孪生图书馆内对图书馆的空间布局、书架设计、计算机硬件设备等基础设施进行模拟仿真，实现对图书馆故障检测、远程操控、在线服务、运营维护等智能场馆管理。另一方面，规划数字孪生图书馆内的软件系统设施。智能传感技术、人脸识别、物联网、图书管理信息系统的运用有助于对数字孪生图书馆进行全面感知和实时监控，实现对海量数据的整合、分析、挖掘，最终作用到图书馆物理实体的运转和管理活动之中，达到对图书馆实体的智能管控和互联互通。
所呈现的效果为逼真的三维可视化效果，通过对物理场景进行精细化建模，结合VR等三维可视化技术和强大的三维渲染技术，可呈现出虚实场景融为一体的效果，能更加直观地展现不同规划设计方案的生成效果，方便实时修改。三维空间分析是GIS平台区别于其他三维可视化平台的特有功能，为更好地服务于智慧城市的建设和管理，数字孪生平台需具备强大的二三维一体化操作和空间分析功能。目前搭建数字孪生平台的技术路线包括基于GIS平台的三维建模和基于游戏引擎的三维建模两种，需要充分结合游戏引擎强大的三维渲染能力和GIS平台的空间分析能力，形成数据加载和分析、三维场景构建和可视化表达的全流程方案，能实现高质量的三维模型构建，游戏引擎采用虚幻引擎作为研究平台，虚幻引擎是一款先进的实时三维创作工具，拥有高级的渲染功能、灵活的材质编辑器和专业的动画设计，可免费对外开放，支持各大主流平台的集成，支持使用像素流送与服务器进行数据和模型的传输。此外，除了C++开发语言，虚幻引擎还支持独家定制的蓝图可视化脚本，交互简单，能节省大量的开发时间，提高设计效率。相较于Unity引擎，虚幻引擎强大的地形系统和多线程渲染能力可以更好地满足三维模型构建的需求。
地理信息(GIS)平台实现了对三维倾斜摄影数据的秒级加载与调度，并通过对多源三维模型数据的融合实现了多尺度三维场景的城市建模；同时借助游戏平台强大的渲染引擎和复杂的物理材质实现了对图书馆场景的电影级渲染，并利用视频流技术实现云端渲染，摆脱了终端设备性能对平台应用的约束。融合参数化建模、GIS与游戏引擎等技术搭建的数字孪生平台，通过虚幻引擎渲染技术改善常规三维地理信息用户的视觉体验，同时支持三维GIS数据可视化、分析、查询以及灾情场景搭建等功能，让用户更直观地浏览和管理数据。倾斜摄影能获取建筑俯视图和侧视图的丰富高分辨率纹理，通过虚幻引擎强大的渲染能力，可全方位、全要素展示真实地理世界。虚幻引擎中加载、传输倾斜摄影数据的具体步骤有
1)数据格式转换。在虚幻引擎中加载和渲染三维倾斜数据，首先需要将OSGB格式的倾斜摄影数据转换为FBX格式的三维数据。
2)调用图形引擎解析三维数据。通过读取FBX文件的头部，调用动态链接库，读取三维数据文件的主体，包括顶点、地图、层次等资源之间的依赖关系以及各节点之间的层次关系；再对地形信息(三角面模型的空间坐标)和地图信息进行分类识别。
3)拆分层级细节并获取信息。根据LOD对应的编号进行多级分割，在显示模型时调用。一方面，可获取不同细节层次的顶点信息，并转化为三角曲面模型；另一方面，可获取不同层次的细节纹理信息，将纹理信息转化为材质信息。
4)基于视锥和遮挡的不在可视范围内的信息剔除。视锥剔除是根据相机视野以及近裁剪曲面与远裁剪曲面之间的距离，将视锥体范围外的对象排除在渲染之外，排除的对象不会进入渲染几何阶段。遮挡剔除是根据对象在场景中的位置预先生成的，运行时可剔除对应静态对象后的其他对象，视锥剔除和遮挡剔除可有效降低渲染成本。
5)将三角网模型和材质按照不同级别依次导入虚幻引擎，生成虚幻引擎资源和三维实景模型。通过空间映射，材质可粘贴到三角面对应的空间位置，从而实现将实景图片赋予三角面模型，完成三维实景模型的构建。
通过基于本体的表示和封装技术将模型演进信息转换为标准文本数据，在此基础上设计区块构建方案，结合共识算法实现授权网络中各节点模型的同步更新，通过基于区块链的分布式存储保证所有建模操作互信可溯，并支持冲突识别和轻量发布。结合BIM的数据资产在数字孪生虚拟空间中构建出还原现实的建筑模型，所携带建筑全生命周期的几何信息与非几何信息是奠定数字孪生空间实现自主演化的基础，其与多源异构数据的动态集成，让数字孪生建筑数据更精准、更智能，数字孪生空间的实时迭代也能为建筑全生命周期BIM的实时更新维护提供有力的数据支撑。
图书馆孪生体可实时模拟图书馆实体在现实中的运行、管理行为，并借助大数据、物联网、人工智能等技术的运用，提炼出图书馆的运行规律，实现图书馆物理实体与孪生体的协调发展。在采用“安全磁条+条形码”管理图书技术的基础上，集成了互联网、物联网、人工智能等技术，通过设置图书馆导询(引导咨询)机器人来对图书信息进行扫描与记录，实时更新图书位置信息，可帮助读者快速找到图书的准确位置，定位精度可达97％。
实现对图书馆的实时感知和可视化监控。实现图书馆物理实体在虚拟空间的全面呈现和动态监控，以求达到更好的服务效果和效能。在数字孪生技术的推动下，搭建与档案馆物理实体相匹配的、具有多维智慧服务与泛在感知的“图书馆孪生体”，利用深度学习、模拟仿真、3R技术等人工智能技术，结合算法模型，根据实时数据在孪生图书馆内的运行状况判断档案馆物理实体的运转情况，图书管理人员可从不同场域观察图书服务状况，以此实现服务流程和设备运转的优化控制。如，数字孪生技术最大价值特征是实现对图书馆空间展示的全景可视化，不仅在视觉效果上呈现一比一的视觉效果，在图书馆内物体摆设、运行规则、操作系统等方面也实现真实还原。图书管理人员可通过数字孪生档案馆实现对图书馆、图书管理系统、数据等的管理，用户也可通过数字孪生图书馆实现自动检索等，真正实现图书馆智能化服务。
在用户体验方面，在数字孪生技术推动下的数字孪生图书馆，用户能实现融入感与参与感的体验升级。在数字孪生图书馆内，用户不仅可以通过视觉获得图书信息，还可通过触觉、听觉等多感官与图书事务实现多方联动，获得更加全面、精准的信息。数字孪生技术为用户提供个性化服务的同时，也拉近了用户与虚拟空间的关系。其次，数字孪生图书馆实现了智能空间建设，数字孪生技术驱动下的图书馆形成了互联互通模式。如，用户在图书馆智能空间内借助二维码、射频识别等手段不断进行空间、信息、资源等信息的识别，获得实时信息进行信息查询或场馆预约等服务。在服务形式上，用户可以随时随地访问虚拟图书馆，保持与图书馆资源的互联互通。同时，图书管理人员可通过数字孪生图书馆实现与用户的多场景互动，实现知识资源的不同场景流动，帮助用户建立不同场景的个人知识回溯体系，书籍收藏界面可依据读者个性化进行设置。数字孪生图书馆实现足不出户即可通过VR、AR等设备实现沉浸式图书服务，享受图书馆的服务和资源。同时，用户可实现24小时与图书馆员孪生体进行交流互动，达到符合用户需求的自主化服务。
实现无线网络全覆盖，实现藏、借、阅、咨一体化，全面应用无线射频识别技术(RFID)、文献自动分拣系统、自助服务设备。虚拟图书馆”通过引入智能技术，构建可视化和立体化的服务环境，由虚拟图书馆的云服务、空间资源可视化、文献资源可视化、用户服务个性化等功能组成。虚拟图书馆在云服务的支撑下，通过空间资源可视化，为读者提供如影随形的三维实景地图导航模式，让读者随时随地“身临”图书馆现场，无需到馆即可选择希望浏览的楼层、功能区域和图书分类，读者在线上即可畅游全馆。利用RFID芯片定位和矢量图形技术，实现文献资源的可视化，让读者对信息分类组织、图书存量和摘要等信息一目了然，读者可根据主题词、借阅数据选择感兴趣的书架层，也可通过点击热门图书进行挑选。虚拟图书馆为用户个性化定制服务搭建平台，读者可以对自己感兴趣的数据进行收藏和暂存。图书馆在云服务环境下可根据用户收藏数据、资源需求等信息行为进行数据挖掘和分析，更加积极主动为用户推荐服务，以提高个性化服务和定制服务的匹配度和准确度，为公众提供便捷高效的文献信息服务。
展示空间可视化界面，文献资源可视化界面，颜色(标记)表示不可借阅或已借出，选择具体书籍进行查看，有框线的表示为符合检索条件的书。数字孪生图书馆是基于模型的系统工程，由传感器数据、物理模型协同驱动。应用3R、模拟仿真、AI+IOT、沉浸式云XR、边缘协同认知计算等多元信息技术加强数字孪生图书馆建设。3R技术是AR、VR、MR技术的统称，能为用户带来沉浸式体验，增强多感官联动交互。模拟仿真技术是在虚拟空间进行仿真，在实体空间进行运转，以减少实操过程中的失误，提高图书馆运行的效率和智能化管控。在数字孪生图书馆建设和运转过程中会产生大量数据，边缘协同认知计算的出现缓解了云计算的计算压力，使得图书馆有更大空间和动能处理核心数据、及时响应用户请求。
孪生图书馆会对馆内的实时情况进行追踪，实现智能化的资源管理。以智能化管理系统为例，该系统基于红外感应、时间控制等技术，根据馆内工作需要，实时调节各区域的光照、空调等设备，实现在满足利用需求的基础上减少不必要的资源消耗，促进绿色图书馆的建设与运行。
古籍保护：孪生档案馆根据设备的温度、载荷等数据分析，对设备的故障进行预测，并将故障原因提前反馈给馆员，以减小设备故障对档案利用造成的影响。同时，数字孪生、传感网络技术等协同应用将实现远程实时监控与危险预警，形成孪生档案馆系统智能防控的安全保障。
丰富图书信息功能，探索数据驱动新路径。孪生图书馆通过对档案孪生数据的资源整合，建立了电子档案数据管理体系，智能化的数据管理与服务是孪生图书馆实现数据驱动的重要体现。孪生图书馆会利用RFID技术实现图书的智能化管理，当图书编目信息被录入系统时，RFID标签会建立图书实体与孪生图书馆的关联。用户只需搜索相关的图书信息，便可快速定位所需书籍，此时系统会向用户提供图书所在的具体楼层书架号、排列号及3D导航等智能化信息服务。
孪生图书馆与实体图书馆之间的实时交互都是建立在网络信息传递的基础上，因此构建一个安全可行的网络环境尤为重要。在网络访问方面，系统限制连接端口以提高性能，定期检查与审核设备软件保持在最新版本的状态，在确保系统设备与软件不断更新的同时，保证整个系统的安全。此外，孪生图书馆通过设置故障检测单元与防御网等抵御外界服务器的攻击。当系统检测出任何不符合安全原则的输出时，安全防御网则会自动切断输出，使得系统处于安全状态，为整个系统的网络环境提供安全保障。
为了整合出版成果，丰富虚拟图书馆的馆藏，收集和整理的出版物，获取有关出版物之授权，以“全文上载”的方式供读者免费浏览所有出版物将以电子形式上载虚拟图书馆，若能提供授权出版物的电子档为佳，若未能提供电子档，也可以实体书刊作替代，以图书馆实际上载的为准。
好处：数字孪生图书馆的出现，无疑为图书馆提升突发事件应急处置水平提供了科学保障。其一，全方位覆盖的传感器可以准确地提供馆内及周边建筑、环境的原始数据；其二，物联网、5G移动通信网络凭借其数据传输速率高、通信时延低的优势，确保数据传递的及时性；其三，人工智能作为信息中枢的智能引擎，为图书馆运行过程中的隐患诊断、风险预测、方案仿真、决策提供核心支撑；其四，大数据强调以数据决策、数据驱动、在线闭环的业务流程优化，发现新知识，深度洞见产生新智慧。因此，数字孪生图书馆充分融合将为图书馆实体建立更加科学、完备的应急预案，并在突发事件发生时能够迅速且有效地指导应急救援行动，从而更有效地保障人员生命、财产安全。
第二种方法是依托于北斗与图书馆的双向定位，结合3D全景相机及系统的建模算法还原复刻某一时间段的实景图书馆。读者在到达虚拟图书馆门前时，由北斗定位该图书馆的位置，弹出界面，是否接受成为系统的会员，点接受则成为会员，享有较为精细的3D数字化建模模型，除此之外，系统与该图书馆有合作，图书馆会授权系统一些上载的数字图书资源，以供会员在线查看，以实际上载的图书资源为准。图书馆是免费开放的，普通参观者(非会员)可以使用手机(即自己所拍摄的照片)生成建模，关于拍照，图书馆的外观可以，但拍摄图书馆里面的景象需要看各地图书馆的规矩，有些图书馆允许手机拍照(关闭闪光灯，静音拍摄，不打扰他人，选择无人的书架或地方拍摄，不许使用单反拍摄)，有些图书馆不允许拍照。(除特别批准外，禁止照相、摄影，首先对其他读者是一种干扰、打扰行为，其次是版权问题，需要避免一些人复制后牟利的行为，不可以拍摄整本书，如若违反，会收取拍摄费用。)如果不允许拍照，则导入图书馆的外观照片加自身系统数据库所存储的图片或相关的建筑体系自动化生成建模，框架做的不一定精细，取决于用户拍摄照片的多少和所搜集到的视觉信息，此外，虚拟图书馆所上载的数字图书资源是面向所有用户的。
而会员(加入该图书馆的会员，点接受)可获得3D空间相机所给予的视觉信息，进而做到准确还原空间结构，构建以实际采集的数据进行AI的自动化精细化建模，内里书目以馆方实际上载的电子书为准，期间考虑增加AR(实际到馆)趣味性或其他智慧图书馆为读者所打造的个性化服务。电子资源包括了知网/万方，对文献的深度开发，使得资金效益最大化。北斗的应用只受限于人们的想象力，空间导航可做到室内外路径的智能规划，自动生成导航路线，精准导航，与图书馆室内的传感器技术相结合，将每一本图书的精确位置自动规划路径。当全景3D相机装上了北斗导航系统，点位的设置可以更为精准与均匀，可以按照构建时的拍摄行进路线进行合理的规划，点位与点位之间的距离差设置得均匀一些。精准实景复刻，将图像或视频导入，依据算法AI全自动建模，生成建筑可视化界面，图书资源可视化界面，如果北斗不仅是单纯提供定位信息，也可依据3D全景相机搭载的视觉SLAM进行人工规划点位与路线，可以从环境中获取海量的、富于冗余的纹理信息以及场景辨识能力，加之采用双目方案，提高成像质量和画面的纯净度，高清复制实景，方便以后溯源。从3D数据中，用户可提取出空间的距离测量信息，还原空间布局与结构，进而构建高清数字3D模型，可选择自动导览或者到指定图书馆楼层进行场景浏览，适当添加以文字、视频、图像等形式的导览备注或语音讲解，无需插件，多端(手机端，PC端，VR眼镜)展示实现720°沉浸体验，让用户足不出户享受图书馆宁静的诗和远方。
虽然免费开放借书，但有些读者一次性借出太多，没有在规定时间内看完，且纸质书籍携带不易，容易破损或遭到损毁，换成电子书则可以在碎片化时间内随时随地查看，利用数字孪生的全方位映射与虚拟现实技术能够以原文为模板生成孪生书籍，孪生书不怕丢失损毁，也可不限制人数借阅，提高每位读者可借阅图书的成功率。(纸质书仅可以续借一次，续借期限一个月)也不是每个人都能走遍国内的图书馆，而数字化图书馆则可以给更多读者一个了解图书、学习知识、资源共享的机会。虚拟体验(现阶段)是利用历史数据进行服务，而孪生场景则是利用实时数据进行虚拟服务，即为用户在孪生场景接受的服务与实体场景接受的服务无差别，孪生体不受时空的限制地接受信息服务。可进行信息检索、书籍阅读、阅读咨询、读者交流、为弱势群体提供服务(例如行动不便的人员)，满足自身的信息需求，场景能够给用户一种身临其境的体验感，用户感知收益更高，现在网上的读者数量远远超过到馆读者数量，不能仅局限于地级市服务该地级市(像国家图书馆理应服务全国人民)，数字图书馆应运而生，文字、视频、各类版块为不同需求的群体提供服务，资源共享。
图书馆分楼层建模，可自动/手动导览，查看整体建模框架，记录当时的实景复刻，右上角的小地图有绿标可看见读者目前所处在的位置。根据书架上所存放的书籍的密集程度，在设置点位时以实际人体的跨步的一半的距离或者以人眼所看到的实际书目的视野界限为一段距离，展示空间可视化界面，文献资源可视化界面，读者个性化收藏界面，用不同颜色标记表示不可借阅或已借出，选择具体书籍进行查看，为符合检索条件的书时点击进行页面的跳转，将整合好的数字图书以实际书页的内容展出。在面向B端用户时，对于地理学而言，数字图书馆的模型可以为建设其他图书馆时提供更好的设计方案与优化空间布局，为了妥善保管纸质书籍，在设置多少温度和湿度的条件下选择合适的地理位置建立图书馆库房，将空间做到最大化的利用，提高用户找书的便捷性以及图书管理员管理的效率，除此之外，合理规划存放书籍的整体布局可以有效避免图书因不必要的二次搬动造成的损坏，充分配置资源做到管理效益的最大化；在数学方面，对于如何有效建立一个适合图书馆的精细化且能细致缓慢地漫游建模算法将会有所启发，在保证空间建模质量的前提下，借助场景数据分析，数字孪生图书馆可通过记录服务场景数据，实时采集读者的使用场景和行为，构建情景数据库及典型读者行为数据库，在数字图书馆现有数字资源的基础上实现对图书馆各类应用场景的匹配，有利于打造个性化服务。由于图书馆的书籍摆放较为密集，如何打造指尖翻阅的书籍页面及读者驻足停留阅读的沉浸式阅读体验，通过系统的智能匹配所给予的模型进行探索将会有所收益。在加密学方面，对该数字图书馆所上载的数字资源进行区块链确权，以每本书在馆内的序列号作为唯一的标识。对于线上阅读平台，提供一个不限时空，既方便、快捷，又能深入全面了解、认识、研究的虚拟图书馆，还能在创客空间进行交流。配合科技发展对网上阅读的技术要求和大众的日常阅读习惯，提升和优化全文检索及在线阅读的功能，并新增学者和机构资料库，以及定时更新近期的学术活动动态和举办如网上书展等活动，让读者从多角度了解有关该图书馆的学术发展和出版状况，便利用户查阅检索相关的学术资源。
Claims (1)
1.一种智能匹配数字图书馆的系统及方法，其运行机理为：构建的数字图书馆的节点与现实中的图书馆所布置的传感器是相匹配的，力求做到与现实中的建筑比例堆成，且能溯源到实物。在此介绍两种方法，一是采用数字孪生的技术，综合应用传感器感知、大数据存储、云计算分析、机器学习与智能决策等先进的信息技术，通过数字化方式对物理实体进行描述、再现和模拟，从而实现判断与决策的能力，并且通过实时信息交互实现与物理实体的互动和及时反馈。对图书馆自身进行精细的三维数字化复原，利用三维数字孪生引擎实现图书馆大楼内外的1∶1三维数字孪生，并对接物联感知数据、环境天气等多维实时动态数据，如数字孪生图书馆在建设初期需要获取初始数据在虚拟空间中构建一个虚拟图书馆孪生体，完成图书馆物理实体的虚拟映射，随后，通过在图书馆物理实体内外科学、合理地布置传感器等智能终端来实时收集图书馆物理实体的日常运行数据，并将数据及时同步到图书馆孪生体。
规划数字孪生图书馆的硬件设备，借助数字孪生技术搭建数字孪生图书馆模型。在数字孪生图书馆内对图书馆的空间布局、书架设计、计算机硬件设备等基础设施进行模拟仿真，实现对图书馆故障检测、远程操控、在线服务、运营维护等智能场馆管理。另一方面，规划数字孪生图书馆内的软件系统设施。智能传感技术、人脸识别、物联网、图书管理信息系统的运用有助于对数字孪生图书馆进行全面感知和实时监控，实现对海量数据的整合、分析、挖掘，最终作用到图书馆物理实体的运转和管理活动之中，达到对图书馆实体的智能管控和互联互通。
所呈现的效果为逼真的三维可视化效果，通过对物理场景进行精细化建模，结合VR等三维可视化技术和强大的三维渲染技术，可呈现出虚实场景融为一体的效果，能更加直观地展现不同规划设计方案的生成效果，方便实时修改。三维空间分析是GIS平台区别于其他三维可视化平台的特有功能，为更好地服务于智慧城市的建设和管理，数字孪生平台需具备强大的二三维一体化操作和空间分析功能。目前搭建数字孪生平台的技术路线包括基于GIS平台的三维建模和基于游戏引擎的三维建模两种，需要充分结合游戏引擎强大的三维渲染能力和GIS平台的空间分析能力，形成数据加载和分析、三维场景构建和可视化表达的全流程方案，能实现高质量的三维模型构建，游戏引擎采用虚幻引擎作为研究平台，虚幻引擎是一款先进的实时三维创作工具，拥有高级的渲染功能、灵活的材质编辑器和专业的动画设计，可免费对外开放，支持各大主流平台的集成，支持使用像素流送与服务器进行数据和模型的传输。此外，除了C++开发语言，虚幻引擎还支持独家定制的蓝图可视化脚本，交互简单，能节省大量的开发时间，提高设计效率。相较于Unity引擎，虚幻引擎强大的地形系统和多线程渲染能力可以更好地满足三维模型构建的需求。
地理信息(GIS)平台实现了对三维倾斜摄影数据的秒级加载与调度，并通过对多源三维模型数据的融合实现了多尺度三维场景的城市建模；同时借助游戏平台强大的渲染引擎和复杂的物理材质实现了对图书馆场景的电影级渲染，并利用视频流技术实现云端渲染，摆脱了终端设备性能对平台应用的约束。融合参数化建模、GIS与游戏引擎等技术搭建的数字孪生平台，通过虚幻引擎渲染技术改善常规三维地理信息用户的视觉体验，同时支持三维GIS数据可视化、分析、查询以及灾情场景搭建等功能，让用户更直观地浏览和管理数据。倾斜摄影能获取建筑俯视图和侧视图的丰富高分辨率纹理，通过虚幻引擎强大的渲染能力，可全方位、全要素展示真实地理世界。虚幻引擎中加载、传输倾斜摄影数据的具体步骤有
1)数据格式转换。在虚幻引擎中加载和渲染三维倾斜数据，首先需要将OSGB格式的倾斜摄影数据转换为FBX格式的三维数据。
2)调用图形引擎解析三维数据。通过读取FBX文件的头部，调用动态链接库，读取三维数据文件的主体，包括顶点、地图、层次等资源之间的依赖关系以及各节点之间的层次关系；再对地形信息(三角面模型的空间坐标)和地图信息进行分类识别。
3)拆分层级细节并获取信息。根据LOD对应的编号进行多级分割，在显示模型时调用。一方面，可获取不同细节层次的顶点信息，并转化为三角曲面模型；另一方面，可获取不同层次的细节纹理信息，将纹理信息转化为材质信息。
4)基于视锥和遮挡的不在可视范围内的信息剔除。视锥剔除是根据相机视野以及近裁剪曲面与远裁剪曲面之间的距离，将视锥体范围外的对象排除在渲染之外，排除的对象不会进入渲染几何阶段。遮挡剔除是根据对象在场景中的位置预先生成的，运行时可剔除对应静态对象后的其他对象，视锥剔除和遮挡剔除可有效降低渲染成本。
5)将三角网模型和材质按照不同级别依次导入虚幻引擎，生成虚幻引擎资源和三维实景模型。通过空间映射，材质可粘贴到三角面对应的空间位置，从而实现将实景图片赋予三角面模型，完成三维实景模型的构建。
通过基于本体的表示和封装技术将模型演进信息转换为标准文本数据，在此基础上设计区块构建方案，结合共识算法实现授权网络中各节点模型的同步更新，通过基于区块链的分布式存储保证所有建模操作互信可溯，并支持冲突识别和轻量发布。结合BIM的数据资产在数字孪生虚拟空间中构建出还原现实的建筑模型，所携带建筑全生命周期的几何信息与非几何信息是奠定数字孪生空间实现自主演化的基础，其与多源异构数据的动态集成，让数字孪生建筑数据更精准、更智能，数字孪生空间的实时迭代也能为建筑全生命周期BIM的实时更新维护提供有力的数据支撑。
图书馆孪生体可实时模拟图书馆实体在现实中的运行、管理行为，并借助大数据、物联网、人工智能等技术的运用，提炼出图书馆的运行规律，实现图书馆物理实体与孪生体的协调发展。在采用“安全磁条+条形码”管理图书技术的基础上，集成了互联网、物联网、人工智能等技术，通过设置图书馆导询(引导咨询)机器人来对图书信息进行扫描与记录，实时更新图书位置信息，可帮助读者快速找到图书的准确位置，定位精度可达97％。
实现对图书馆的实时感知和可视化监控。实现图书馆物理实体在虚拟空间的全面呈现和动态监控，以求达到更好的服务效果和效能。在数字孪生技术的推动下，搭建与档案馆物理实体相匹配的、具有多维智慧服务与泛在感知的“图书馆孪生体”，利用深度学习、模拟仿真、3R技术等人工智能技术，结合算法模型，根据实时数据在孪生图书馆内的运行状况判断档案馆物理实体的运转情况，图书管理人员可从不同场域观察图书服务状况，以此实现服务流程和设备运转的优化控制。如，数字孪生技术最大价值特征是实现对图书馆空间展示的全景可视化，不仅在视觉效果上呈现一比一的视觉效果，在图书馆内物体摆设、运行规则、操作系统等方面也实现真实还原。图书管理人员可通过数字孪生档案馆实现对图书馆、图书管理系统、数据等的管理，用户也可通过数字孪生图书馆实现自动检索等，真正实现图书馆智能化服务。在用户体验方面，在数字孪生技术推动下的数字孪生图书馆，用户能实现融入感与参与感的体验升级。在数字孪生图书馆内，用户不仅可以通过视觉获得图书信息，还可通过触觉、听觉等多感官与图书事务实现多方联动，获得更加全面、精准的信息。数字孪生技术为用户提供个性化服务的同时，也拉近了用户与虚拟空间的关系。其次，数字孪生图书馆实现了智能空间建设，数字孪生技术驱动下的图书馆形成了互联互通模式。如，用户在图书馆智能空间内借助二维码、射频识别等手段不断进行空间、信息、资源等信息的识别，获得实时信息进行信息查询或场馆预约等服务。在服务形式上，用户可以随时随地访问虚拟图书馆，保持与图书馆资源的互联互通。同时，图书管理人员可通过数字孪生图书馆实现与用户的多场景互动，实现知识资源的不同场景流动，帮助用户建立不同场景的个人知识回溯体系，书籍收藏界面可依据读者个性化进行设置。数字孪生图书馆实现足不出户即可通过VR、AR等设备实现沉浸式图书服务，享受图书馆的服务和资源。同时，用户可实现24小时与图书馆员孪生体进行交流互动，达到符合用户需求的自主化服务。
实现无线网络全覆盖，实现藏、借、阅、咨一体化，全面应用无线射频识别技术(RFID)、文献自动分拣系统、自助服务设备。虚拟图书馆”通过引入智能技术，构建可视化和立体化的服务环境，由虚拟图书馆的云服务、空间资源可视化、文献资源可视化、用户服务个性化等功能组成。虚拟图书馆在云服务的支撑下，通过空间资源可视化，为读者提供如影随形的三维实景地图导航模式，让读者随时随地“身临”图书馆现场，无需到馆即可选择希望浏览的楼层、功能区域和图书分类，读者在线上即可畅游全馆。利用RFID芯片定位和矢量图形技术，实现文献资源的可视化，让读者对信息分类组织、图书存量和摘要等信息一目了然，读者可根据主题词、借阅数据选择感兴趣的书架层，也可通过点击热门图书进行挑选。虚拟图书馆为用户个性化定制服务搭建平台，读者可以对自己感兴趣的数据进行收藏和暂存。图书馆在云服务环境下可根据用户收藏数据、资源需求等信息行为进行数据挖掘和分析，更加积极主动为用户推荐服务，以提高个性化服务和定制服务的匹配度和准确度，为公众提供便捷高效的文献信息服务。
展示空间可视化界面，文献资源可视化界面，颜色(标记)表示不可借阅或已借出，选择具体书籍进行查看，有框线的表示为符合检索条件的书。数字孪生图书馆是基于模型的系统工程，由传感器数据、物理模型协同驱动。应用3R、模拟仿真、AI+IOT、沉浸式云XR、边缘协同认知计算等多元信息技术加强数字孪生图书馆建设。3R技术是AR、VR、MR技术的统称，能为用户带来沉浸式体验，增强多感官联动交互。模拟仿真技术是在虚拟空间进行仿真，在实体空间进行运转，以减少实操过程中的失误，提高图书馆运行的效率和智能化管控。在数字孪生图书馆建设和运转过程中会产生大量数据，边缘协同认知计算的出现缓解了云计算的计算压力，使得图书馆有更大空间和动能处理核心数据、及时响应用户请求。
孪生图书馆会对馆内的实时情况进行追踪，实现智能化的资源管理。以智能化管理系统为例，该系统基于红外感应、时间控制等技术，根据馆内工作需要，实时调节各区域的光照、空调等设备，实现在满足利用需求的基础上减少不必要的资源消耗，促进绿色图书馆的建设与运行。
古籍保护：孪生档案馆根据设备的温度、载荷等数据分析，对设备的故障进行预测，并将故障原因提前反馈给馆员，以减小设备故障对档案利用造成的影响。同时，数字孪生、传感网络技术等协同应用将实现远程实时监控与危险预警，形成孪生档案馆系统智能防控的安全保障。
丰富图书信息功能，探索数据驱动新路径。孪生图书馆通过对档案孪生数据的资源整合，建立了电子档案数据管理体系，智能化的数据管理与服务是孪生图书馆实现数据驱动的重要体现。孪生图书馆会利用RFID技术实现图书的智能化管理，当图书编目信息被录入系统时，RFID标签会建立图书实体与孪生图书馆的关联。用户只需搜索相关的图书信息，便可快速定位所需书籍，此时系统会向用户提供图书所在的具体楼层书架号、排列号及3D导航等智能化信息服务。
孪生图书馆与实体图书馆之间的实时交互都是建立在网络信息传递的基础上，因此构建一个安全可行的网络环境尤为重要。在网络访问方面，系统限制连接端口以提高性能，定期检查与审核设备软件保持在最新版本的状态，在确保系统设备与软件不断更新的同时，保证整个系统的安全。此外，孪生图书馆通过设置故障检测单元与防御网等抵御外界服务器的攻击。当系统检测出任何不符合安全原则的输出时，安全防御网则会自动切断输出，使得系统处于安全状态，为整个系统的网络环境提供安全保障。
为了整合出版成果，丰富虚拟图书馆的馆藏，收集和整理的出版物，获取有关出版物之授权，以“全文上载”的方式供读者免费浏览所有出版物将以电子形式上载虚拟图书馆，若能提供授权出版物的电子档为佳，若未能提供电子档，也可以实体书刊作替代，以图书馆实际上载的为准。
好处：数字孪生图书馆的出现，无疑为图书馆提升突发事件应急处置水平提供了科学保障。其一，全方位覆盖的传感器可以准确地提供馆内及周边建筑、环境的原始数据；其二，物联网、5G移动通信网络凭借其数据传输速率高、通信时延低的优势，确保数据传递的及时性；其三，人工智能作为信息中枢的智能引擎，为图书馆运行过程中的隐患诊断、风险预测、方案仿真、决策提供核心支撑；其四，大数据强调以数据决策、数据驱动、在线闭环的业务流程优化，发现新知识，深度洞见产生新智慧。因此，数字孪生图书馆充分融合将为图书馆实体建立更加科学、完备的应急预案，并在突发事件发生时能够迅速且有效地指导应急救援行动，从而更有效地保障人员生命、财产安全。
第二种方法是依托于北斗与图书馆的双向定位，结合3D全景相机及系统的建模算法还原复刻某一时间段的实景图书馆。读者在到达虚拟图书馆门前时，由北斗定位该图书馆的位置，弹出界面，是否接受成为系统的会员，点接受则成为会员，享有较为精细的3D数字化建模模型，除此之外，系统与该图书馆有合作，图书馆会授权系统一些上载的数字图书资源，以供会员在线查看，以实际上载的图书资源为准。图书馆是免费开放的，普通参观者(非会员)可以使用手机(即自己所拍摄的照片)生成建模，关于拍照，图书馆的外观可以，但拍摄图书馆里面的景象需要看各地图书馆的规矩，有些图书馆允许手机拍照(关闭闪光灯，静音拍摄，不打扰他人，选择无人的书架或地方拍摄，不许使用单反拍摄)，有些图书馆不允许拍照。(除特别批准外，禁止照相、摄影，首先对其他读者是一种干扰、打扰行为，其次是版权问题，需要避免一些人复制后牟利的行为，不可以拍摄整本书，如若违反，会收取拍摄费用。)如果不允许拍照，则导入图书馆的外观照片加自身系统数据库所存储的图片或相关的建筑体系自动化生成建模，框架做的不一定精细，取决于用户拍摄照片的多少和所搜集到的视觉信息，此外，虚拟图书馆所上载的数字图书资源是面向所有用户的。
而会员(加入该图书馆的会员，点接受)可获得3D空间相机所给予的视觉信息，进而做到准确还原空间结构，构建以实际采集的数据进行AI的自动化精细化建模，内里书目以馆方实际上载的电子书为准，期间考虑增加AR(实际到馆)趣味性或其他智慧图书馆为读者所打造的个性化服务。电子资源包括了知网/万方，对文献的深度开发，使得资金效益最大化。北斗的应用只受限于人们的想象力，空间导航可做到室内外路径的智能规划，自动生成导航路线，精准导航，与图书馆室内的传感器技术相结合，将每一本图书的精确位置自动规划路径。当全景3D相机装上了北斗导航系统，点位的设置可以更为精准与均匀，可以按照构建时的拍摄行进路线进行合理的规划，点位与点位之间的距离差设置得均匀一些。精准实景复刻，将图像或视频导入，依据算法AI全自动建模，生成建筑可视化界面，图书资源可视化界面，如果北斗不仅是单纯提供定位信息，也可依据3D全景相机搭载的视觉SLAM进行人工规划点位与路线，可以从环境中获取海量的、富于冗余的纹理信息以及场景辨识能力，加之采用双目方案，提高成像质量和画面的纯净度，高清复制实景，方便以后溯源。从3D数据中，用户可提取出空间的距离测量信息，还原空间布局与结构，进而构建高清数字3D模型，可选择自动导览或者到指定图书馆楼层进行场景浏览，适当添加以文字、视频、图像等形式的导览备注或语音讲解，无需插件，多端(手机端，PC端，VR眼镜)展示实现720°沉浸体验，让用户足不出户享受图书馆宁静的诗和远方。
虽然免费开放借书，但有些读者一次性借出太多，没有在规定时间内看完，且纸质书籍携带不易，容易破损或遭到损毁，换成电子书则可以在碎片化时间内随时随地查看，利用数字孪生的全方位映射与虚拟现实技术能够以原文为模板生成孪生书籍，孪生书不怕丢失损毁，也可不限制人数借阅，提高每位读者可借阅图书的成功率。(纸质书仅可以续借一次，续借期限一个月)也不是每个人都能走遍国内的图书馆，而数字化图书馆则可以给更多读者一个了解图书、学习知识、资源共享的机会。虚拟体验(现阶段)是利用历史数据进行服务，而孪生场景则是利用实时数据进行虚拟服务，即为用户在孪生场景接受的服务与实体场景接受的服务无差别，孪生体不受时空的限制地接受信息服务。可进行信息检索、书籍阅读、阅读咨询、读者交流、为弱势群体提供服务(例如行动不便的人员)，满足自身的信息需求，场景能够给用户一种身临其境的体验感，用户感知收益更高，现在网上的读者数量远远超过到馆读者数量，不能仅局限于地级市服务该地级市(像国家图书馆理应服务全国人民)，数字图书馆应运而生，文字、视频、各类版块为不同需求的群体提供服务，资源共享。
图书馆分楼层建模，可自动/手动导览，查看整体建模框架，记录当时的实景复刻，右上角的小地图有绿标可看见读者目前所处在的位置。根据书架上所存放的书籍的密集程度，在设置点位时以实际人体的跨步的一半的距离或者以人眼所看到的实际书目的视野界限为一段距离，展示空间可视化界面，文献资源可视化界面，读者个性化收藏界面，用不同颜色标记表示不可借阅或已借出，选择具体书籍进行查看，为符合检索条件的书时点击进行页面的跳转，将整合好的数字图书以实际书页的内容展出。在面向B端用户时，对于地理学而言，数字图书馆的模型可以为建设其他图书馆时提供更好的设计方案与优化空间布局，为了妥善保管纸质书籍，在设置多少温度和湿度的条件下选择合适的地理位置建立图书馆库房，将空间做到最大化的利用，提高用户找书的便捷性以及图书管理员管理的效率，除此之外，合理规划存放书籍的整体布局可以有效避免图书因不必要的二次搬动造成的损坏，充分配置资源做到管理效益的最大化；在数学方面，对于如何有效建立一个适合图书馆的精细化且能细致缓慢地漫游建模算法将会有所启发，在保证空间建模质量的前提下，借助场景数据分析，数字孪生图书馆可通过记录服务场景数据，实时采集读者的使用场景和行为，构建情景数据库及典型读者行为数据库，在数字图书馆现有数字资源的基础上实现对图书馆各类应用场景的匹配，有利于打造个性化服务。由于图书馆的书籍摆放较为密集，如何打造指尖翻阅的书籍页面及读者驻足停留阅读的沉浸式阅读体验，通过系统的智能匹配所给予的模型进行探索将会有所收益。在加密学方面，对该数字图书馆所上载的数字资源进行区块链确权，以每本书在馆内的序列号作为唯一的标识。对于线上阅读平台，提供一个不限时空，既方便、快捷，又能深入全面了解、认识、研究的虚拟图书馆，还能在创客空间进行交流。配合科技发展对网上阅读的技术要求和大众的日常阅读习惯，提升和优化全文检索及在线阅读的功能，并新增学者和机构资料库，以及定时更新近期的学术活动动态和举办如网上书展等活动，让读者从多角度了解有关该图书馆的学术发展和出版状沉，便利用户查阅检索相关的学术资源。
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