以自動產生工具及XML技術建置數位典藏系統

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行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

以自動產生工具及 XML 技術建置數位典藏系統

計畫類別：個別型計畫

計畫編號： NSC94-2422-H-011-001-

執行期間： 94 年 03 月 01 日至 95 年 02 月 28 日執行單位：國立臺灣科技大學資訊工程系

計畫主持人：林彥君

報告類型：完整報告

處理方式：本計畫可公開查詢

中華民國 95 年 5 月 15 日

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摘要

在數位典藏系統的發展過程中，後設資料(metadata)規格的分析與製作是很重要的一環，目前的分析與製作過程，耗用大量的時間與人力。有鑑於此，我們實作後設資料規格儲存庫軟體，使後設資料規格可以儲存成 Extensible Markup Language (XML)文件，並以原生型(native) XML 資料庫儲存之，更提供製作、檢索及管理後設資料規格的機制與工具，讓使用者可以透過網路來製作新的後設資料規格，並加速後設資料規格的製作過程。

1. 簡介

數位典藏是將典藏文物數位化保存與管理。配合現今的網路環境，數位典藏文物資料可以方便地呈現與使用。後設資料為數位典藏工程的基礎資訊，在數位典藏領域中扮演著重要的角色。後設資料一般定義為「描述資料的資料」(data about data)。其他的定義如「描述資源屬性之資料」[7]、「用來尋找、存取、使用及管理資源之資訊」[16]。由於後設資料的重要性，建立數位典藏系統時，在初期就必需有完整的後設資料規格分析與定義。其分析結果與定義會影響到典藏資料的完整性，並關係到整個數位典藏系統的建置、資料的著錄、檢索精確度、

後續的資料交換與加值利用等。

目前的數位典藏國家型科技計畫中，有多個數位典藏系統之建置是由中央研究院數位典藏技術發展組、後設資料工作組及內容提供者共同合作完成。首先，

由內容提供者提出需求，經後設資料工作組分析所需的後設資料規格後，產出後

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設資料需求規格書。接著，數位典藏技術發展組進行系統需求分析及系統的流程與功能設計，產出軟體需求規格書及軟體設計規格書。最後根據各階段的分析結果進行系統的開發，測試無誤後再給內容提供者使用。

後設資料規格分析與製作需要耗費大量的時間。依據典藏文物性質與規模的不同，整個後設資料規格分析的流程，平均需花費四個月到兩年的時間[6]。在中央研究院後設資料工作組的後設資料規格分析流程中，目前各步驟主要是以人工逐一完成，如後設資料規格與相關的後設資料標準(如 Dublin Core [8])的對應，是以人工的方式比對。在分析、比對、製作的過程中，若沒有軟體工具輔助，

必耗用大量的時間與人力。中央研究院產生的後設資料規格書，乃以紙本或電子檔案的方式儲存，不易查詢與再利用。

數位典藏系統的開發具有需求易變動的特性，其變動包含後設資料需求的改變、系統功能改變或擴增等。這樣的變動將造成需重新分析後設資料規格。若在系統已建立完成或發展到一個階段才更改需求，則勢必造成需求分析文件及整個系統需大幅度的修改，耗用大量的時間與人力，也增加額外的開發成本。

目前處理後設資料規格的軟體工具有 ULIS Open Metadata Registry [11]與 CORES [9]等。兩者皆以 Resource Description Framework (RDF)技術實作後設資料規格儲存庫；前者僅能處理 Dublin Core 的規格。後者可以處理多種後設資料規格，但只能處理平坦(flat)的後設資料結構，對於具有階層結構的後設資料則沒有處理；CORES 在製作新的後設資料規格時，必需下載製作軟體後才能進行，

無法於線上製作。

我們製作以 Extensible Markup Language (XML)文件儲存後設資料規格的後設資料規格儲存庫。它提供儲存、檢索及製作後設資料規格之機制，使分析人員

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進行後設資料規格分析時，可以透過瀏覽器(如 Microsoft Internet Explorer)查詢與使用舊有規格，並利用製作工具協助製作新的規格。此外，以 XML 文件格式儲存後設資料規格，使後設資料規格的架構容易更改，並能處理具有階層結構的後設資料規格。因此，可以減少後設資料規格書之製作時間與人力，提升整個數位典藏系統的建置速度。製作完成的新規格也可再累積於後設資料規格儲存庫中。

本報告的組織如下：：：第 2 節簡介後設資料規格。第 3 節說明如何以 XML 文：件儲存後設資料規格。第 4 節介紹可儲存 XML 後設資料規格的兩種資料庫，以及選擇使用其ㄧ的理由。第 5 節介紹我們的後設資料規格儲存庫之架構。第 6 節藉由後設資料規格儲存庫的使用方式來說明其功能。為了讓使用者可透過瀏覽器觀看後設資料規格，需將儲存規格之 XML 文件轉換成 HTML 格式，這需要使用我們所發現的轉換規則，因此，特別在第 7 節說明如何轉換。最後於第 8 節作總結。

2. 後設資料規格簡介

數位典藏領域的後設資料規格具有項目眾多、結構複雜、需求異動性大的特質。後設資料規格主要由後設資料欄位建置表、後設資料欄位屬性表及後設資料標準比對表三個表所定義。以漢代簡牘後設資料規格為例[1]，表 1 為漢代簡牘後設資料欄位建置表部分內容。其中，「項目名稱」之下為數位典藏系統所需的元素，「英文名稱」之下為元素的英文名稱；它們以階層編排的方式來表示後設資料規格的階層結構，亦即元素間的父子關係。從表 1 可看出「品名」元素具有

「主要名稱」及「其他」兩個子元素。而「其他」元素有「類型」、「名稱」及「備註」三個子元素。「資料型態」欄位為元素在輸入資料時的資料型態，如「Varchar」

表示元素是以文字型態的方式來輸入資料。「大小」欄位為元素在數位典藏系統資料庫中所需之最大儲存空間，是以字元為單位。「資料型態」與「大小」兩欄

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位僅在元素沒有子元素時才需記錄，如「主要名稱」沒有子元素，其資料型態為 Varchar，大小為 50。

表 1. 漢代簡牘後設資料欄位建置表部分內容

項目名稱英文名稱資料型態大小

主要名稱 Main Varchar 50 類型 Type Varchar 20 名稱 Name Varchar 50 品

名其他

備註

Title

Other

Remarks Varchar 50

表 2 為漢代簡牘後設資料欄位屬性表部份內容。其中，「必填」之下標示「＊」

者，表示輸入資料時，不能為空值。「多值」之下標示「◎」者，表示可重複輸入多筆資料。「屬性」欄位為元素資料的輸入方式，如「下拉式選單」。「提供者」欄位為元素資料產生方式，如由填表者自行填入或數位典藏系統自動產生。

「屬性」與「提供者」兩欄位僅在元素沒有子元素時才需記錄。

表 2. 漢代簡牘後設資料欄位屬性表部分內容

項目名稱必填多值屬性提供者

主要名稱＊填表者

類型

下拉式選單

填表者

名稱填表者

品名

其他

備註

◎

填表者

表 3 為漢代簡牘後設資料標準比對表部份內容。其中，「Dublin Core Element」

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欄位為元素與 Dublin Core 的對應情況，如「主要名稱」是對應於 Dublin Core 所規範的「Title」。此欄位僅在元素沒有子元素時才需記錄。

表 3. 漢代簡牘後設資料標準比對表部分內容項目名稱 Dublin Core Element

主要名稱 Title 類型 Title 名稱 Title 品

名其他

備註 Title

3. 以 XML 文件儲存後設資料規格

XML 是一種標記語言，其設計目標之ㄧ是直接在網際網路上支援不同的應用，讓處理 XML 文件的程式容易開發[14]。XML 具可擴充性且容易改變文件結構與內容，適合儲存後設資料規格。應用於數位典藏的後設資料標準 Dublin Core，也已訂出以 XML 文件儲存後設資料規格的規範[8]。

以 XML 文件儲存表 1 至 3 的後設資料規格，可設計如圖 1 的 XML 文件。

為了區分後設資料規格的元素及屬性與 XML 文件標籤(tag)中的內容，在以下的說明內容中，會以 element 表示 XML 文件標籤中的元素，以 attribute 表示 XML 文件中的屬性。

在圖 1 的 XML 文件中，計畫名稱的 element 中，包含一個稱為 name 的 attribute，其值為漢代簡牘，描述此 XML 文件所儲存的後設資料規格之計畫名稱。接著依據表 1 至 3 的內容，以 element 代表後設資料規格中的元素(如品名)，

以 attribute 儲存各元素之欄位內容(如英文名稱、資料型態等)。各 elements 會依

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據後設資料規格的階層關係產生相對應的子 element。以「品名」為例，其英文名稱為 Title，而必填與多值則皆為空白，並具有「主要名稱」及「其他」兩個子元素。因此，在 XML 文件中會有ㄧ名稱為品名的 element，並具有英文名稱、

必填、多值三個 attributes 及主要名稱與其他兩個子 elements。其餘後設資料規格中的各元素則依此類推，可將內容存於 XML 文件。

圖 1. 以 XML 文件儲存後設資料規格

由於 XML 具可自定標籤(tag)、可擴充性等特性，以 XML 文件儲存後設資料規格，可依照實際需求輕易增加新的 element，或修改、刪除原先存在的 element。

4. 儲存 XML 後設資料規格的資料庫

為了有效的儲存與管理 XML 文件並減少後續系統開發的複雜度，需要適當的資料庫來儲存 XML 文件。儲存 XML 文件的資料庫可分為 XML-enabled 與原生型(native)XML 兩種[2]。說明如下：

1. XML-enabled 資料庫。此種資料庫儲存 XML 文件的方式是先找出 XML 文

<?xml version="1.0" encoding="Big5"?>

<計畫名稱 name="漢代簡牘">

<品名英文名稱="Title" 必填=" " 多值=" ">

<主要名稱英文名稱="Main" 資料型態="Varchar" 大小="50" 必填="＊"

多值=" " 屬性=" " 提供者="填表者" DC-Element="Title"> </主要名稱>

<其他英文名稱="Other" 必填=" " 多值="◎">

<類型英文名稱="Type" 資料型態="Varchar" 大小="20"

必填=" " 多值=" " 屬性="下拉式選單" 提供者="填表者"

DC-Element="Title"> </類型>

<名稱英文名稱="Name" 資料型態="Varchar" 大小="50" 必填=" "

多值=" " 屬性=" " 提供者="填表者" DC-Element="Title"> </名稱>

<備註英文名稱="Remarks" 資料型態="Varchar" 大小="50"

必填=" " 多值=" " 屬性=" " 提供者="填表者" DC-Element="Title">

</備註>

</其他>

</品名>

</計畫名稱>

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件的綱要(schema)與關聯式資料庫綱要之間的對應。接著，根據此對應來轉換 XML 文件中的資料到資料庫中。此種方式有一些缺點，如可能會遺失 XML 文件中的註解及元素的順序。當 XML 文件的綱要需要改變時，則與資料庫綱要之間的對應也需改變。此外，從資料庫取回 XML 文件時，需根據綱要之間的對應來轉換資料，不易處理綱要複雜的 XML 文件。

2. 原生型 XML 資料庫。此種資料庫是特別用來儲存 XML 文件的資料庫，它以 XML 文件為基本儲存單位，不需 XML 文件與資料庫綱要的對應。此外，

也可透過 XML 查詢語言如 XQuery [15]來取回資料庫中的文件。

由於數位典藏領域之後設資料規格內容及結構複雜，不同計畫有不同的性質與需求，且需求經常改變。以 XML 文件儲存後設資料規格，不同計畫將產生不同結構的 XML 規格文件。若採用原生型 XML 資料庫，不需設計複雜的對應規則，並可以彈性地更改 XML 文件的架構及內容。此外，原生型 XML 資料庫對 XML 文件的處理機制較完整，如支援 XQuery，所以我們採用原生型 XML 資料庫儲存 XML 規格文件。

5. 後設資料規格儲存庫架構

我們的後設資料規格儲存庫系統架構採用三層式架構設計，如圖 2 所示，分別為瀏覽器、網站伺服器和原生型 XML 資料庫。其中，瀏覽器為使用者的操作界面。使用者無需安裝外掛程式或額外的 XML 文件剖析器，即可使用後設資料規格儲存庫。

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XML文件原生型原生型原生型原生型XML

資料庫資料庫資料庫資料庫網站伺服器

網站伺服器網站伺服器網站伺服器後設資料規格檢索

後設資料規格製作工具

權限管理瀏覽器瀏覽器

瀏覽器瀏覽器

圖 2. 後設資料規格儲存庫系統架構圖

網站伺服器服器扮演瀏覽器及原生型 XML 資料庫之間的溝通角色。後設資料規格儲存庫提供的主要功能，也是在網站伺服器上運作。我們採用 Apache Tomcat [4]來架設網站伺服器。Apache Tomcat 為一個 servlets container，可用來執行 Java servlets 及 JavaServer Pages (JSP)。程式採用 Java SDK 1.4.2_03 及 JSP 開發，並使用 Java API for XML Processing (JAXP) [10]的套件(package)來剖析與處理 XML 文件中的內容。

我們採用 eXist 原生型 XML 資料庫系統[5]儲存以下內容：過去使用過的後設資料規格、各種後設資料標準(如 Dublin Core、Categories for the Description of Works of Art [2] )及使用者透過本規格儲存庫的製作工具所建立的新規格。資料庫查詢語言為 XQuery。

6. 後設資料規格儲存庫之功能及操作介面

後設資料規格儲存庫主要提供三個功能：

(1) 後設資料規格檢索。本功能提供使用者以後設資料規格的項目名稱、英文名稱、資料型態、大小等項目進行關鍵字的檢索。使用者輸入的關鍵字會轉換

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成 XQuery 的語法，交由原生型 XML 資料庫尋找符合的 XML 文件，並透過網站伺服器將 XML 文件的內容轉換成 HTML 格式，使查詢結果呈現於瀏覽器。

(2) 後設資料規格製作工具。本工具提供使用者依需求直接在線上製作新的後設資料規格，也可用來修改已存在於儲存庫中的規格。製作完成的後設資料規格，會以 XML 文件的形式存入規格儲存庫中，亦可儲存在自己的電腦上，

以提供後續後設資料規格分析時之參考。

(3) 權限管理。根據使用者的身分，對其所能取得的後設資料規格加以控管。不同權限的使用者可取得的規格不同。透過此機制來防止未經授權的人取得規格，並避免不當的使用、竄改或破壞資料。

後設資料規格儲存庫操作介面如圖 3 所示，主要可分成三個區域。在畫面的左上方是功能區，顯示使用者可操作的功能，包含「全部規格」、「檢索功能」及

「製作工具」，使用者可點選各功能的超連結來進行。功能區的右方為操作區，

此區會根據不同功能呈現不同的操作介面，讓使用者在操作各功能時輸入應提供的資訊。例如，使用者點選功能區的「檢索功能」後，在操作區會出現要求使用者輸入關鍵字以檢索儲存庫中的後設資料規格。操作區下方為後設資料規格區，

用來呈現後設資料規格的內容；例如，以「檢索功能」所找到的後設資料規格以及用「製作工具」所產生的後設資料規格皆在此區出現。

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功功功功能能能能區區區區

操作區操作區操作區操作區後設資料後設資料後設資料後設資料

規格區規格區規格區規格區

圖 3. 後設資料規格儲存庫操作介面

使用者可點選「全部規格」來瀏覽目前儲存庫中所有的規格。此外，使用者也可透過檢索功能，輸入關鍵字來找出儲存庫中包含該關鍵字的後設資料規格，

以下說明其使用方式。首先，點選功能區的「檢索功能」，在操作區會出現如圖 4 的操作介面，使用者可透過下拉式選單選擇「計畫名稱」、「項目名稱」、「英文名稱」、「資料型態」、「大小」或「DC-Element」項目，並輸入關鍵字來檢索包含該關鍵字的後設資料規格。圖 4 顯示欲搜尋「項目名稱」為「識別資料」的後設資料規格。當使用者按下「檢索」按鈕，此請求會送給網站伺服器處理。網站伺服器會將此請求轉換成 XQuery 的語法，交由 eXist 尋找相對應的 XML 文件，而呈現檢索結果，如圖 5 所示，於後設資料規格區。

圖 4. 後設資料規格檢索功能的操作介面

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圖 5. 後設資料規格檢索結果之一例

製作工具可製作新的後設資料規格或修改已存在於儲存庫的後設資料規格，其使用流程如圖 6 所示。使用者登入後，首先需選擇要製作新的或修改舊的規格。若要製作新的規格，使用者須輸入計畫名稱、層次名稱、根元素名稱等內容來產生新規格的初始內容。若要修改舊的後設資料規格，則須從儲存庫中取得舊的後設資料規格。接著，選取欲修改的元素，可以針對該元素增加子元素、修改內容、刪除。當使用者完成所有的更改後，可將規格存入儲存庫，以供後續之用。

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Y 登入

製作新規格或修改舊規格

從儲存庫取得舊規格

N

修改舊規格製作新規格

Y

N 產生初始內容

是否更改此規格內容

是否繼續更改選取欲修改的元素

更改內容

存入儲存庫

圖 6. 後設資料規格製作工具的使用流程

以我們的工具更改規格的內容時，使用者需點選「項目名稱」下各元素的超連結，來選取欲修改的元素。所選取的元素名稱前會出現「★」。以圖 7 的後設資料規格區內容為例，「★開放檢索」表示已選取了「開放檢索」。在所選取的元素下，會出現增加、修改、刪除三個按鈕，因而可對此元素增加子元素、修改內容或刪除。以下說明它們的操作方式。

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圖 7. 已選取「開放檢索」為欲修改的元素

1. 增加子元素。按下圖 7 中「★開放檢索」下面的「增加」按鈕後，在操作區會出現如圖 8 之表單，讓使用者輸入新元素的項目名稱等欄位的內容以產生新元素。完成後點選圖 8 左下角的「送出」按鈕後，會根據輸入的內容產生新的元素，並成為「開放檢索」的子元素，如圖 9 所示。

圖 8. 輸入新元素各欄位的內容

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圖 9. 增加子元素於「開放檢索」的結果

2. 修改元素內容。按下圖 7 中「★開放檢索」下面的「修改」按鈕後，在操作區將依據「開放檢索」各欄位的內容，產生相對應的表單，如圖 10 所示。

在修改「開放檢索」的內容之後。只要按下左下角的「修改」按鈕，即可儲存修改的內容。

圖 10. 修改「開放檢索」各欄位的內容

3. 刪除元素。按下「★開放檢索」下面的「刪除」按鈕後，會刪除「開放檢索」

的所有內容。圖 11 為刪除「開放檢索」後的結果，比圖 7 少了「開放檢索」

元素。若被刪除的元素具有子元素，則該元素及其子元素的所有內容會一併刪除。

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圖 11. 刪除圖 7 的「開放檢索」之結果

除了上述的功能之外，使用者可透過檢索功能找出儲存庫中特定的元素，並可將該元素加入。以圖 7 為例，在選取「開放檢索」後，另外使用操作區檢索「項目名稱」為「出處」的規格，結果如圖 12 所示。每個元素項目名稱右方會有一個「加入」的按鈕，使用者可按下「加入」按鈕將該元素加入「開放檢索」下，

成為其子元素。

圖 12. 檢索「項目名稱」為「出處」的結果

7. 從 XML 文件到 HTML 的轉換

正如圖 13 的文件，後設資料規格儲存庫中的 XML 規格文件不易閱讀。因此，於瀏覽器顯示時，須依據表 1 至表 3 將 XML 文件轉換成 HTML 格式的表格，

如圖 14 所示。不同之 XML 文件所對應的 HTML 格式亦不同；如何將各種不同的 XML 文件轉換成 HTML 格式，是轉換最困難的地方。經分析數個不同結構的

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XML 文件及其相對應表格的 HTML 後，我們發現了兩者之間的轉換規則。

<?xml version="1.0" encoding=“BIG5"?>

<品名英文名稱=“Title" 必填= "＊" 多值=" ">

<名稱英文名稱="Name" 資料型態=" Varchar" 大小="30" 屬性="下拉式選單"

提供者="填表者" DC-Element="Description"> </名稱>

<編號英文名稱="Number" 資料型態="Varchar" 大小="30"

提供者=" " DC-Element="Description"> </編號>

</品名>

圖 13. ㄧ個 XML 文件的內容

圖 14. 圖 13 的文件於瀏覽器呈現的表格形式

能顯示圖 14 的部份 HTML 請見圖 15。圖 15 的(1)及(2)兩部分，分別對應圖 14 中(1)、(2)的 HTML 內容。在產生圖 15 的(1)時，若項目名稱、英文名稱、必填及多值四個欄位下的內容要呈現元素間的樹狀結構，則這些欄位對應的<td>

標籤需設定其 colSpan 大小。而與資料型態、大小、屬性、提供者及 DC-Element 五個欄位相對應的的<td>標籤則不需設定其 colSpan 大小。由上可知 colSpan 大小等於 XML 文件的階層數。以圖 11 的 XML 文件為例，將「品名」所在的階層視為 1，若元素具有子元素則將階層加 1，從圖 11 可看出此 XML 文件之階層數為 2。因此，圖 15 的(1)中有四個<td>標籤需設定 colSpan 為 2。

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<tr>

…

</tr>

<tr>

<td rowSpan="2">Title</td>

<td>Varchar</td>

…

</tr>

</table>

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圖 15. 對應圖 14 表格的 HTML 部份內容

在產生圖 15 的(2)時，相對應於項目名稱、英文名稱、必填及多值四個欄位內容的<td>標籤，需設定其 rowSpan 大小，以呈現出元素間的樹狀結構。由此可知 rowSpan 大小等於其子元素個數。以圖 13 的 XML 文件為例，由於「品名」

具有兩個子元素，因此在「品名」的項目名稱、英文名稱等欄位下的<td>標籤下均需設定 rowSpan 大小為 2。

根據上述的轉換規則，我們以 JAXP[10]提供的 Document Object Model (DOM)套件(package) 撰寫程式來處理不同結構的 XML 文件，將其內容轉換成為 HTML 格式。DOM 是 W3C 所制定的一個標準，它可透過程式動態地存取或更新 XML 文件的內容，如增加、修改、移除元素的內容[13]。而 JAXP 提供套件讓應用程式能剖析與處理 XML 文件中的內容。

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8. 結論與未來發展

在數位典藏系統的建置過程中，後設資料規格的分析與規格書的製作，是很重要卻費時費力的。我們以 XML 格式儲存後設資料規格，並使用原生型 XML 資料庫儲存規格，實作出後設資料規格儲存庫，讓眾多典藏單位有一個集中的知識入口，透過網路分享各自的後設資料規格，快速地建立新的後設資料規格，減少製作後設資料規格書之時間與人力，而提升數位典藏系統的建置速度。

未來值得繼續探討的方向有：

1. 以 XForms[12]呈現 XML 文件。雖然 XML 文件可直接呈現於瀏覽器上，但不易閱讀。因此需轉換成 HTML 格式，才能完整地呈現。然而轉換成 HTML 的過程，需繁複的程式來處理。W3C 已提出 XForms 1.0 recommendation，

它可以容易的呈現 XML 文件，可降低呈現 XML 文件的繁複工作。

2. 後設資料規格建議機制。當後設資料規格儲存庫具大量的後設資料規格後，

可加入智慧分析之能力，分析後設資料規格中各元素應具有的屬性，提供使用者製作後設資料規格之建議。

3. 確保後設資料規格儲存庫效能。未來存入大量後設資料規格於後設資料規格儲存庫後，達到應付同時多個使用者的操作之需求。

4. 以 XML 為基礎之數位典藏系統。目前數位典藏系統大多是以關聯式資料庫為儲存實體。若將典藏資料儲存成 XML 文件，並以此架構發展系統，則可增加資料結構的彈性，降低系統維護成本。

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參考資料

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[2] M. Baca and P. Harpring, Categories for the Description of Works of Art (CDWA), http://www.getty.edu/research/conducting_research/standards/cdwa/

[3] R. Bourret, Native XML Databases in the Real World, XML 2005 Conference

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july96/07dempsey.html.

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2001

[12] T.V. Raman, XForms: XML Powered Web Forms, Addison-Wesley, Boston, MA, 2003.

[13] W3C, Document object model (DOM), http://www.w3.org/DOM/.

[14] W3C, Extensible Markup Language (XML) 1.0 (3rd ed.), http://www.w3.org/

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[15] W3C, XQuery 1.0: An XML query language, http://www.w3.org/TR/xquery/.

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library_notes/pdfs/HULN_1286.pdf.