基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的景區(qū)智能導(dǎo)覽系統(tǒng)研究

引言

 

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)又被稱為 AR，是將虛擬信息與真實(shí)場景結(jié)合，把虛擬物體、場景文字等與真實(shí)場景疊加，使用戶對真實(shí)世界有更強(qiáng)烈的感知，也稱為混合現(xiàn)實(shí)，是在虛擬現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)。此技術(shù)于 20 世紀(jì) 60 年代開始出現(xiàn)，發(fā)展至今，該技術(shù)的應(yīng)用范圍得到進(jìn)一步改進(jìn)，可以應(yīng)用在 IPAD、智能手機(jī)等移動終端中，它已經(jīng)真正融入生活的方方面面。近年來，隨著生活質(zhì)量的提高，旅游已經(jīng)成為人們節(jié)假日生活的重要休閑方式。而景區(qū)傳統(tǒng)的導(dǎo)覽方式主要是以導(dǎo)游講解為主，但是，專業(yè)從業(yè)人員講解的傳統(tǒng)形式已經(jīng)難以滿足人們的需求。隨著大數(shù)據(jù)、數(shù)字化和移動技術(shù)的發(fā)展，智慧旅游將虛擬物體與旅游信息資源融合到實(shí)景中，以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)為技術(shù)核心，為旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供巨大助力。而設(shè)計智能景區(qū)的導(dǎo)覽系統(tǒng)，不僅可以使人們更好地了解旅游景點(diǎn)的歷史脈絡(luò)、文化傳承，還可以使游客體驗(yàn)更加豐富，增強(qiáng)旅游沉浸性。因此，基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的智能導(dǎo)覽系統(tǒng)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

 

本智能導(dǎo)覽系統(tǒng)結(jié)合貴州省銅仁市梵凈山景區(qū)真實(shí)情況，基于 Unity3D 引擎和 Vuforia 進(jìn)行開發(fā)。使用本導(dǎo)覽系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用戶視野中實(shí)景與多媒體導(dǎo)覽信息智能融合，能夠提升旅游的體驗(yàn)感，對梵凈山景區(qū)數(shù)字化保護(hù)和展示有著重要的意義，從而提高游客對景區(qū)文化知識的認(rèn)知與感悟。

 

一 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的智能景區(qū)導(dǎo)覽系統(tǒng)特點(diǎn)

 

（一）虛實(shí)結(jié)合

 

虛實(shí)結(jié)合是把現(xiàn)實(shí)世界場景信息與虛擬世界場景信息進(jìn)行疊加，AR 只是給真實(shí)環(huán)境提供信息的補(bǔ)充，并不是取代真實(shí)的環(huán)境。如在景區(qū)導(dǎo)覽系統(tǒng)中疊加解說、三維模型等，進(jìn)而將傳統(tǒng)的以靜態(tài)為主的旅游方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訁⑴c互動的模式。在景區(qū)游覽過程中，通過 AR 技術(shù)能夠幫助游客獲得更加豐富的信息化、智能化、交互式體驗(yàn)，增加對景區(qū)信息和文化的理解與感知。

 

（二）實(shí)時交互

 

在景區(qū)導(dǎo)覽中，通過 AR 系統(tǒng)提供的交互接口設(shè)備，可以實(shí)時地進(jìn)行人機(jī)交互。使游客在旅游中獲得互動感，將 AR 技術(shù)應(yīng)用到景區(qū)導(dǎo)覽系統(tǒng)中能夠獲得更多的信息。而交互方式有點(diǎn)選、旋轉(zhuǎn)、拖動、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)標(biāo)識物掃描、動畫播放、音頻播放、文字圖片現(xiàn)實(shí)等功能。在信息獲取上具有很強(qiáng)的時效性，能夠使游客主動選擇信息，而不是被動接收信息。在場景中運(yùn)用智能手機(jī)在景區(qū)環(huán)境互動，不僅能在實(shí)景中游覽，還能和虛擬場景，增加體驗(yàn)感。

 

（三）三維跟蹤注冊

 

跟蹤是系統(tǒng)在真實(shí)場景中根據(jù)目標(biāo)位置的變化，來實(shí)時獲取傳感器位姿 ，并按照使用者視角重新建立空間坐標(biāo)系，將虛擬場景渲染到真實(shí)環(huán)境中準(zhǔn)確位置的過程。三維注冊定位，是虛擬場景準(zhǔn)確定位到真實(shí)環(huán)境中的過程，是將計算機(jī)產(chǎn)生的虛擬物體在真實(shí)物體上進(jìn)行實(shí)時精準(zhǔn)的定位。

 

二 智能景區(qū)導(dǎo)覽系統(tǒng)開發(fā)流程

 

（一）Vuforia簡介

 

Vuforia 能夠與 Unity3D 很好地兼容并實(shí)現(xiàn)開發(fā)功能，它是高通公司推出的針對移動設(shè)備開發(fā)的工具包。Vuforia 能夠很好實(shí)現(xiàn)對物體、圖片、標(biāo)識物進(jìn)行追蹤，也可以將 3D 模型疊加到真實(shí)場景中，疊加虛擬信息，增強(qiáng)交互性和趣味性，為游客提供定位和導(dǎo)航服務(wù)。

 

（二）系統(tǒng)框架設(shè)計

 

以梵凈山景區(qū)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)智能導(dǎo)覽系統(tǒng)為例，系統(tǒng)開發(fā)框架如圖 1 所示。

 

三 智能景區(qū)導(dǎo)覽系統(tǒng)設(shè)計

 

（一）系統(tǒng)功能

 

景區(qū)功能包括為游客提供景區(qū)介紹的相關(guān)信息，場景管理、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、動畫等資源管理、導(dǎo)航四個功能模塊。參觀過程中包括景區(qū)講解語音、圖片、模型、視頻動畫，交互方式有點(diǎn)選、旋轉(zhuǎn)、拖動、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)標(biāo)識物掃描、動畫播放、音頻播放、文字圖片現(xiàn)實(shí)等交互功能。

 

（二）系統(tǒng)設(shè)計實(shí)現(xiàn)

 

導(dǎo)覽系統(tǒng)開發(fā)，首先需要到景區(qū)進(jìn)行圖像采集，制作圖像識別數(shù)據(jù)庫，并對資源進(jìn)行分類和管理。運(yùn)用 Vuforia 進(jìn)行開發(fā)時要先進(jìn)行云環(huán)境設(shè)置，首先需要在 Vuforia 官網(wǎng)注冊開發(fā)者賬號，并獲得license key，接下來創(chuàng)建用于存放和管理標(biāo)識物的，根據(jù)景區(qū)實(shí)際需求，從多個角度對標(biāo)識物進(jìn)行拍攝，然后上傳到數(shù)據(jù)庫安裝實(shí)際需要選擇識別圖。最后從高通平臺上下載數(shù)據(jù)庫，這樣識別庫就建立好了。

 

首先，在 Unity3D 中進(jìn)行 ARCamera 啟用設(shè)置，完成基本環(huán)境的搭建。然后，進(jìn)行 VuforiaConfiguration參數(shù)配置，將 Key 與識別庫配置完成，接著完成配置識別組件和模型的綁定。與移動開發(fā) VR 包導(dǎo)入所創(chuàng)建的 Unity3D 工程項(xiàng)目中。導(dǎo)入成功后在工程目錄 Assets 目錄下就會有 Vuforia 文件中包含的圖片、音頻等所有文件。

 

在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)階段，主要是景區(qū)數(shù)據(jù)采集之后進(jìn)行編輯，如景區(qū)相關(guān)的解說音頻和視頻，制作景區(qū)模型及動畫和特效制作。應(yīng)用界面交互設(shè)計，此階段主要是應(yīng)用 Unity 引擎中 UGUI 來創(chuàng)建按鈕、場景切換、具有交互性的游戲互動等功能。

 

整個開發(fā)過程中，最重要的是模型制作階段，3DMAX 制作模型后，將模型進(jìn)行材質(zhì)貼圖后，導(dǎo)出FBX 格式文件，如需模型制作好后，對相應(yīng)的模型添加動畫，而對模型的旋轉(zhuǎn)、縮放等要通過編輯腳本，最后添加到模型上面，實(shí)現(xiàn)交互功能。在場景中添加視頻和音頻是用 Unity3D 的 Vidio playe 和 Audio Source 組件，通過添加組件后對其進(jìn)行初始化設(shè)置后以控制播放的時間和長度。

 

根據(jù)梵凈山智能導(dǎo)覽系統(tǒng)框架，依據(jù)實(shí)地調(diào)研過程和數(shù)據(jù)采集情況，研究智能導(dǎo)覽系統(tǒng)設(shè)計流程，如圖 2 所示。

 

 

（三）系統(tǒng)總體設(shè)計

 

在調(diào)研的基礎(chǔ)上，針對梵凈山景區(qū)特點(diǎn)，為其設(shè)計了梵凈山智能導(dǎo)覽系統(tǒng)。

 

在識別庫創(chuàng)建模塊，多角度采集景點(diǎn)圖像，上傳識別庫，生成 UnityPackage 資源包。游客對于比較感興趣的景點(diǎn)可以用手機(jī)跟蹤識別，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的效果。

 

在 UGUI 交互模塊，對呈現(xiàn)的虛擬物體和實(shí)景疊加時，通過添加互動組件，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊、旋轉(zhuǎn)、縮放、移動的功能。通過添加滑塊可以實(shí)現(xiàn)音樂、音效音量的調(diào)節(jié)。然后完成整個系統(tǒng)的測試。本系統(tǒng)開發(fā)完成后，對整個功能模塊進(jìn)行測試，如通過手機(jī)掃描梵凈山蘑菇石，會出現(xiàn)音頻對梵凈山的介紹和文字的講解。

 

在跟蹤識別模塊，游客對有興趣景點(diǎn)進(jìn)行觀看時可進(jìn)行掃描后感知整個場景視角的變化，通過圖像識別、捕捉標(biāo)識物對虛擬場景和信息實(shí)時調(diào)整，疊加融合到真實(shí)場景中戶外模式與室內(nèi)模式的跟蹤匹配階段，都是在識別定位中獲得興趣目標(biāo)的定位信息以及增強(qiáng)信息后，持續(xù)地進(jìn)行興趣目標(biāo)的跟蹤，并把對應(yīng)的增強(qiáng)信息疊加在興趣目標(biāo)的正確位置上。

 

智能導(dǎo)覽模塊系統(tǒng)會根據(jù)游客手機(jī)所在位置進(jìn)行變化，位置發(fā)生移動后，地圖位置隨之更新，游客到達(dá)重要旅游節(jié)點(diǎn)時，會根據(jù)相應(yīng)地點(diǎn)進(jìn)行播報，并提示注意事項(xiàng)與是否開啟增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)?zāi)Ｊ?，開啟后游客可根據(jù)導(dǎo)游信息進(jìn)行互動也可根據(jù)需要選擇規(guī)劃路線進(jìn)行購物、休息等。

 

場景疊加模塊中，在現(xiàn)實(shí)場景中疊加視頻、動畫、音頻、文字、模型等虛擬信息。最后進(jìn)行集成與發(fā)布預(yù)處理目標(biāo)對象打包并導(dǎo)入到 Unity3D 移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開發(fā)系統(tǒng)，使游客滿足景點(diǎn)介紹等信息功能的需求，并實(shí)現(xiàn)互動體驗(yàn)功能，增強(qiáng)娛樂性和體驗(yàn)感。

 

四 結(jié)語

 

為了研究梵凈山智能景區(qū)自動導(dǎo)覽系統(tǒng)，設(shè)計了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)自動導(dǎo)覽系統(tǒng)總體框架，提出了使用3DMAX、Unity、Vuforia 來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)導(dǎo)覽系統(tǒng)的開發(fā)，設(shè)計了移動終端增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)自動導(dǎo)覽系統(tǒng)的總體設(shè)計，開發(fā)了智能導(dǎo)覽系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明，該方法是開發(fā)移動增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)導(dǎo)覽系統(tǒng)的最佳解決方案。

 

本導(dǎo)覽系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能，不僅可以為游客提供導(dǎo)覽信息，顯示多模式的虛實(shí)疊加功能如三維模型、動畫、視頻、文字等，為參觀者帶來了豐富的交互性體驗(yàn)如虛擬按鈕、縮放、漫游等，解決了標(biāo)志物識別準(zhǔn)確率較低、受光線、物體遮擋影響較大、容易跟蹤失敗等問題，能夠快速實(shí)現(xiàn)場景、視頻等增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的疊加效果。智能導(dǎo)覽的使用，更豐富了導(dǎo)覽信息，也讓游客能夠更好地體驗(yàn)和解讀文化景點(diǎn)。