張洪川 郭俊亮 侯 宇

銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州銅仁 554300

引言

增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)又被稱為AR，是將虛擬信息與真實場景結(jié)合，把虛擬物體、場景文字等與真實場景疊加，使用戶對真實世界有更強(qiáng)烈的感知，也稱為混合現(xiàn)實[1-3]，是在虛擬現(xiàn)實的基礎(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景中，以增強(qiáng)現(xiàn)實為技術(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的歷史脈絡(luò)、文化傳承，還可以使游客體驗更加豐富，增強(qiáng)旅游沉浸性。因此，基于增強(qiáng)現(xiàn)實的智能導(dǎo)覽系統(tǒng)研究具有重要的現(xiàn)實意義。

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)，實現(xiàn)用戶視野中實景與多媒體導(dǎo)覽信息智能融合，能夠提升旅游的體驗感，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)實的智能景區(qū)導(dǎo)覽系統(tǒng)特點

（一）虛實結(jié)合

虛實結(jié)合是把現(xiàn)實世界場景信息與虛擬世界場景信息進(jìn)行疊加，AR只是給真實環(huán)境提供信息的補充，并不是取代真實的環(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[4]。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，增加對景區(qū)信息和文化的理解與感知。

（二）實時交互

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。而交互方式有點選、旋轉(zhuǎn)、拖動、增強(qiáng)現(xiàn)實標(biāo)識物掃描、動畫播放、音頻播放、文字圖片現(xiàn)實等功能。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。在場景中運用智能手機(jī)在景區(qū)環(huán)境互動，不僅能在實景中游覽，還能和虛擬場景，增加體驗感。

（三）三維跟蹤注冊

跟蹤是系統(tǒng)在真實場景中根據(jù)目標(biāo)位置的變化，來實時獲取傳感器位姿 ，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)確定位到真實環(huán)境中的過程，是將計算機(jī)產(chǎn)生的虛擬物體在真實物體上進(jìn)行實時精準(zhǔn)的定位[5]。

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)實智能導(dǎo)覽系統(tǒng)為例，系統(tǒng)開發(fā)框架如圖1所示。

圖1 梵凈山智能導(dǎo)覽系統(tǒng)框架

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、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，交互方式有點選、旋轉(zhuǎn)、拖動、增強(qiáng)現(xiàn)實標(biāo)識物掃描、動畫播放、音頻播放、文字圖片現(xiàn)實等交互功能。

（二）系統(tǒng)設(shè)計實現(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Vuforia Configuration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。

圖2 梵凈山智能導(dǎo)覽系統(tǒng)設(shè)計流程

（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，為其設(shè)計了梵凈山智能導(dǎo)覽系統(tǒng)。如封底圖1所示。

圖1 梵凈山智能導(dǎo)覽系統(tǒng)（見正文第53頁）

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

在UGUI交互模塊，對呈現(xiàn)的虛擬物體和實景疊加時，通過添加互動組件，可以實現(xiàn)點擊、旋轉(zhuǎn)、縮放、移動的功能。通過添加滑塊可以實現(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時調(diào)整，疊加融合到真實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[6]。

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)點時，會根據(jù)相應(yīng)地點進(jìn)行播報，并提示注意事項與是否開啟增強(qiáng)現(xiàn)實體驗?zāi)Ｊ剑_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)實開發(fā)系統(tǒng)[7]，使游客滿足景點介紹等信息功能的需求，并實現(xiàn)互動體驗功能，增強(qiáng)娛樂性和體驗感。

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)實自動導(dǎo)覽系統(tǒng)總體框架，提出了使用3DMAX、Unity、Vuforia來實現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實導(dǎo)覽系統(tǒng)的開發(fā)，設(shè)計了移動終端增強(qiáng)現(xiàn)實自動導(dǎo)覽系統(tǒng)的總體設(shè)計，開發(fā)了智能導(dǎo)覽系統(tǒng)。實驗表明，該方法是開發(fā)移動增強(qiáng)現(xiàn)實導(dǎo)覽系統(tǒng)的最佳解決方案。

本導(dǎo)覽系統(tǒng)實現(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，能夠快速實現(xiàn)場景、視頻等增強(qiáng)現(xiàn)實技術(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和解讀文化景點。