基于三維激光和AR技術的智慧旅游微縮模型場景設計

陳兆倩 王洪雁

摘? 要： 針對傳統的智慧旅游微縮模型場景設計方法中微縮場景設計精度低的問題，提出一種基于三維激光和AR技術的智慧旅游微縮模型場景設計方法。利用三維激光掃描技術獲得旅游場景的三維點云數據，使用統計量描述場景特征，根據場景特征采用目標作用距離計算方法計算微縮模型場景距離。在此基礎上，采用分層制作的方法，將旅游場景分為多個模塊與子場景，結合得到的模型場景距離，得出智慧旅游微縮模型場景。實驗對比結果表明，此次提出的基于三維激光和AR技術的智慧旅游微縮模型場景設計方法比傳統的方法微縮場景設計精度高，實際應用意義更強。

關鍵詞： 微縮模型; 場景設計; 三維激光; AR技術; 場景距離計算; 場景構建; 智慧旅游

中圖分類號： TN249?34; TP311? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2020）10?0163?03

Smart tourism miniature model scene design based on 3D laser and AR technology

CHEN Zhaoqian1， WANG Hongyan2

（1. Wuxi Taihu University， Wuxi 214064， China; 2. College of Information Engineering， Dalian University， Dalian 116622， China）

Abstract： A method of smart tourism miniature model scene design based on 3D laser and AR technology is proposed to improve the precision of miniature scene in the traditional smart tourism miniature model scene design method. The 3D point cloud data of tourism scenes are obtained by means of 3D laser scanning technology， the scene features are described with statistic， and the scene distances of miniature model are calculated by means of the target operating distance calculation method according to the scene features. On this basis， the tourism scene is divided into several modules and sub?scene by means of the method of hierarchical production， and the smart tourism miniature model scene is obtained by combining the obtained model scene distance. The experimental results show that the proposed method of smart tourism miniature model scene design based on 3D laser and AR technology has higher precision in the miniature scene design than that of the traditional method， which has stronger practical application.

Keywords： miniature model; scene design; 3D laser; AR technology; scene distance calculation; scene construction; smart tourism

0? 引? 言

交通快速發展以及人民生活水平提高，為旅游業發展提供了更廣闊的發展空間。同時，計算機與網絡計算機技術的發展，旅游業與信息技術的結合為其發展提供了新的契機。與傳統旅行業相比，智慧旅游能夠為游客提供更加豐富的服務信息，用戶獲取信息更加便捷。但是，智慧旅游微縮模型場景創建上，出現場景設計精度低的問題，針對目前存在問題，提出一種三維激光和AR技術應用到智慧旅游微縮模型場景設計方法。微縮模型場景是指現實中已存在，或已有過描述的場景按照一定比例等比縮小制作出來，給游客一種不同的視覺感受。微縮模型場景有助于游客全面、整體地觀察景區，并且具有一定的裝飾性。

此次基于三維激光和AR技術的智慧旅游微縮模型場景設計方法從微縮模型場景距離計算和微縮模型場景構建兩方面完成智慧旅游微縮模型場景的設計。實驗對比結果表明，此次設計的基于三維激光和AR技術的智慧旅游微縮模型場景設計方法比傳統方法的微縮場景設計精度高，具有一定的實際應用意義。

1? 微縮模型場景距離計算

為使微縮模型場景展現更加準確、直觀，對微縮模型場景距離計算。在對微縮模型場景距離計算之前，利用三維激掃描技術獲取旅游場景三維點云數據[1]，分析旅游場景結構特征，繪制大致草圖，確定建筑模型的規模大小、色彩[2]以及綠化等要素，減少場景面數。導入旅游文件，統一文件單位[3]，保證場景后期拼合的無縫隙銜接。同時，在每個模型、貼圖上設置有序的英文名稱，防止后期修改時出現錯誤。

由于景區建模數據量較大，旅游場景中任何目標大小不同，首先使用統計量描述場景特征[4]，場景特征計算原理如圖1所示。

據上述場景特征計算原理，采用描述特征方法計算特征維度，以降低場景特征維度，計算公式為：

[hnik=cazη]? ?（1）

式中：[hnik]為旅游場景基本參數;[caz]為統計量計算因子;[η]為場景數據特征。

據上述計算降低場景特征維度，加快網絡訓練速度[5]，在此基礎上，將坐標點加載到三維場景中，確定各場景距離。采用實際場景點目標作用距離計算方法，計算微縮模型場景下的目標作用距離為：

[R=ΔT0NDg·DXFd·?β] （2）

式中：[NDg]為目標觀察方向的正交界面內投影面積;[DXFd]為目標與背景溫差[6];[?β]為目標與成像距離;[ΔT0]為水平瞬時現場。

通過上述計算得到的坐標，確定實際場景與模型場景的平面位置，將載入的場景位置進行加載和解析[7]，將相關位置信息存儲到相應數組中，得到微縮模型中各個場景之間的距離，為實際的智慧旅游微縮模型場景設計中提供依據。

2? 微縮模型場景構建

根據上述得到的微縮模型場景距離[8]，構建智慧旅游微縮模型場景，由于制作過程中占用計算機過多資源，采用分層制作[9]方法，根據旅游地貌和基礎設施等不同模塊，建立多個子場景[10]，將子場景合并，形成最后的智慧旅游微縮模型場景。設計框架如圖2所示。

首先對旅游地圖矢量化[11]處理，具體過程為：

1） 建立地圖模板[12]

將地圖掃描成位圖文件[13]，采用FLASH導入功能，將位圖導入到FLASH中，將其放置在單獨圖層中，根據地圖實際大小調整尺寸。

2） 繪制矢量地圖

新建圖層作為矢量地圖圖層，以模板地圖為依據，將模板中的建筑物、道路、湖泊等文字做矢量化處理，以相應顏色對應，最后將整個模板圖層刪除。

3） 完善矢量地圖

對矢量地圖進行修改和潤色。獲得矢量圖后，構建智慧旅游微縮模型場景，場景交互結構如圖3所示。

在上述旅游地圖矢量處理完成的基礎上，構建智慧旅游微縮模型場景，具體的構建過程如下：

1） 創建三維點，將對象的點x，y，z坐標代入引擎公式

[B=vse·X·Y·Z]

中，[vse]為場景對象函數點。通過上述公式獲得函數點，將各個點存入點數組中。

2） 創建面片，將上述坐標代入

[B=fsX·Y·Z]

中，判斷[fs]位置，根據不同位置需要，設置不同位置參數，得到三維點，將三維點按照順時針順序連接，以此存儲到面數組中。

3） 利用貼圖坐標點信息，創建坐標點數組，各個面上3個點對應3個坐標點。

4） 按照對象參數，設置材質類型等屬性，完成智慧旅游微縮模型場景構建。

將所有場景文件收集打包，運行該文件，對各個功能測試，修改不完善的地方。以此完成基于三維激光和AR技術的智慧旅游微縮模型場景的構建，根據該模型實現微縮模型場景的設計。

3? 實驗對比

為證明基于三維激光和AR技術的智慧旅游微縮模型場景設計方法的有效性，以某地智慧旅游地所提供的數據為基礎，選取其中某一處旅游場景作為實驗基礎數據。為使實驗結果更加具有說明性，將傳統方法與此次的基于三維激光和AR技術的智慧旅游微縮模型場景設計方法進行對比。

在實驗過程中，從某地旅游數據中選取一張旅游場景圖片[x]，將該圖片縮放到大小為[qn×ln]，使其最小邊等于256，將該圖片隨機裁剪為[256×256]大小的塊，用[xt]表示。然后在[xt]和它的水平變換中抽取5個[256×256]的圖片塊，得到10個圖片塊。

根據上述計算給出的圖片作為實驗數據，分別使用兩種方法繪制該旅游場景的網格線。

在實際的場景創建中，存在一些看不見的物體，會直接影響微縮模型場景設計的精度。為保證旅游微縮模型場景設計方法設計的場景還原度高，對比傳統場景設計方法和本文的微縮模型場景設計方法的設計精度。實驗對比結果如表1所示。

分析表1可知，本文的微縮模型場景設計方法網格線少，基本保持在50條以下，反應旅游場景結構;而傳統方法設計出的建筑結構網格線較多，基本在50條網格線以上，結構不明顯，會直接影響微縮模型場景的實際設計效果。基于該對比結果，將兩種方法的設計精度進行對比分析，結果如圖4所示。

分析圖4可知，本文微縮模型場景設計方法在網格線數量為20條時，精度達到80%左右，并且隨著網格線數量增加，精度仍然能夠保持在80%左右，受網格線數量影響較小;而傳統微縮模型設計方法在網格線數量為20條時，精度為60%左右，隨著網格線數量的增加，呈逐漸下降趨勢，說明傳統方法受網格線數量影響較大，導致設計精度較低。

4? 結? 語

針對傳統的智慧旅游微縮模型場景設計方法場景分類準確率低和設計精度低的情況，提出基于三維激光和AR技術的智慧旅游微縮模型場景設計方法。利用三維激光掃描技術獲取旅游場景三維點云數據，根據該數據計算微縮模型場景距離，在此基礎上，構建微縮模型場景，實現智慧旅游微縮模型場景的設計。實驗對比結果表明，此次提出的基于三維激光和AR技術的智慧旅游微縮模型場景設計方法比傳統方法設計精度更高。

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