基于MR技術(shù)的城市景區(qū)智慧旅游系統(tǒng)方案的應(yīng)用研究

黃筱佟，宮海曉，邸臻煒

（1梧州學(xué)院大數(shù)據(jù)與軟件工程學(xué)院 廣西 梧州 543002）

（2廣西高校圖像處理與智能信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣西 梧州 543002）

1 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的飛速發(fā)展和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)時(shí)代的來臨，互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)迅速實(shí)現(xiàn)了協(xié)同合作和快速融合，許多行業(yè)出現(xiàn)了創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)形式，逐漸走向信息化、智能化升級的產(chǎn)業(yè)發(fā)展道路。其中，旅游行業(yè)尤為顯著?，F(xiàn)在越來越多的旅游者選擇自由個性出行的旅游方式，結(jié)合移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，旅游行業(yè)服務(wù)發(fā)展趨向于個性化和智能化，智慧旅游的建設(shè)便是在這個時(shí)代背景下被提出的。在互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化技術(shù)環(huán)境下，虛擬現(xiàn)實(shí)MR技術(shù)目前在智慧旅游這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了較為廣泛的應(yīng)用，如在線上海世博會、數(shù)字故宮等都成為了數(shù)字化智慧旅游的典范。梧州是一座具有千年歷史的嶺南文化古城，其地理位置及歷史文化底蘊(yùn)的獨(dú)特性使得其擁有豐富的嶺南文化旅游資源。然而由于地理位置歷史原因，旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展并未被深度挖掘。因此，在互聯(lián)網(wǎng)+的大環(huán)境下，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，開發(fā)適合本市旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景的智慧旅游解決方案，推動本市旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。本課題將討論利用虛擬現(xiàn)實(shí)MR技術(shù)，基于梧州本地旅游資源與特色，開發(fā)適用于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的虛擬旅游產(chǎn)品應(yīng)用，提出有助于旅游產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化技術(shù)解決方案。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)與MR技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是20世紀(jì)末逐漸興起的一門綜合性技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、人機(jī)交互、顯示技術(shù)、人工智能等多個領(lǐng)域，交叉性非常強(qiáng)[1]。傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）指的是利用計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，通過提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，提供身臨其境的感覺[2]。伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、工智能等技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)日漸廣泛應(yīng)用在軍事、醫(yī)療、教育、娛樂等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)VR技術(shù)改變了傳統(tǒng)人與計(jì)算機(jī)之間被動單一的交互方式，用戶與系統(tǒng)的交互變得主動、多樣和自然化。但VR技術(shù)虛擬成像只能依賴屏幕、頭盔等媒介實(shí)現(xiàn)，與真實(shí)世界仍有明顯界限。

隨著圖像識別、移動互聯(lián)等技術(shù)的發(fā)展，發(fā)展出可以在現(xiàn)實(shí)世界成像基礎(chǔ)上疊加實(shí)現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，稱為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)也被稱之為混合現(xiàn)實(shí)。它通過電腦技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)地疊加到了同一個畫面或空間同時(shí)存在。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的3D新技術(shù)。它將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，再被人的感官所感知，從而使人們可以達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)[3]。由于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的場景部分由真實(shí)的環(huán)境構(gòu)成，強(qiáng)調(diào)虛實(shí)結(jié)合的呈現(xiàn)方式，因此沉浸感效果比純粹的VR技術(shù)更為真實(shí)。

混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)（MR）是虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)的升級，它結(jié)合了兩種技術(shù)的優(yōu)勢，能夠更好地將虛擬與真實(shí)場景結(jié)合的效果體現(xiàn)出來?；旌犀F(xiàn)實(shí)（MR）在一個能與現(xiàn)實(shí)世界各事物相互交互的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。如環(huán)境中的事物為虛擬即為虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）[4]。如展現(xiàn)出來的虛擬信息實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)事物上的簡單疊加即為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）?；旌犀F(xiàn)實(shí)強(qiáng)調(diào)完全將真實(shí)物體融入虛擬環(huán)境，不但允許用戶保持與真實(shí)世界的聯(lián)系，并能很好地和眼前的虛擬信息進(jìn)行互動。用戶可以選擇通過配置不同的專業(yè)輔助設(shè)備選擇與虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用進(jìn)行交互的方式，從而達(dá)到不同沉浸度的體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)“智能”效果[5]。虛擬現(xiàn)實(shí)MR技術(shù)的應(yīng)用將能為用戶提供更好的參與感與體驗(yàn)程度。這些技術(shù)的應(yīng)用將大大顛覆傳統(tǒng)旅游形式帶來的體驗(yàn)。

3 MR技術(shù)在本地特色旅游資源中的應(yīng)用探討

研究結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)VR、AR、MR技術(shù)特點(diǎn)，應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢，立足梧州市本地旅游景區(qū)的特點(diǎn)及需求出發(fā)，提出設(shè)計(jì)適合于本地旅游特色與文化底蘊(yùn)的虛擬現(xiàn)實(shí)MR技術(shù)旅游景區(qū)的應(yīng)用系統(tǒng)解決方案。研究利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，結(jié)合移動平臺設(shè)備，達(dá)到呈現(xiàn)智慧化旅游景區(qū)深層次文化信息的效果。

3.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

經(jīng)研究分析，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用平臺應(yīng)解決的功能包括：

（1）虛擬景區(qū)還原功能。該虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)框架首先需要實(shí)現(xiàn)景區(qū)虛擬場景的搭建，包括還原各色園區(qū)景觀建筑群、地形石山的創(chuàng)建以及自然植被、水體景觀的真實(shí)效果。

（2）場景渲染優(yōu)化效果。提高虛擬景區(qū)場景對象的沉浸感，從而獲得最佳的觀景體驗(yàn)，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)。虛擬漫游系統(tǒng)應(yīng)能對景區(qū)各類景觀進(jìn)行真實(shí)還原，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)模型展現(xiàn)及渲染的優(yōu)化。

（3）虛擬景區(qū)交互功能。設(shè)計(jì)友好的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)便捷的操作指引及功能切換效果，并添加個性化的特色效果功能，達(dá)到吸引游客，便于推廣的目的。

（4）MR應(yīng)用拓展功能。作為智慧旅游方案，除了采用傳統(tǒng)的VR技術(shù)展現(xiàn)虛擬景區(qū)及漫游的主要功能外，可以考慮采用AR技術(shù)，以新媒體形式，結(jié)合移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)輕便型應(yīng)用的開發(fā)。同時(shí)拓展周邊產(chǎn)品，結(jié)合宣傳資料及文創(chuàng)產(chǎn)品的開發(fā)，增加更多樣化的虛擬產(chǎn)品體驗(yàn)，有利于景區(qū)宣傳和推廣，擴(kuò)大影響力及促進(jìn)旅游產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。

3.2 系統(tǒng)研發(fā)總體架構(gòu)

本市城市景區(qū)智慧旅游系統(tǒng)方案的研發(fā)及總體實(shí)現(xiàn)分為以下幾個階段進(jìn)行：如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)開發(fā)模塊

（1）三維模型建立模塊：根據(jù)旅游景點(diǎn)調(diào)研的規(guī)劃布局?jǐn)?shù)據(jù)，采用三維場景重建技術(shù)還原場景模型，實(shí)現(xiàn)景區(qū)地形、建筑、景觀及自然環(huán)境的等比例建構(gòu)，并通過材質(zhì)、紋理及光照渲染的處理達(dá)到還原場景的效果。

（2）場景效果優(yōu)化模塊：通過建模軟件的模型及優(yōu)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)場景模型優(yōu)化處理；而系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化可通過三維引擎技術(shù)，在地形、光影效果、紋理效果、渲染器技術(shù)及運(yùn)行效果等方面進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到增強(qiáng)真實(shí)感效果，優(yōu)化顯示的目的。

（3）交互系統(tǒng)制作模塊：通過使用三維引擎軟件進(jìn)行交互代碼開發(fā)，實(shí)現(xiàn)虛擬旅游景區(qū)漫游功能及特效展示效果，完成本市旅游景點(diǎn)虛擬漫游交互系統(tǒng)開發(fā)。

（4）拓展產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊：采用三維引擎結(jié)合AR插件及混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)Hololens進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)拓展效果開發(fā)，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)效果拓展產(chǎn)品設(shè)計(jì)，能通過掃描資料圖片或文創(chuàng)產(chǎn)品圖片展現(xiàn)對應(yīng)的景點(diǎn)三維虛擬景區(qū)效果。

3.3 MR應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在本課題研究中，以梧州市蒼海湖公園景區(qū)為例，研究完成了虛擬現(xiàn)實(shí)漫游主平臺框架的開發(fā)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)字航拍技術(shù)結(jié)合3dsMax建模技術(shù)的旅游景區(qū)三維重構(gòu)，還原旅游景點(diǎn)景區(qū)的場景建設(shè)；對景點(diǎn)地形、建筑、景觀、植被等完成了數(shù)字可視化三維模型的制作；通過模型優(yōu)化技術(shù)、細(xì)節(jié)層次技術(shù)、著色器編程等技術(shù)運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行及顯示效果的優(yōu)化，達(dá)到優(yōu)化圖形渲染效果，增強(qiáng)畫面真實(shí)感的目的。同時(shí)利用Unity虛擬現(xiàn)實(shí)引擎工具實(shí)現(xiàn)了虛擬漫游、地圖導(dǎo)航、景觀介紹、多媒體展示、景觀動態(tài)、背景切換等虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互效果。實(shí)現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)旅游景點(diǎn)平臺交互功能的設(shè)計(jì)開發(fā)。

通過采用Unity+AR_Vuforia的解決方案，實(shí)現(xiàn)手機(jī)平臺增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)畫冊開發(fā)，拓展了虛擬現(xiàn)實(shí)在移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備端的應(yīng)用，為混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能畫冊的設(shè)計(jì)，以智能手機(jī)、平板電腦、智能眼鏡等便攜式終端設(shè)備為平臺，掃描設(shè)備及三維圖像識別跟蹤及三維注冊技術(shù)，將設(shè)備中的現(xiàn)實(shí)場景畫面與虛擬環(huán)境、場景、文字、聲音、動畫特效等相重疊，呈現(xiàn)出虛實(shí)相融的畫面效果。通過手勢互動，可以達(dá)到與虛擬場景實(shí)現(xiàn)交互的效果，初步實(shí)現(xiàn)混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用效果的開發(fā)。后期再進(jìn)一步通過混合現(xiàn)實(shí)體感交互設(shè)備的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的更新，達(dá)到虛實(shí)場景更完美融合，實(shí)現(xiàn)帶有真實(shí)沉浸感互動體驗(yàn)的目的。

4 結(jié)語

本課題通過對虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)以及混合技術(shù)的研究，立足本地智慧旅游建設(shè)課題，研究探討符合本地文化旅游特色的混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開發(fā)方案，并結(jié)合本地旅游資源完成了一系列虛擬現(xiàn)實(shí)景點(diǎn)漫游及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)宣傳畫冊等產(chǎn)品的開發(fā)?？偨Y(jié)虛擬現(xiàn)實(shí)MR技術(shù)與旅游項(xiàng)目融合應(yīng)用的成果，形成一套技術(shù)解決方案，對打造智慧旅游項(xiàng)目，進(jìn)一步推進(jìn)本地互聯(lián)網(wǎng)加智慧旅游建設(shè)的發(fā)展，有著重要的指導(dǎo)意義。