基于Cesium的虛擬旅游系統研究

吳 泳，黃天勇，聞 平

（1.河海大學 地球科學與工程學院，江蘇 南京 211100；2.中國電建集團昆明勘測設計 研究院有限公司，云南 昆明 650051）

旅游業是非常具有發展潛力的產業。2019年“五一”假日期間，國內旅游接待總人數達到1.95億人次，實現旅游收入1 176.7億元。龐大的旅游市場給管理者自身經營與管理帶來了很多問題，傳統滯后的系統已無法滿足旅游業的發展，旅游產業信息化、智能化迫在眉 睫[1]。國內外眾多學者對旅游業的信息化發展與應用進行了研究。一個成熟的旅游系統需通過互聯網、借助便攜的終端上網設備，實時發布景區信息，使游客主動感知目的地的旅游資源、旅游活動、景區情況等，從而合理安排出行計劃[2-3]。同時，綜合性的系統工程應涉及旅游行業的方方面面，其中的重中之重就是在基礎設施的源頭將服務作為核心看待，以信息數據的交互為主線，由此衍生設計的相關應用也應將游客的出行體驗放在首 位[4]。本文以云南省建水縣為例，利用傾斜測量、Ajax異步傳輸、數據庫等技術與景區進行實時數據交互，將數據以可視化的方式呈現在網頁端，從而構建了一個輕量便捷、功能齊全的虛擬旅游系統，以期通過新技術手段與多媒體交互的方式建設虛擬旅游目的地，恢復景區的歷史風貌，講述景區的文化和故事，將景區的文化之美、歷史之美、風景之美、生活之美、人文之美傳達給游客。

1 技術路線與數據準備

1.1 技術路線

隨著傾斜測量技術的發展，通過專門的軟件對無人機采集的影像數據和外業得到的像控點信息進行處理，即可在短時間內獲得目標區域的真三維模型[5]。這種利用傾斜測量技術得到的實景三維模型具有真紋理、真三維、清晰、直觀等特點，非常適合作為虛擬旅游的源數據，使游客足不出戶就可感知旅游目的地的全景風貌；但其展示需要專業軟件的支持，局限性較大。為了解決上述問題，本文選取Cesium作為系統的開發平臺。Cesium是一款基于Javascript編寫的開源三維GIS引擎，通過專門的軟件可將傾斜測量數據、BIM模型、矢量數據、點云數據等多源異構數據轉換為Cesium支持的3D Tiles格式，無需安裝任何插件即可在Web端進行集成展示與交互，同時支持手機、平板等移動端的瀏覽[6-7]。

本文利用B/S架構構建虛擬旅游系統，可實時獲取景區的天氣情況、客流量情況、停車場車位信息等，并以可視化的方式呈現給游客，輔助游客調整出行方式和游玩路線規劃，大大提高了游客的旅游質量和效率。系統的技術路線如圖1所示。

圖1 技術路線圖

1.2 數據準備

1.2.1 實景三維模型的生產與加工

傾斜測量技術是近年來發展十分迅速的一項高新技術，作業流程一般分為3個部分：①利用飛行器獲取足量影像數據，通常選擇無人機作業，有時也使用小型飛機，飛行器一般搭載一個垂直、4個傾斜的傳感器設備進行影像采集；②外業人員利用GPS-RTK進行像控點測量，獲得精確的像控點點位信息，像控點目標選擇的好壞以及指示點位的準確程度將直接影響成果的精度；③利用Smart3D軟件進行數據處理，得到目標區域的實景三維模型。

未經處理的模型一般存在較多問題，如區域內有很多懸浮物、部分遮擋地區產生空洞、水面不平整、地面上的地物發生扭曲、建筑物紋理模糊等，導致生產的實景三維模型表現效果不佳。利用武漢天際航公司開發的DP-Modeler軟件可對模型進行二次加工，對修改難度較大的建筑單體化建模，最終得到逼真、清晰、直觀的實景三維模型展示供游客欣賞，如圖2所示。

圖2 實景三維模型

1.2.2 景區數據的獲取

通過人工矢量化可得到景區的矢量數據，并賦予數據屬性信息；再利用ArcGIS Server進行發布，可在Cesium中加載展示，從而實現景區門票、地理位置、歷史特色等信息的查詢與展示功能。景區采用身份證或二維碼方式出、入園，可實時記錄總瀏覽人數、在園人數、出園人數等，方便景區合理安排現場管理人員維持秩序，游客妥善制定游玩計劃，錯峰出行。停車場等公共資源區域布設攝像頭，停車位登記車主信息，實時監控區域內情況，避免停車場擁擠無序而發生的潛在風險。

2 系統功能設計與實現

2.1 三維漫游

系統的三維漫游采用自主漫游和定點移動兩種方式。三維漫游功能旨在讓游客置身于實景三維模型之中，總覽整個景區的景色，同時結合文字介紹與導游音頻，從而豐富游客的游前體驗、激發游客的游玩熱情。

1）自主漫游功能主要針對大范圍區域設計，讓游客自主選擇移動視角和路線以達到虛擬旅游的目的。利用Cesium中封裝的scene.primitives.add方法在地圖中添加一個模型，并設置相機和模型的偏移參數；通過鍵盤監聽實現對模型移動的控制，同時更新數據并刷新模型位置。具體鍵盤監聽功能如表1所示。

表1 自主漫游鍵盤監聽功能

2）定點漫游功能主要針對重點地物瀏覽設計，如寺廟、塔、橋、雕塑等單一或少量經過精細修模的實景三維模型。定點漫游實際上是三維場景中一種非常普通的動畫效果，通過設置一個中心點，固定與目標點的距離與俯角，不斷地改變相機姿態，實現聚焦中心點環繞瀏覽。

2.2 景點信息展示

各景區簡介的可視化表達主要通過調用Cesium的相關方法來實現。Cesium提供的Entity方法可用于創建實體，在系統中被用于實現景點描述功能。利用PinBuilder方法生成自定義地圖圖釘，并作為畫布元素的實用程序類。Entity方法具有ID、Name、Availability、Show、Description、Position以及相關形狀選擇等很多屬性，其中Description屬性用于景點描述，Position屬性用于設置實體創建位置，相關形狀選擇Billboard并設置為PinBuilder，則可指定實體的具體呈現形式，如圖3所示。

圖3 景點信息展示

景區的詳細信息則通過矢量數據和Echarts插件來實現。將人工矢量化得到的數據進行拉伸處理，即可得到建筑物白模，再賦予其屬性信息，便可在Cesium中進行展示和查詢。Echarts提供了柱狀圖、折線圖、餅圖等多種表格樣式，從而實現數據的可視化，方便游客對旅游景區的掌握，如圖4所示。

圖4 景區詳細信息查詢

2.3 景區信息實時發布

1）景區的天氣預報系統通過天氣網提供的API接口實現，該接口成熟、穩定、更新及時，被國內很多門戶網站使用。調用該接口可獲取目標區域的天氣情況、紫外線強度、穿衣指數和風力風向等數據，游客則可依據實時更新的天氣情況對出行計劃進行調整，如圖5所示。

圖5 天氣預報系統

2）景區預警系統主要由景區的智能化出、入園系統支持。游客通過二維碼或身份證等方式出入園，景區可實時掌握在園人數、出園人數以及目前總瀏覽人數。接收到實時傳輸的數據后，前端通過Ajax技術動態更新頁面，并利用Cesium Heatmap.js插件以熱力圖的方式在網頁端進行表達，簡單直接地呈現各景點的擁擠情況。景區預警系統可使管理者合理分配資源，對各景點進行人力調整，妥善維持景區治安；同時可使游客更好地規劃游玩時間，錯峰出行，避免浪費等待時間，如圖6所示。

圖6 景區預警系統

3）停車場管理系統主要借助海康威視Web插件Web Components.exe實現。該插件是一個海康DVR監控在線觀看插件，僅支持B/S網頁開發，能在網頁上實現預覽、回放、云臺控制等功能。同時在Cesium中創建Entity-polygon多邊形面的實體，通過設置經緯度將其創建在地圖中具體的停車場位置上，設置其材質為實時監控視頻，即可將監控投影到相應的區域。該系統還可登記每個車位的使用情況和車主信息，并將數據實時傳輸，在前端呈現停車場車位的相關情況。停車場管理系統可減輕管理人員的管理壓力，使游客合理選擇適當的出行方式以及有目的地、快速地找到車位，如圖7所示。

圖7 停車場管理系統

3 結 語

隨著社會的快速發展，人們的物質文化生活也愈發豐富。旅游業作為支撐國民經濟的支柱性產業之一，具有廣闊的市場和巨大的發展潛力。在物聯網、云計算、人工智能等高新技術蓬勃發展的今天，如果各旅游景區能把握機遇，加快自身信息化、智能化發展的步伐，打造出具有自身特色的品牌服務，就能率先搶占市場、擴大客源、打響知名度。本文研究并設計了云南省建水縣的旅游系統，旨在充分利用現有資源，以數字化的形式將建水縣的風景名勝呈現在游客面前。該系統具有一定的實際應用價值，但功能尚不夠全面，還需后期持續更新完善。