基于增強現實技術的景區智能導覽系統研究

張洪川 郭俊亮 侯 宇

銅仁職業技術學院，貴州銅仁 554300

引言

增強現實技術又被稱為AR，是將虛擬信息與真實場景結合，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烈的感知，也稱為混合現實[1-3]，是在虛擬現實的基礎上發展起來的新技術。此技術于20世紀60年代開始出現，發展至今，該技術的應用范圍得到進一步改進，可以應用在IPAD、智能手機等移動終端中，它已經真正融入生活的方方面面。近年來，隨著生活質量的提高，旅游已經成為人們節假日生活的重要休閑方式。而景區傳統的導覽方式主要是以導游講解為主，但是，專業從業人員講解的傳統形式已經難以滿足人們的需求。隨著大數據、數字化和移動技術的發展，智慧旅游將虛擬物體與旅游信息資源融合到實景中，以增強現實為技術核心，為旅游產業發展提供巨大助力。而設計智能景區的導覽系統，不僅可以使人們更好地了解旅游景點的歷史脈絡、文化傳承，還可以使游客體驗更加豐富，增強旅游沉浸性。因此，基于增強現實的智能導覽系統研究具有重要的現實意義。

本智能導覽系統結合貴州省銅仁市梵凈山景區真實情況，基于Unity3D引擎和Vuforia進行開發。使用本導覽系統，實現用戶視野中實景與多媒體導覽信息智能融合，能夠提升旅游的體驗感，對梵凈山景區數字化保護和展示有著重要的意義，從而提高游客對景區文化知識的認知與感悟。

一 基于增強現實的智能景區導覽系統特點

（一）虛實結合

虛實結合是把現實世界場景信息與虛擬世界場景信息進行疊加，AR只是給真實環境提供信息的補充，并不是取代真實的環境。如在景區導覽系統中疊加解說、三維模型等，進而將傳統的以靜態為主的旅游方式轉變為主動參與互動的模式[4]。在景區游覽過程中，通過AR技術能夠幫助游客獲得更加豐富的信息化、智能化、交互式體驗，增加對景區信息和文化的理解與感知。

（二）實時交互

在景區導覽中，通過AR系統提供的交互接口設備，可以實時地進行人機交互。使游客在旅游中獲得互動感，將AR技術應用到景區導覽系統中能夠獲得更多的信息。而交互方式有點選、旋轉、拖動、增強現實標識物掃描、動畫播放、音頻播放、文字圖片現實等功能。在信息獲取上具有很強的時效性，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在景區環境互動，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

跟蹤是系統在真實場景中根據目標位置的變化，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系，將虛擬場景渲染到真實環境中準確位置的過程。三維注冊定位，是虛擬場景準確定位到真實環境中的過程，是將計算機產生的虛擬物體在真實物體上進行實時精準的定位[5]。

二 智能景區導覽系統開發流程

（一）Vuforia簡介

Vuforia能夠與Unity3D很好地兼容并實現開發功能，它是高通公司推出的針對移動設備開發的工具包。Vuforia能夠很好實現對物體、圖片、標識物進行追蹤，也可以將3D模型疊加到真實場景中，疊加虛擬信息，增強交互性和趣味性，為游客提供定位和導航服務。

（二）系統框架設計

以梵凈山景區增強現實智能導覽系統為例，系統開發框架如圖1所示。

圖1 梵凈山智能導覽系統框架

三 智能景區導覽系統設計

（一）系統功能

景區功能包括為游客提供景區介紹的相關信息，場景管理、增強現實、動畫等資源管理、導航四個功能模塊。參觀過程中包括景區講解語音、圖片、模型、視頻動畫，交互方式有點選、旋轉、拖動、增強現實標識物掃描、動畫播放、音頻播放、文字圖片現實等交互功能。

（二）系統設計實現

導覽系統開發，首先需要到景區進行圖像采集，制作圖像識別數據庫，并對資源進行分類和管理。運用Vuforia進行開發時要先進行云環境設置，首先需要在Vuforia官網注冊開發者賬號，并獲得license key，接下來創建用于存放和管理標識物的，根據景區實際需求，從多個角度對標識物進行拍攝，然后上傳到數據庫安裝實際需要選擇識別圖。最后從高通平臺上下載數據庫，這樣識別庫就建立好了。

首先，在Unity3D中進行ARCamera啟用設置，完成基本環境的搭建。然后，進行Vuforia Configuration參數配置，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VR包導入所創建的Unity3D工程項目中。導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。

在系統的實現階段，主要是景區數據采集之后進行編輯，如景區相關的解說音頻和視頻，制作景區模型及動畫和特效制作。應用界面交互設計，此階段主要是應用Unity引擎中UGUI來創建按鈕、場景切換、具有交互性的游戲互動等功能。

整個開發過程中，最重要的是模型制作階段，3DMAX制作模型后，將模型進行材質貼圖后，導出FBX格式文件，如需模型制作好后，對相應的模型添加動畫，而對模型的旋轉、縮放等要通過編輯腳本，最后添加到模型上面，實現交互功能。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行初始化設置后以控制播放的時間和長度。

根據梵凈山智能導覽系統框架，依據實地調研過程和數據采集情況，研究智能導覽系統設計流程，如圖2所示。

圖2 梵凈山智能導覽系統設計流程

（三）系統總體設計

在調研的基礎上，針對梵凈山景區特點，為其設計了梵凈山智能導覽系統。如封底圖1所示。

圖1 梵凈山智能導覽系統（見正文第53頁）

在識別庫創建模塊，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跟蹤識別，實現增強現實的效果。

在UGUI交互模塊，對呈現的虛擬物體和實景疊加時，通過添加互動組件，可以實現點擊、旋轉、縮放、移動的功能。通過添加滑塊可以實現音樂、音效音量的調節。然后完成整個系統的測試。本系統開發完成后，對整個功能模塊進行測試，如通過手機掃描梵凈山蘑菇石，會出現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行觀看時可進行掃描后感知整個場景視角的變化，通過圖像識別、捕捉標識物對虛擬場景和信息實時調整，疊加融合到真實場景中戶外模式與室內模式的跟蹤匹配階段，都是在識別定位中獲得興趣目標的定位信息以及增強信息后，持續地進行興趣目標的跟蹤，并把對應的增強信息疊加在興趣目標的正確位置上[6]。

智能導覽模塊系統會根據游客手機所在位置進行變化，位置發生移動后，地圖位置隨之更新，游客到達重要旅游節點時，會根據相應地點進行播報，并提示注意事項與是否開啟增強現實體驗模式，開啟后游客可根據導游信息進行互動也可根據需要選擇規劃路線進行購物、休息等。

場景疊加模塊中，在現實場景中疊加視頻、動畫、音頻、文字、模型等虛擬信息。最后進行集成與發布預處理目標對象打包并導入到 Unity3D 移動增強現實開發系統[7]，使游客滿足景點介紹等信息功能的需求，并實現互動體驗功能，增強娛樂性和體驗感。

四 結語

為了研究梵凈山智能景區自動導覽系統，設計了增強現實自動導覽系統總體框架，提出了使用3DMAX、Unity、Vuforia來實現增強現實導覽系統的開發，設計了移動終端增強現實自動導覽系統的總體設計，開發了智能導覽系統。實驗表明，該方法是開發移動增強現實導覽系統的最佳解決方案。

本導覽系統實現了預期的功能，不僅可以為游客提供導覽信息，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，解決了標志物識別準確率較低、受光線、物體遮擋影響較大、容易跟蹤失敗等問題，能夠快速實現場景、視頻等增強現實技術的疊加效果。智能導覽的使用，更豐富了導覽信息，也讓游客能夠更好地體驗和解讀文化景點。