增強現實技術在紙質地圖中的應用

□　鄧秋月（山西省地圖集編纂委員會辦公室，山西太原030002）

增強現實技術在紙質地圖中的應用

□鄧秋月
（山西省地圖集編纂委員會辦公室，山西太原030002）

本文介紹了利用增強現實技術對紙質地圖進行開發的建設目標，并結合《山西省旅游圖》，詳細闡述了開發工作的內容設計、功能設計以及系統總體架構和技術實現等內容。

紙質地圖；增強現實技術；建設目標；技術實現

0.引言

傳統紙質地圖作為地理信息的模擬載體，以輕便易攜帶、幅面完整、無需外設等優點，在經濟建設、國防建設、科研教育和百姓生活等各領域得到持續廣泛應用。隨著電子地圖的應用發展，尤其是以百度地圖、GOOGLEMAP等網絡地圖的異軍突起，紙質地圖的劣勢凸顯：受版面限制，圖面信息量不夠豐富；地圖呈現形式單一，缺乏生動性；資訊單向，缺乏交互性；數據更新周期長，現勢性差等。增強現實技術(AR)是在虛擬現實技術基礎上發展起來的一種新興計算機應用和人機交互技術，它借助計算機和可視化技術將虛擬的信息應用到真實世界。采用增強現實技術、地理信息技術、多媒體等多種技術對紙質地圖進行開發，設計出紙質地圖與計算機、手機、網絡的互通功能，在克服紙質地圖不足的同時，實現了地圖全新的數字化體驗，并引領紙質地圖走向與各種媒介相結合的“全介質”領域。

1.建設目標

1.1功能目標

●編制山西省旅游地圖。

●實現紙質地圖與手機、網絡的互通功能。

●實現紙質地圖與實景信息、多媒體信息、地理信息的有機結合。

1.2技術目標

將增強現實技術、地理信息技術、多媒體技術等多種技術應用于一身，實現了紙質地圖與手機、網絡等的互通，豐富了紙質地圖應用功能，拓展了紙質地圖應用領域。

2.數據要求

數據要求如下表：

類型內容要求紙質地圖相關編制紙質地圖需要的相關數據，或是利用現有的紙質地圖能夠被攝像頭識別，并保證高識別率實景數據文字對興趣點進行文字介紹圖片Jpg、bmp、png格式　對興趣點進行展示音頻Mp3格式　對興趣點進行介紹視頻Mp4、avi等視頻格式　對興趣點進行展示三維模型3dsmax等格式,對建筑物進行360°全方位展示

3.內容設計

紙質地圖包含如下內容（見圖1）：

●二維碼下載增強現實程序

圖1　紙質地圖

通過手機或平板掃描二維碼下載增強現實程序。

●網址下載增強現實程序

在手機或平板中輸入增強現實程序的下載網址，來下載程序。

●增強現實程序使用幫助

●紙質地圖本身的內容

4.功能設計

系統具備實景模式和電子地圖兩種功能模式,具體功能如下：

4.1實景模式（見圖2）

圖2　實景模式

●電子標簽

本系統在啟動實景模式后拍攝旅游地圖某頁面，能夠呈現該頁面重點區域的電子標簽。

●虛擬按鈕

標簽的下拉框中還加載了虛擬按鈕：“在地圖中查看”“載入圖片”“載入模型”“載入視頻”“載入文字”等，點擊按鈕進行相應的操作。

●多媒體圖片

點擊“載入圖片”，加載該興趣點對應的圖片信息。

圖3　電子地圖模式

●多媒體視頻

點擊“載入視頻”，加載該興趣點對應的視頻信息。

●注解文字

點擊電子標簽展現文字介紹、虛擬按鈕等信息。

●三維場景

點擊“載入模型”，可以加載相應位置的三維模型或是場景。

4.2電子地圖模式（見圖3）

●初始化定位模塊

打開電子地圖后，經掃描紙質地圖，自動定位至紙圖范圍內，并用框線高亮標顯示出該范圍。

●基本操作模塊

縮放（右下角有縮放控件）、平移、俯仰、旋轉、雙擊放大等基本操作功能。

●地圖分類模塊

將地圖底圖分為矢量圖、衛星圖及交通流量三種。

a.選擇展示地圖的圖層為矢量圖或衛星圖。

b.在矢量圖或衛星圖上可以疊加交通流量圖，在地圖中顯示實時交通路況。

●poi搜索模塊

a.搜索圖集當前頁面范圍（即高亮顯示區域）內的手機屏幕顯示區域的poi興趣點，隨著地圖的平移、縮放，poi顯示結果不斷變化。

b.可以分類進行搜索，如餐飲、娛樂、景點、酒店、購物等。

c.搜索完成后，地圖頁面標示出搜索結果。單擊poi搜索結果的某一點，顯示該點信息，且地圖平移至該點，地圖以該點為中心。

d.搜索結果也以列表形式展現，點擊列表中的某一項，直接定位到該點，地圖以該點為中心，標注圖標，單擊圖標彈出窗口，顯示該點詳細信息。

e.點擊某些關鍵詞查詢后的結果（如“餐廳”）可跳轉到Place詳情頁。

f.輸入搜索關鍵詞，會根據模糊的不完整的關鍵詞返回精確的建議搜索詞。

●路徑規劃

輸入起點與終點后，分別有公交、駕車和步行三種線路規劃搜索。

5.總體架構（見圖4）

圖4　系統框架圖

系統的構架可分為：網絡層、數據層、應用支持層、功能層和應用層。應用層由旅游地圖等專題、普通地圖組成，本系統針對旅游地圖開發增強現實功能：主要功能有增強現實、圖層控制、數據瀏覽、空間量算等，所有的應用都構建在Unitiy3D和增強現實開發包Vuforia之上，并通過ADO來訪問網絡端的數據。數據包含空間數據、多媒體數據和瓦片數據，空間數據用來返回空間查詢的結果并進行定位，多媒體數據則對地圖中的地物進行屬性描述，而瓦片數據則是對行政區劃圖進行逐級切片，作為攝像頭的識別源來實現增強現實功能。

6.軟件技術實現（見圖5）

6.1技術路線

圖5　技術路線

本系統是一個涉及Unity3D平臺和Android操作系統的跨平臺綜合解決方案，采用Qualcomm Vuforia SDK和百度Map API軟件開發包，搭建一款針對Android智能手機的紙質地圖增強現實交互軟件。

本系統跨平臺的解決方案充分利用了Unity3D和Android系統兩者的優點：

●Unity3D可視化編程界面支持大部分3D模型、骨骼動畫直接導入，可以輕松創建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實時三維動畫等類型互動內容。

●Unity3D能夠進行高效的腳本編輯，支持Qualcomm Vuforia組件，支持Java Script、C#、Boo腳本語言。能夠導出Eclipse工程文件，進行Android平臺下的開發。

●Android根據本系統的需求，方便靈活地定制增強現實應用程序，構建合理的移動端解決方案。

●Android支持百度地圖API，能夠進行電子地圖的一系列操作。

6.2系統建設

系統建設步驟如下：

●運用3DSmax軟件建設興趣點三維模型，導入Unity3D平臺，建設增強現實三維場景。

●將Qualcomm Vuforia SDK導入Unity3D平臺，構建增強現實跟蹤、識別、渲染功能入口。

●采用C#語言進行動作腳本編輯，本系統運行時涉及Unity3D平臺與Android系統的通信，開發設計中引入Unity3D的消息機制，采用消息函數UnitySendMessage實現通信。

●以上工作完成后，即可從Unity3D平臺導出Eclipse工程文件，導入Eclipse軟件中設置工程類型為Libary，并生成類庫.jar文件。

●在Eclipse軟件中建設Android應用程序工程，引入上一步驟生成的鏈接庫，導入baidumap.jar和AndroidSDK，并根據功能設計開發應用程序。此處要建立與Unity3D通信的接口函數，以實現交互功能。

●完成以上工作后即可發布應用程序，安裝在手機終端進行測試應用。

7.結束語

采用增強現實技術實現紙質地圖的二次應用，增加了紙質地圖可互動的數字內容，構建了網絡化傳輸途徑，實現了紙質地圖與數字地圖及地理信息系統的有機融合。該技術可廣泛應用于各類紙質出版物，豐富各類信息的展示與傳輸模式。

【1】張茂軍.虛擬現實系統[M].北京：科學出版社，2002.

【2】石教英.虛擬現實基礎及實用算法[M].北京：科學出版社，2002.

P285

B

2095-7319（2015）06-0056-04

鄧秋月(1970-)，女,山西太原人,工程師,現在山西省地圖集編纂委員會辦公室工作,主要從事GIS系統研發及地圖成果編制。