基于Virtools的武當山虛擬旅游系統分析

王瑜

摘要：武當山虛擬旅游系統利用Virtools平臺進行設計與開發，結合了計算機虛擬現實技術、三維模型技術，GIS技術和Internet技術，在分析其主要功能模塊組成的基礎上，對系統構建中的存在關鍵問題進行了探討。該系統可實現虛擬旅游景區導航、信息查詢、食宿預訂和網上商城等功能，且真實感強、交互性好，具有較好的仿真效果。

關鍵詞：virtools；VR旅游；虛擬現實；系統分析

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0114-02

Abstract：The virtual tourism system of Wudang Mountains based on Virtools platform design and development， combined with the technology of virtual reality， 3D model technology， GIS technology and Internet technology， based on the analysis of the composition of the main function module， the key problems existing in the construction of the system were discussed. The system can realize the functions of virtual tourist attractions navigation， information query， room and board reservation， online shopping mall， etc.， and has a strong sense of reality， good interaction and good simulation effect.

Key Words：Virtools； VR travel； virtual reality； Systems analysis

虛擬旅游區漫游系統本質上是計算機仿真與虛擬技術的結合，它通過三維建模軟件將旅游區內所有建筑、環境小品甚至相關室內場景、人物角色等仿制出來，再配合虛擬技術通過顯示器加以呈現，用戶可以在網絡上以全新的視角瀏覽和體驗整個場景，及時全面的了解整個旅游區內的相關信息。漫游系統強調虛擬與現實的完美融合，采用人機互動的方式，不僅形象逼真、生動有趣，使參觀者有身臨其境的感覺，更有助于旅游區擴大宣傳覆蓋面，提高旅游區的知名度和認可度，高效低成本地展示其旅游資源，拓展其新的營銷模式。

1 需求分析及開發平臺簡介

1.1 武當山虛擬旅游系統的需求分析

武當山位于中國湖北省十堰市境內，雄立漢江上游南岸，東經110°14′～110°57′，北緯32°23′～32°33′，面積312平方公里，是聯合國世界文化遺產、中國國家重點風景名勝區、著名的道教圣地和AAAAA級旅游區。武當山景區屬于自然景觀和人文景觀完美結合的山岳型風景名勝區，以其絢麗多姿的自然景觀、規模宏大的古建筑群、源遠流長的道教文化和博大精深的武當武術著稱于世，被譽為“亙古無雙勝境，天下第一仙山”。

隨著虛擬旅游技術的廣泛應用，以武當山景區為例構建虛擬旅游系統，系統以Virtools為開發平臺，結合GIS技術、虛擬現實技術和Internet技術，采用統一過程和面向對象相結合的方法來分析其架構及模塊組成，設計出的虛擬旅游系統可為用戶適時提供逼真的三維模擬場景和動態旅游信息，這不僅能滿足旅游者全方位了解武當山旅游資源的要求，也為相關職能部門的科學管理提供了依據。

1.2 Virtools開發平臺簡介

目前用于實現虛擬場景渲染的軟件和技術比較多，如Web3D、Vega、VRML等都能夠創建大型的虛擬旅游場景，但相比之下Virtools更有優勢。它功能強大、操作簡單，內置了超過500組的行為交互模塊Building Blocks，常見的三維模型、動畫、視頻、聲音等媒體文件都能被輕易的整合在一起，普通的使用者不需要學習程序設計，只需要用鼠標拖放腳本的方式，將這些行為模塊與對象（Object）和角色（Character）相關聯，以流程圖的形式，決定BB執行的先后順序，就可以制作出令人炫目的視覺效果和豐富多彩的互動作品。同時，Virtools具有良好的開放性，允許設計人員利用SDK（Software Development Kit）和Virtools專用腳本語言VSL（Virtools Scripting Language）所提供的動態鏈接庫，通過相應的API接口，創建新的行為模塊或修改已有行為模塊的參數設置、渲染引擎等，從而得到自定義的交互行為腳本和應用程序，項目可生成EXE文件，也可以輸出成網頁格式或與Flash網頁結合在一起，現已廣泛應用于工業設計、教育教學和游戲開發中。

2 系統開發流程及模塊設計

2.1 系統開發流程

首先要收集景區內的地形地貌數據、影像數據和景觀建筑數據，然后對這些數據進行分類整理，處理好相互之間位置大小的關系，參照一定的比例進行三維地形建模和三維實體景觀建模，同時需要構建相應的模型庫、遙感影像庫、屬性數據庫和多媒體數據庫等，最后利用Virtools軟件對其進行設計和開發，由于Virtools擁有相當數量的渲染插件，具備很強大的整合能力，因此能夠快速地提高構建效率，保證虛擬場景的真實性，相關的開發流程如圖1所示。

2.2 主要功能模塊設計

虛擬旅游系統不僅僅只是為游客提供虛擬場景的漫游，還應該包含景區導航、信息服務、網絡商城、食宿預訂和游客互動等五個功能模塊，系統界面可通過MFC類庫和其他第三方軟件進行搭建，相關模塊的功能設計為：

2.2.1 景區導航模塊

在旅游景區中，游客選中的區域將在可視化地圖上自動定位并顯示導航信息，將地理信息系統GIS技術運用其中，利用圖表、聲音、動畫和視頻等方式為其勾勒出虛擬旅游路戲，尤其是為自駕游、個人游的用戶提供極大的方便，使得旅游服務更加的完善，使游客不論身在何處都能清楚的知道自己周邊道路的基本情況，提高旅游服務的質量和信息的完整性[1]。

2.2.2 信息服務模塊

信息查詢包括的內容很廣，首先要建立旅游信息咨詢服務平臺，將旅游景區的最佳行程、公交站點、天氣變化、餐飲酒店預定等情況進行整合，通過網上在線解答、熱線電話或短信、微信等方式及時發布，使游客在第一時間能找到自己最需要的內容；其次還要注重通知公告的作用，利用其權威性，將一些最緊急、最重要的信息簡潔快速的傳達到每個用戶；最后還應該有一些介紹景區文化、風俗習慣等依靠文字和圖片為載體的專題內容，使游客加深對景區的了解。

2.2.3 網絡商城模塊

與電子商務相結合，將景區內各種農副產品、工藝品在虛擬平臺上進行銷售，減少物流成本和中間商的利益，增加價格的透明度，這不僅可以提高景區的銷售收入，更加符合當前消費者的消費習慣，引導旅游消費向著健康方向發展，還可以增加景區的知名度，推動景區旅游模式的多元化。

2.2.4 食宿預訂模塊

旅游景區內的酒店餐飲一般來說都比較成熟，但在信息共享和發布等方面還存在明顯不足，通過該模塊，一方面酒店餐館可以集中將自己的價格、入住率、客座數量等信息進行公示，便于游客進行選擇比較，另一方面游客也可以提前對這些酒店餐館有所了解，根據自己的需要方便快捷地進行預訂，公開透明的價格有利于將自己的消費控制在合理的水平，這不僅能有效的防止欺詐游客的現象發生，對提高景區的信譽度，樹立景區良好的服務形象也有很大的幫助。

2.2.5 游客互動模塊

網絡交流平臺作為一種非常成熟的網絡技術，可以將其應用在虛擬旅游系統上，設置互動交流中心以后，游客可以在其中通過發布或回復主題的形式來交流旅游體驗、分享旅游樂趣，即時的進行信息發布和共享，還可以對旅游景點的管理和建設提供必要的意見以供相關職能部門決策參考。

3 系統的關鍵技術

3.1 路線規劃設計

虛擬旅游系統路線的規劃設計包括沿指定路線完成基本的游覽功能和景點路線的自主選擇兩個方面內容。設計人員應該充分考慮到用戶對系統的熟悉程度。如果用戶對系統并不熟悉，就需要給他們指定合適的路線，配上相應景點的解說，用戶只需要點擊開始就可以瀏覽整個場景，如果用戶比較熟悉系統，他們就會希望按自己的意愿完成對整個場景的參觀，這時可采用人工智能中啟發式搜索A*算法對導航路徑進行優化篩選[2]，使瀏覽者即使身處陌生復雜的三維環境中，也可以快速準確地尋到目標或者按照理想的路徑進行漫游。

3.2 場景三維模型的建立

要完成虛擬旅游系統，三維模型的構建是必不可少的基礎，三維建模按旅游資源的類型可分為自然景觀建模和人文景觀建模兩部分，需要采用不同的建模方法。

對自然景觀建模就是對地表進行三維建模，首先要通過景區地形等高線進行空間內插處理生成DEM模型，然后利用前期得到的高分辨率遙感影像或航拍圖片對其進行校正處理，保證其與DEM高程數據完全吻合，最后再使用LOD技術以及高效地形模型渲染算法對其進行渲染，從而生成完整的地形模型[3]。這樣系統在運行過程中，就可以根據位置和視野的不斷變化一邊預先讀取一邊進行渲染，從而最大程度的保證系統的流暢性。

對人文景觀的建模主要是對景區內的建筑、花草樹木，環境小品等實體進行建模，出于響應速度和制作成本的考慮，模型不能過于繁瑣，要用一些簡單的框架來代替復雜形態。場景建模可采用3DS MAX和AutoCAD配合使用，將模型構建的過程以組件拼裝的方式進行，根據實際情況，隨時刪除看不見的面、重合的面以及點、線等，提高建模效率，同時為了保證一定的真實性，相關視覺上的不足可用貼圖的方式來進行彌補[4]，利用前期拍攝的音視頻資料為模型的每一部分都找到合適的材質和紋理，合理使用燈光效果，盡可能的與真實景觀保持一致。

3.3 虛擬人物角色的建立

虛擬旅游系統要求能使游客在進行瀏覽或參觀的過程中有身臨其境的感覺，真正領略沉浸式虛擬環境帶來的樂趣，因此可在場景中加入人物角色，游客只需通過操控人物角色的前進、后退、轉身和跑步就能更好地控制整個漫游過程。人物角色的構建可利用3D動畫領域的骨骼蒙皮技術創建出虛擬人物的軀體，經過表皮加工以后得到逼真的虛擬人體模型，而人物角色動作的構建則要在已建立人體模型庫的基礎上，按照H-Anim標準中規定的人體關鍵節點的簡化，設置虛擬人體動作的關鍵幀，并通過腳本語言JavaScript對已經實現的虛擬人物的動作進行管理和控制，所有基本動作的構建要單獨分開，復雜動作則通過動畫混合技術進行創建。建立好的虛擬人物角色在調入Virtools軟件中以后，還要對其添加相應的行為模塊，除各種動作以外，還包括重力、視角、陰影及碰撞檢測等方面的設置，就可以在虛擬場景中實現虛擬替身、虛擬漫游等功能，在一定程度上增強了虛擬場景的交互性。

3.4 虛擬場景的傳輸下載

虛擬旅游系統最終運行在網絡之上，對于IPAD和智能手機這種小存儲空間的移動終端來說，大規模的數據傳輸顯然不合實際，因此可采用基于P2P的網絡漸進式下載機制，不僅節省存儲空間，還可以大幅緩解漫游過程中數據流傳輸對網絡及服務器造成的壓力。在實際運用過程中，場景空間的渲染以視點最大可視距離的限制為準，用戶在虛擬場景中行走的時候，并不需要事先將所有場景全部進行渲染，而是隨著視點的平移逐漸下載場景后再渲染，從而減少用戶每次請求場景的數據量，也大大減少了對本地存儲空間的需求；而對于場景中的模型來說，因其數量龐大，種類繁多，容量參差不齊，解決網絡延時的辦法就是對模型進行多分辨率建模，同樣以最大可視距離為準，在不降低視覺效果的同時，根據模型與人物視點的距離和視線的偏移角度按需下載不同分辨率的模型數據，以提高系統運行速度。

4 結語

虛擬旅游是建立在現實旅游景觀的基礎上，通過模擬和超越構建一個虛擬的旅游環境，使得參與虛擬旅游的旅游者能夠如同身臨其境般進行虛擬旅游活動。以Virtools為開發平臺，結合GIS技術、虛擬現實技術和Internet技術，采用統一過程和面向對象相結合的方法，對武當山景區虛擬旅游系統進行分析設計，該系統能為游客提供導航、導游、導覽、導購等服務，不僅有利于相關職能部門的科學管理，也為廣大消費者的網上旅游提供了一個良好的平臺。

參考文獻

[1]趙文龍，馬新春.基于虛擬旅游的網站功能探析[J].電子設計工程，2011，11：12-15.

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[3]包富華，張學寶.基于OSG的西安市景區虛擬旅游系統設計與開發[J].咸陽師范學院學報，2012，3：68-71.

[4]孟祥增，馬萍，劉瑞梅.三維虛擬場景的創設與立體播放[J].中國電化教育，2011，8：125-128.

[5]農曉鋒.3D虛擬旅游的現狀及發展前景[J].大眾科技，2016，8：5-6，12.

[6]程程，鄧小威，明慶忠.3D虛擬景區：旅游景區營銷新模式[J].中共云南省委黨校學報，2012，5：124-126.