基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的景區(qū)互動(dòng)設(shè)計(jì)研究
——以桂林靖江王府景區(qū)為例

李丹

(廣西師范大學(xué)，廣西 桂林 541100)

1 緒論

1.1 研究的背景及意義?！肮鹆稚剿滋煜隆保纬送跽Φ拿湟粋鲙装倌?，鬼斧神工的天賜景致為桂林?jǐn)€下不絕的人氣。1982年，桂林成為國(guó)務(wù)院確立的首批24個(gè)歷史文化名城之一，4年之后又被列為“七五”期間全國(guó)7個(gè)旅游重點(diǎn)建設(shè)城市之一。然而，制約桂林旅游業(yè)發(fā)展的因素是綜合性的，比如：桂林自身的區(qū)位優(yōu)勢(shì)不明顯、桂林經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不高、觀念體制陳舊、競(jìng)爭(zhēng)力不突出、旅游產(chǎn)品單一等多種因素都影響著桂林旅游業(yè)的發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)發(fā)展水平也隨之提升，各種新技術(shù)、新方法、新思維，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了無(wú)窮的動(dòng)力，而旅游業(yè)是信息敏感型產(chǎn)業(yè)，將其與現(xiàn)代化的信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)相結(jié)合，將是旅游業(yè)發(fā)展一個(gè)重要的突破口；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為這個(gè)行業(yè)中的“潮流”技術(shù)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在景區(qū)互動(dòng)中勢(shì)必能將旅游行業(yè)帶入一個(gè)新境界，同樣也是推動(dòng)旅游業(yè)前進(jìn)的巨大動(dòng)力，對(duì)當(dāng)今經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展有一定的價(jià)值意義。

1.2 研究的現(xiàn)狀。隨著“數(shù)字媒體時(shí)代”這一概念的出現(xiàn)和人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)和不斷的了解，在GIS技術(shù)蓬勃發(fā)展的當(dāng)今，大家對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)并不陌生。當(dāng)今，在許多領(lǐng)域當(dāng)中運(yùn)用三維可視化技術(shù)也非常廣泛，三維可視化技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為這個(gè)時(shí)代的“潮流”，對(duì)其研究有著非常重要的意義。因此，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到景區(qū)互動(dòng)中則是一項(xiàng)重大的突破，使其能夠深入而全面的感受旅游景點(diǎn)，使用戶立即有“親臨其境”的感覺(jué)，并可親自操作、實(shí)踐、與虛擬的環(huán)境進(jìn)行交互，使游覽者在游覽之前對(duì)于景區(qū)質(zhì)量和花費(fèi)之間就有明確的價(jià)值認(rèn)知。

1.3 研究的內(nèi)容。本文屬于基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和GIS技術(shù)的三維可觀化研究領(lǐng)域，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到景區(qū)互動(dòng)當(dāng)中，以桂林靖江王府景區(qū)為研究區(qū)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對(duì)景區(qū)的虛擬可視化進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)多種傳感設(shè)備，旅游者可根據(jù)自身的感覺(jué)，使用人的自然技能對(duì)虛擬世界中的物體進(jìn)行考察活操作；參與其中的事件，同時(shí)提供視、聽(tīng)、摸等直觀而又自然的實(shí)時(shí)感知，并使用戶“沉浸”于模擬環(huán)境中，達(dá)到用戶與景區(qū)互動(dòng)的效果。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在景區(qū)互動(dòng)中應(yīng)用的相關(guān)理論和技術(shù)支撐

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)建立一種逼真的虛擬環(huán)境，使得人們產(chǎn)生“身臨其境”的感覺(jué)，無(wú)論是視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)，還是觸覺(jué)，都仿佛是在真實(shí)環(huán)境中一樣，并且可以無(wú)限制的瀏覽三維空間的事物。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在二十世紀(jì)末得以快速發(fā)展，目前有著廣泛的應(yīng)用，對(duì)醫(yī)學(xué)、教育、游戲、軍事、商業(yè)、太空、機(jī)器人、工業(yè)輔助設(shè)計(jì)等領(lǐng)域都有著巨大的影響。

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用計(jì)算機(jī)建立虛擬環(huán)境往往以真實(shí)世界或人們虛構(gòu)的世界作為虛擬環(huán)境的原型。雖然稱之為虛擬環(huán)境，但如何實(shí)現(xiàn)手段和技術(shù)設(shè)備應(yīng)得當(dāng)于人們?cè)谶@個(gè)環(huán)境中可以產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)具有沉浸性、構(gòu)想性、交互性特性。

2.3 虛擬建模技術(shù)的運(yùn)用

1.基于幾何圖形的對(duì)象建模。在建模型之前，先將真實(shí)場(chǎng)景或構(gòu)想場(chǎng)景中的對(duì)象抽象為幾何模型；然后使用建模工具構(gòu)造虛擬景觀的對(duì)象，比如場(chǎng)景中房屋、道路、樹(shù)木等；在虛擬環(huán)境中添加燈光，并對(duì)場(chǎng)景中的對(duì)象進(jìn)行紋理映射及材質(zhì)設(shè)定等；最后計(jì)算好攝像機(jī)角度和位置、以及相關(guān)的環(huán)境狀況對(duì)模型視圖的影響，在顯示器上顯示植染后的視圖畫(huà)面。

2.基于圖像的建模技術(shù)。基于圖像的虛擬漫游技術(shù)則主要依靠圖像處理技術(shù)，對(duì)照相機(jī)采集的圖像或攝像機(jī)拍攝的視頻進(jìn)行處理；將處理得到的全景圖像作為虛擬系統(tǒng)中的場(chǎng)景來(lái)展示。

3.兩種方式混合的建模技術(shù)?；趫D形和圖像的建模方法各有利弊，而如果將兩種方法混合使用，則可以揚(yáng)長(zhǎng)避短，集兩種方法的優(yōu)點(diǎn)于一身。混合建模技術(shù)的基本思想即是如此，同時(shí)利用兩種建模技術(shù)建立場(chǎng)景模型，即以圖像建模的方式快速建立大的場(chǎng)景，而以圖形建模的方式建立場(chǎng)景中特定的對(duì)象。這樣既保證了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的效率，又保證了系統(tǒng)的仿真性和交互性。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在景區(qū)互動(dòng)中的展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)如今，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在景區(qū)互動(dòng)中應(yīng)用的理論體系和框架還不夠完善，對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在景區(qū)中互動(dòng)概念的界定存在兩種觀點(diǎn)，即虛擬旅游有廣義和狹義之分。廣義的虛擬旅游即包含了所有通過(guò)各種媒介(比如互聯(lián)網(wǎng))進(jìn)行有關(guān)資料搜集、體驗(yàn)功能服務(wù)等各種活動(dòng)過(guò)程，比如在網(wǎng)上瀏覽景點(diǎn)的相關(guān)照片也屬于廣義的虛擬旅游；而狹義的虛擬旅游則必須運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對(duì)真實(shí)旅游景區(qū)以及其中的景物、環(huán)境等進(jìn)行虛擬仿真，通過(guò)三維可觀化的形式展示給用戶。本文研究的就是以狹義的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在景區(qū)互動(dòng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)和研究，來(lái)作為主要研究對(duì)象，為了不混淆定義，將其命名為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在景區(qū)互動(dòng)中的展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)已有的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)品還存在以下不足：

1.缺少旅游景點(diǎn)深度信息介紹?，F(xiàn)有虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)產(chǎn)品在介紹景點(diǎn)信息時(shí)，一般選擇直接使用官方網(wǎng)站給出的景點(diǎn)介紹。這些介紹信息往往缺少深度，只是對(duì)于景點(diǎn)的簡(jiǎn)單描述，對(duì)于游客的價(jià)值也較低。

2.漫游路線單一?，F(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)產(chǎn)品一般提供自動(dòng)漫游(無(wú)需用戶控制)和自由漫游(需要用戶參與)兩種漫游方式。這兩種方式各有利弊，自動(dòng)漫游可以給出旅游的推薦路線，方便新手和不愿自己尋找旅游路線的游客，但自由性和靈活性較差，無(wú)法滿足游客多樣的需求；自由漫游可以通過(guò)移動(dòng)鼠標(biāo)，由用戶自由、靈活地控制自己的行進(jìn)，但容易造成迷失方向等情況。

3.功能操作不便利。現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)在功能操作上存在較多的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)問(wèn)題，包括轉(zhuǎn)向不便利、無(wú)法自動(dòng)避開(kāi)障礙物等。這些細(xì)節(jié)的操作問(wèn)題也帶來(lái)了用戶體驗(yàn)的下降，功能分析的結(jié)論主要包括：景點(diǎn)歷史、人文信息的深度介紹、漫游路線的多種選擇或自定義、景區(qū)的過(guò)去和未來(lái)面貌、虛擬旅游景點(diǎn)拍照、多視角切換、物品査看等功能會(huì)帶來(lái)用戶滿意度的大幅提升，而旅游景點(diǎn)的基本介紹、基本漫游功能等功能則屬于用戶希望保證系統(tǒng)基本具備的功能。

4 交互式旅游景區(qū)虛擬展示系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下目標(biāo)

1.虛擬展示場(chǎng)景：建立桌面式旅游景區(qū)的虛擬三維場(chǎng)景，用戶使用計(jì)算機(jī)觀察虛擬世界，并通過(guò)包括鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備操縱虛擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬場(chǎng)景中對(duì)象的瀏覽。漫游用戶可以在虛擬場(chǎng)景內(nèi)漫游，可以選擇系統(tǒng)推薦的路線，也可以選擇自定義行進(jìn)的路線，可以執(zhí)行前進(jìn)、后退、上樓、下樓、轉(zhuǎn)向等操作，并且可以通過(guò)鼠標(biāo)按鍵或滾輪、鍵盤(pán)按鍵燈來(lái)控制觀察視角的變化。

2.景點(diǎn)介紹：具備景區(qū)人文、歷史背景深度介紹的功能，具備以圖片、文字、聲音等形式來(lái)展現(xiàn)介紹信息的功能。

3.地圖功能：具備地圖功能，提供當(dāng)前漫游場(chǎng)景的等比例縮放的地圖，并且標(biāo)注用戶當(dāng)前所在位置以及前進(jìn)路線。

4.物品展示： 具備展示場(chǎng)景內(nèi)特定物品的功能，如古董花瓶等，用戶可以在獨(dú)立的窗口欣賞物品，并且可以使用鼠標(biāo)對(duì)物品執(zhí)行旋轉(zhuǎn)、拖拽、放縮等操作，以滿足不同角度、方位、大小查看物品細(xì)節(jié)的功能。

5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在景區(qū)互動(dòng)中的應(yīng)用展示系統(tǒng)實(shí)例開(kāi)發(fā)

5.1 場(chǎng)景建模

三維模型有低模和高模之分。低模和高模的劃分主要是參考模型精細(xì)程度，也就是模型的面片數(shù)。低模的模型面片數(shù)往往較少，細(xì)節(jié)較少，更注重整體的突出；而高模則細(xì)節(jié)突出，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，面片數(shù)也一般較多。在建模時(shí)，一般使用一個(gè)基本的幾何形狀(如長(zhǎng)方體，正方體、球體等)為起點(diǎn)，然后從大體的形態(tài)入手，再慢慢將模型細(xì)化到各個(gè)局部的結(jié)構(gòu)上。在建模開(kāi)始時(shí)對(duì)大體形態(tài)的把握將影響后期雕刻的難易程度。

在建模過(guò)程中，使用多邊形編輯的常用工具，以點(diǎn)、邊、多邊形、多邊形物體層級(jí)下使用移動(dòng)、切割、擠壓、倒角等工具，完成模型的大體勾勒，低模并制作完成。

國(guó)學(xué)堂模型

5.2 高模貼圖

法線貼圖是可以應(yīng)用到表面的特殊紋理。法線貼圖在其內(nèi)部?jī)?chǔ)存了各像素點(diǎn)的高度值，這也使得它能夠展示更為細(xì)膩和逼真的立體效果。而在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)中使用法線貼圖，一方面可以表現(xiàn)模型的細(xì)節(jié)，如石像的斑駁等；另一方面可以直接將貼圖應(yīng)用于低模表面，降低了模型的制作難度，節(jié)約了建模的時(shí)間成本，加快了整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的進(jìn)度。

在3DMAX中導(dǎo)入貼圖，并將貼圖賦予模型，則模型可以展示精細(xì)的紋理。

以靖江王府景區(qū)中的國(guó)學(xué)堂為例，渲染后效果如圖：

國(guó)學(xué)堂貼圖模型

5.3 交互功能的實(shí)現(xiàn)

在完成的建模與貼圖后，可通過(guò)VRP-Builder安裝插件使3DS MAX中在實(shí)用程序面板中的“更多”一欄選項(xiàng)中有能將三維模型導(dǎo)入VRP-Builder軟件的插件，點(diǎn)擊啟動(dòng)插件彈出界面，然后可將模型導(dǎo)入VRP-Builder軟件中。在VRP-Builder軟件中可進(jìn)行三維交互的制作。

物理碰撞系統(tǒng)也是我在制作的過(guò)程中遇到的又一個(gè)難題。物理碰撞沒(méi)有設(shè)置造成的漏洞導(dǎo)致行走中的角色視角進(jìn)入場(chǎng)景的各種模型之中，使得交互得不到應(yīng)有的展示。設(shè)置好物理碰撞系統(tǒng)之后就是設(shè)定交互的模型音效以及模型事件，通過(guò)點(diǎn)擊創(chuàng)建面板中的三維模型面板打開(kāi)模型列表，左鍵單擊一個(gè)指定的模型，在界面的右邊會(huì)顯示一個(gè)選項(xiàng)欄，選項(xiàng)欄中可對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)作、動(dòng)畫(huà)、3D音效等編輯。根據(jù)前期收集的材料將一些景點(diǎn)介紹編輯到各個(gè)模型中，實(shí)現(xiàn)交互過(guò)程中通過(guò)操作獲得景點(diǎn)信息的目的。

6 展望未來(lái)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用在生活中顯得的日益重要，使得它有望成為傳統(tǒng)旅游的一種重要補(bǔ)充。人們可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在實(shí)際出行前規(guī)劃旅行線路、了解當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗等，這將改變?nèi)藗兯鸭糜尉皡^(qū)信息的方式，也會(huì)為今后真正的出行游玩帶來(lái)很大的幫助。在這個(gè)崇尚技術(shù)應(yīng)用的時(shí)代,新技術(shù)本身的使用也會(huì)大大提高靖江王府景區(qū)在旅游者心目中的形象。人們可以在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中得到更深入、更有價(jià)值的文化、歷史信息。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在景區(qū)互動(dòng)中的應(yīng)用已經(jīng)不僅僅是傳統(tǒng)旅游的補(bǔ)充，而是一種特殊形態(tài)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。勢(shì)必能將旅游行業(yè)帶入一個(gè)新境界，同樣也是推動(dòng)旅游業(yè)前進(jìn)的巨大動(dòng)力，對(duì)當(dāng)今經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展有一定的價(jià)值意義，也將成為人們生活、消費(fèi)、社交等活動(dòng)的重要平臺(tái)。