一款基于增強現實技術的“再現長安城”旅游APP

柏佳瑤 趙嘉棟 段鋒 孫啟星 何鎏

摘要：AR APP再現大唐長安城是以長安城一百一十處里坊、豐富的故事脈線，展現唐代長安城當時的氣勢恢宏和國際地位。并且以AR作為輔助元素，加強人們對于AR的認知，借助手機便攜移動平臺，人們可以加深對增強現實（Augmented Reality）作為新一代計算平臺，作為未來社會的大數據采集渠道點、物聯網控制出發點、人工智能服務提供接受點的認知，在了解中國博大文化的同時提升中國消費者對AR新技術的接受程度。ARAPP再現長安城，以大唐長安城的內容為核心，以增強現實技術為工具，真正解決伴隨旅行意義缺失所帶來的，旅游景點客體同質化嚴重、旅行游客主體主動感受程度低的旅游業痛點問題。該項目將有效推動旅游業從門票經濟向產業經濟轉變，發揮旅游“一業帶百業”的帶動作用，促進傳統旅游產業提檔升級，促進西安全域旅游示范區創建工作，打造西安全域旅游發展典型，樹立全域旅游發展新標桿。本文同時還積極響應國家對于建設“一帶一路”的要求、響應習總書記《十九大報告》中對于“堅定文化自信”的要求、響應文化和旅游部對于“促進全域旅游和科技旅游”的要求。

關鍵詞：AR；增強現實技術；旅游發展；文化自信

中圖分類號：TP37 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）09-0194-03

增強現實技術（Augmented Reality，簡稱AR）[1]，是一種實時地感知現實世界的方位及角度并加上相應圖像的技術，這種技術的目的時在屏幕上把虛擬世界嵌套在現實時間中。它可以將真實世界學習和虛擬世界信息無縫疊加，把原本在現實世界的一定時間、空間范圍內很難體驗到底虛擬信息，通過技術將它們實時地疊加到了同一個畫面或空間并同時存在，從而被人類感官所感知，從而達到超越現實的感官體驗。業界普遍認為[2]，2016年是VR元年，更是AR爆發年。

隨著AR游戲谷歌Ingress，任天堂Pokemon GO、AR眼鏡Meta2、AR瀏覽器 Wikitude AR等大量優質AR硬件、軟件在2016前后的集體爆發[3]，增強現實以其虛實結合、實時交互、三維沉浸[4]、成本低和便捷操作等優點，收到了用戶的廣泛關注和認可，也得到了社會越來越多研究者和用戶的重視。

目前的主流AR硬件設備在價格、維護成本，在精確識別疊加、眼動跟蹤技術[5]難度方面的短板使其在短時間內無法成為消費級AR產品，而智能手機是 AR的未來，10 年時間內智能手機AR應用將成為一個新的互聯網風口。

同時，隨著4G網絡的普及、手機CPU處理速度的增強、手機端AR技術算法的日益成熟，扎克伯克在談到FB未來時明確表示[6]，移動AR時代，內容為王。

近幾年來，國外應用市場上飽受好評的APP，例如地圖導航軟件Wikitude World Browser，Nokia City Lens、旅游翻譯文字軟件Word Lens、LBS手機游戲Pokemon GO，Ingress，無一例外均是基于LBS的ARAPP。其中為數不多的簡單呈現歷史信息的旅游APP包括英國倫敦“時間機器”，ARCHE0GUIDE（赫拉神廟實景再現），但其只基于單一旅游風景，游客持續參與感不強。在國內，對于AR的研發與應用集中于智能硬件，可穿戴設備等領域。在AR旅游領域，大多是基于PC端瀏覽器、虛擬大屏的全景漫步項目，例如北京理工大學再現圓明園項目、河南許昌再現春秋樓古建筑等。在稚嫩手機應用市場上，僅有2018年3月陜西省歷史博物館推出的平面建筑圖紙AR立體化項目，此外尚未發現AR+文化旅游相關的手機應用。

當前中國經濟下行壓力加大，但旅游投資與消費均“逆勢上揚”，2017全年，國內旅游人數50.01億人次，入出境旅游總人數2.7億人次，全年國際旅游收入達1234億美元，全年實現旅游總收入5.40萬億元，旅游直接就業2825萬人，旅游直接和間接就業7990萬人，占全國就業總人口的10.28%。2017年中國旅游產業對GDP綜合貢獻超10.8%，成為拉動中國經濟增長的新引擎。中國已經迎來“大眾旅游”時代。

1 市場上同類產品的研究方向和應用場景

1.1 同類產品的研究方向

1.1.1 旅游APP

旅游APP作為一種發展旅游業的新形式，精選全國甚至世界的旅游景點，針對顧客的需求，提供在旅行途中衣、食、住、行、購物、娛樂等綜合服務，拋棄了傳統做旅行攻略的旅行方式，達到隨時隨地查詢、預約等功能服務的目的，適用于各個客戶群體。

其中，旅游APP大致可分為：預定類、攻略類、國際旅行類

1）預定類：具備預訂酒店機票等功能的旅游APP，如：攜程、飛豬等。

2）攻略類：規劃自由行的出行路線，小到必去的胡同美食以及所需的交通證件，大到景點開放時間以及根據最近天氣制定的出行路線。如：螞蜂窩、窮游等。

3）國際旅行類：主要針對出國旅行的顧客，預訂酒店、特色民俗以及購買低價機票，甚至包括簽證等相關問題。如：窮游、Agoda、Airbnb等。

1.1.2 虛擬現實APP

虛擬現實APP以Ingress為代表。Ingress是由谷歌公司Niantic Labs開發的一款結合現實和生活的Android&iOS免費游戲。Ingress已經超越了它本身作為游戲的性質，它使玩家走出家門，以一種趣味的方式接觸外面的世界。

任天堂旗下Pokemon Go這款游戲在很短的時間內風靡全球，儼然成了一個全球文化現象。有學者分析，Pokemon Go成為現象級游戲的本質是因為全球粉絲沉淀于Pokemon這一超級IP中的情感，在AR式游戲這一全新玩法中得到爆發。這說明AR內容將會領先于硬件得到爆發，內容也恰恰是引爆整個產業鏈的關鍵。AR以其強大的用戶體驗壁壘，將成為IP價值最大化的新領地。美國蘋果集團現CEO蒂姆庫克也表示：“Pokemon Go帶給我們的啟示不止是強IP的市場號召力，更說明IP與新技術結合產生的創新玩法是游戲成功的重要因素。”

1.2 應用場景

國內增強現公司實ARinChina2017年年度報告中提到AR 可能顛覆的領域和十大行業包括：遠程指導、建筑模擬、教學指導、路線導航、廣告信息、旅行游覽、醫療健康、零售業、娛樂游戲、軍事領域，其中以教育行業、工業行業為主要方向。而我們認為文化旅游業也將是AR可能顛覆的行業之一。

2 再現長安城ARPP產品概述、重點研究方向、突出優勢和應用背景

2.1 概述

本產品名為再現長安城ARAPP，以大唐長安城的內容為核心，以增強現實技術為工具，真正解決伴隨旅行意義缺失所帶來的，旅游景點客體同質化嚴重、旅行游客主體主動感受程度低的旅游業痛點問題。

2.2 重點研究方向和突出優勢

重點研究方向：

技術路線分為程序和美工兩個部分。在充分進行大唐長安城故事調研工作后，美工組負責進行故事策劃、交互游戲設計、UI設計，并利用3Dstudio Max進行部分人物模型、建筑模型的制作及貼圖，并手繪制作部分故事場景，制作Flash動畫，確立大唐長安城ARAPP網站和APP的統一風格。程序組Unity3D和Android開發并進，Unity3D方面，調用第三方Vuforia ARSDK，進行圖片識別、3D物體識別、SLAM場景識別的AR開發并實現云平臺API的調用，利用C#語言，實現動態加載實時釋放內存、模型脫卡進行模型跟蹤，動畫腳本、交互操作的制作；Android開發方面，實現手機底層硬件（攝像頭、IMU陀螺儀等）、高德地圖地理位置信息API、微信分享API的調用，同時實現UI開發、自主API開發。最終實現Android&IOS平臺的應用發布。

研究對象主要是內容，AR和APP。在內容方面，深入挖掘、用心感受、真正傳達，鐘靈毓秀、萬邦來朝的大唐長安城，兼收并蓄、博大精深的文化IP，進行故事策劃，重現故事場景。我們將通過查閱資料、走訪咨詢、實地調研等方式，探尋塵封在西安市內大唐長安城二百八十九年、一百一十里坊中豐富的人、物、事、場景、詩詞典故內容，講述中國故事，再現場景如：

回民街上，回紇騎兵勢如破竹橫掃叛軍安祿山，平定安史之亂；

白居易于“德光坊”京兆府（今西北工業大學友誼校區、大唐西市旁）感嘆“物性猶如此，人事亦宜然”的栽蓮；

在AR方面，第三方ARSDK于Unity3D中調用，書寫C #腳本，完成AR內容制作。我們將探尋：

1）借助Vuforia等第三方SDK，實現AR圖像識別、AR三維物體識別、AR場景識別等功能，實現例如：

掃描大唐西市酒肆亭閣的桌椅，呈現與李白對詩之景，再次掃描亭閣桌椅上的酒杯，則又再現“葡萄美酒月光杯”，并于李白共飲“清酒”三百杯；

2）借助多種軟件，實現AR交互內容動畫的制作。

手繪確定AR大唐長安城的統一風格、制作人物模型，建筑模型，故事場景、少量利用3DsMax制作古建筑模型，主要依靠PhotoShop和Flash制作二維動畫，同時在Unity3D中利用C#腳本實現與AR內容（人物模型、建筑模型、故事場景等）的交互操作，使用AU制作音效，最終完成AR交互內容動畫的制作。

在制作APP方面，進行APK、IPK優化。降低apk、ipk大小，實現手機內存實時釋放。

探索Unity導出APK過大、AR模型占用手機內存過多的問題的解決方案。我們將采用第三方AR云平臺，實現微服務架構和網格計算，實現云端本地混合識別，實現目標動態加載，大幅降低APK；將在Unity中進行動態加載和模型脫卡，實時剔除已識別物體，釋放手機內存；對Android安裝包、Unity腳本中軟件架構、模塊、接口、函數等精益求精，進行Java和C#程序語言的算法、代碼優化。

產品的突出優勢體現在項目的新穎性、先進性、獨特性、競爭優勢：中國故事重塑旅游產業、AR技術重塑“時”“空”界限、游戲化重塑旅游體驗。中國故事、AR技術、游戲化交互模式的三者有機結合，是文化旅游產業新的理念、新的模式、新的設計思維。

1）講述大唐長安城的中國故事

深入挖掘、用心感受、真正傳達，鐘靈毓秀、萬邦來朝的大唐長安城，兼收并蓄、博大精深的文化IP，立體化呈現大唐風貌，場景化重現長安故事。

2）利用AR技術打破“時”“空”界限

利用歷史資料，將地理信息和歷史信息融合在一起，實現對歷史位置的現在與過去的疊加，從而產生一種歷史錯位感。這樣，無論是西安居民或是慕名而來的國內國外游客，通過此應用即可感受到一千年之前的長安城宏偉壯觀之景。

3）增強激勵感、增強參與感的游戲化交互模式的設計

僅實現基于圖像、物體識別，呈現有限AR內容進行旅游風景說明的模式，只能帶來一次性AR體驗沖擊，無法實現游客的持續參與。為此，我們設計打造一種人人參與、具有更強社會聯系的交互探索游戲體驗模式。

2.3 應用背景

旅游是發展經濟、增加就業和滿足人們日益增長的美好生活需求的有效手段。

再現長安城ARAPP，通過增強現實的技術將古長安的風貌更好的呈獻給用戶，帶給用戶更有價值的旅游體驗。

產品再現長安城ARAPP主要呈現古長安城每個坊的樣貌，體現每個坊的特色，并且與現在的長安進行對比。通過古今對比，讓每個用戶了解長安的文化意蘊。

再現長安城ARAPP主要是試用于像西安這樣的歷史文化旅游景點，呈現出在現實中不可見的特色景象。再現長安城ARAPP也是一款偏向于娛樂旅游方面的APP，在APP中用戶通過AR進行互動的方式來了解當地的歷史文化背景，并且通過任務獎勵的模式來激勵用戶主動去探索一個景點，而不是單純被導游領著拜訪。

3 產品設計總體思路

鑒于項目已取得的研究成果和進展，依據項目核心目標，項目實施方案步驟和總體思路如下：

頭腦風暴=>調查研究=>項目立項=>UI交互草圖=>APP總體框架/UnityAR動畫腳本=>APP功能完善/Unity動畫優化=>MVP產品發布=>迭代測試-認知檢驗=>迭代測試=>應用市場發布=>渠道推廣與營銷=>展開合作促進西安有機綠色全域旅游建設。

AR APP提供以下方面的服務：再現長安城ARAPP主要是以增強現實技術為用戶提供古長安城每個坊的特色。其次，同時也會提供結合APP的最佳旅游路線以及規劃。

4 應用實例

這是一款基于AR技術的APP項目，針對項目，我們分析了如下的應用實例：

4.1 用戶存在問題分析

1）對于歷史古城的西安，游客首次來到西安旅游，需要知道更多更詳細的景點介紹和出行方式。

2）通常需要景區與第三方聯合開發專用的手機APP，對用戶來說，下載門檻客觀存在，對于不熟悉手機使用或是現場沒有免費WiFi下載時，用戶會選擇放棄，這也制約了用戶參與體驗。

3）目前大部分景點、博物館等已經陸續提供掃碼瀏覽功能，但基本是停留在掃碼聽導游解說、觀看某個特定H5頁面等，初步的圖文音頻應用。

4.2 AR APP再現長安城

1）AR APP再現長安城不需要考慮時間和地點，通過手機設備就能置身投入到場景中，進行一次感官體驗，可以帶游客去看古城的任何景象，也可以將宏偉的兵馬俑佇立在你眼前，真實的體驗AR旅游所帶來的精彩內容。

2）AR APP再現長安城讓你提前做好旅游攻略，相對于真實的旅游場景，AR旅游可以讓游客不用浪費那么多時間就能游覽完所有景色，同一空間內，游客可以有更多的選擇，挑選適合自己出行的路線，也能節省旅游的時間，制定適合自己的路線，輕松地完成愉快的旅途。

3）AR APP再現長安城還能讓消逝的美景重現，比如李白吟詩的畫面早已沒有了，很多人想了解只能通過書本上留下的記載，自己腦補畫面，然而AR APP再現長安城可以帶游客會與李白一起在月夜下吟詩、對詩，協助狄仁解密大唐疑案，會發現自己可以選擇幫助唐玄宗維持開元盛世，得美人，也得江山...

能，此外用戶還可以自行上傳自己的攻略供其他人參考。

4）商業服務，直接在手機上購買各類門票，電子票通過短信形式發送到用戶手機，到景點后直接憑借短信游玩，大大節約用戶時間。

5）分享功能，通過圖片的GPS位置，軟件可以將你所經過的地方和圖片連城一條完整的時間軸，用戶可以將其分享給家人和朋友。

參考文獻：

[1] Goldman Sachs. Virtual & Augmented Reality-Understanding the race for the next computing platform[J]. EQUITY RESEARCH， January 13， 2016.

[2] K. N. Kukulakos， J. R. Vallino. Calibration-free Augmented Reality[J]. Visualization and Computer Graphics， 2016， 4（1）： 1-20.

[3] Azuma R T， Baillot Y， et al. Recent Advances in Augmented Reality[J]. IEEE Computer Graphics and Applications， 2017， 21（6）： 34-47.

[4] Ronald A. A survey of augmented reality[J]. Teleoperators and Virtual

Environment， 2017， 6（4）： 355-385.

[5] Y.Seo， et al. Weakly Calibrated Video-based Augmented Reality： Embedding

and Rending through Virtual Camera[C]. Proc. Int'l Symp. Augmented Reality， 2017： 129-136.

[6] 李苗. AR： 場景交互神器[M]. 北京： 機械工業出版社， 2016.

【通聯編輯：張薇】