移動(dòng)AR技術(shù)在數(shù)字文化旅游中的應(yīng)用探索

謝巍　譚文玲

摘? 要：研究通過(guò)使用Unity 3D引擎制作三維場(chǎng)景和動(dòng)畫(huà)，結(jié)合Vuforia SDK進(jìn)行AR移動(dòng)開(kāi)發(fā)，通過(guò)移動(dòng)終端對(duì)實(shí)景與3D模型、動(dòng)畫(huà)及視頻等多媒體信息實(shí)現(xiàn)虛實(shí)疊加與交互。游客使用智能終端下載安裝用戶APP，在現(xiàn)實(shí)游覽過(guò)程中通過(guò)APP實(shí)時(shí)享受人文背景、事件場(chǎng)景等數(shù)字信息，從而提高游客的旅游熱情，增強(qiáng)旅游印象，達(dá)到加強(qiáng)地方文化傳播力度，強(qiáng)化地方文化品牌，提升旅游文化品牌形象的目的。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)AR技術(shù);數(shù)字文化旅游;三維虛擬場(chǎng)景

中圖分類號(hào)：TP391.9? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）05-0118-03

Application of Mobile AR Technology in Digital Cultural Tourism

XIE Wei，TAN Wenling

（Loudi Vocational and Technical College，Loudi? 417000，China）

Abstract：The research uses Unity 3D engine to make 3D scene and animation，combines Vuforia SDK to develop AR mobile，and realizes virtual and real superposition and interaction of real scene，3D model，animation，video and other multimedia information on mobile terminal. Tourists use the intelligent terminal to download and install the user APP. In the process of real-time tour，they can enjoy the digital information such as human background，event scene and so on，so as to improve the touristsenthusiasm，enhance the tourism impression，strengthen the local cultural communication，strengthen the local cultural brand，and enhance the image of the tourism cultural brand.

Keywords：mobile AR technology;digital cultural tourism;3D virtual scene

0? 引? 言

早期的AR技術(shù)采用三維注冊(cè)實(shí)現(xiàn)虛實(shí)疊加，或利用AR開(kāi)發(fā)工具包ARToolKit識(shí)別標(biāo)記物，僅能對(duì)單視點(diǎn)的位置和方向進(jìn)行追蹤，標(biāo)識(shí)物一般多為純黑或純白的矩形標(biāo)記，功能相對(duì)單一，難以產(chǎn)生虛實(shí)疊加的效果。近年來(lái)，ARCore、ARKit、Vuforia是比較流行的AR開(kāi)發(fā)工具包。ARCore目前只支持Google Pixel系列機(jī)型和三星S8（海外版），ARKit只支持搭載A9芯片以及iOS 11的設(shè)備，而Vuforia可以支持超過(guò)100多款手機(jī)，因此Vuforia所支持的客戶端最多;另外，SLAM演算法依然是最強(qiáng)的，對(duì)于物品追蹤和識(shí)別的效率最高。綜合比較，結(jié)合Unity 3D和Vuforia是目前移動(dòng)AR技術(shù)開(kāi)發(fā)有利的工具。利用3ds Max或maya進(jìn)行三維場(chǎng)景建模，導(dǎo)入到Unity 3D中，用Vuforia SDK檢測(cè)和跟蹤標(biāo)識(shí)物特征，根據(jù)不同的需求放置相應(yīng)的三維對(duì)象，并進(jìn)行虛實(shí)交互，可用于數(shù)字文化旅游和歷史文化村鎮(zhèn)的數(shù)字化保護(hù)，增加旅游的體驗(yàn)樂(lè)趣和文化知識(shí)。

婁底市旅游資源十分豐富，自然風(fēng)光、人文景觀引人入勝。擁有大熊山國(guó)家森林公園，紫鵲界梯田、湖南水府廟旅游區(qū)婁底景區(qū)等一批生態(tài)旅游區(qū);波月洞、梅山龍宮等湘中大型溶洞博物館;輝煌候府第--曾國(guó)藩故居、蔡和森紀(jì)念館、陳天華故居、羅盛教故居等人文景觀。但我市的數(shù)字化文化旅游還處在初級(jí)階段，它多以文字、圖片、視頻展示，形式較為單一。通過(guò)對(duì)本地旅游文化內(nèi)涵的深度挖掘，形成豐富的數(shù)字文化內(nèi)容產(chǎn)品，利用AR技術(shù)對(duì)旅游數(shù)字文化內(nèi)容進(jìn)行虛實(shí)融合的整合研究與產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)，將為本地旅游文化產(chǎn)品轉(zhuǎn)換和產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)提供一種新的開(kāi)發(fā)思路和技術(shù)手段，同時(shí)增強(qiáng)文化傳播力度，強(qiáng)化文化品牌，提升旅游產(chǎn)品的文化附加值。依托于婁底市科技計(jì)劃項(xiàng)目婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院專項(xiàng)項(xiàng)目基金對(duì)VR、AR、XR技術(shù)在旅游開(kāi)發(fā)與保護(hù)中的運(yùn)用開(kāi)展了研究。

研究目標(biāo)如下：

（1）結(jié)合Unity 3D和移動(dòng)AR技術(shù)開(kāi)發(fā)本地旅游文化資源，將教育性、娛樂(lè)性與互動(dòng)性于一體的數(shù)字文化內(nèi)容植入現(xiàn)有旅游資源中，打造本市文化旅游強(qiáng)市名片;

（2）實(shí)現(xiàn)Unity 3D的移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)自動(dòng)導(dǎo)覽方法;

（3）實(shí)現(xiàn)多標(biāo)識(shí)物的自動(dòng)識(shí)別，虛實(shí)的無(wú)縫切換;

（4）實(shí)現(xiàn)多模式的虛實(shí)疊加功能，包括三維模型、動(dòng)畫(huà)、視頻、文字等的疊加。

1? 移動(dòng)AR技術(shù)在數(shù)字文化旅游中的應(yīng)用總體路線

以“曾國(guó)藩故居”AR自動(dòng)導(dǎo)游系統(tǒng)為例，系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體流程圖如圖1所示。

2? 項(xiàng)目前期策劃

項(xiàng)目前期策劃是項(xiàng)目成功的關(guān)鍵，也往往是我們所忽略的。隨著人們文化生活水平提高，對(duì)于旅游的認(rèn)識(shí)也不再是單純的到此一游，更注重旅游的文化底蘊(yùn)，如旅游景點(diǎn)的人文歷史、文化傳承、趣事趣聞等。我們?cè)诖罱ā霸鴩?guó)藩故居”AR自動(dòng)導(dǎo)游系統(tǒng)時(shí)，對(duì)不同年齡段的人群進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，了解他們?nèi)绻⒂^旅游“曾國(guó)藩故居”希望了解哪些相關(guān)信息，大部分回答最好有相歷史人物當(dāng)時(shí)的相關(guān)事跡的知識(shí)展示。根據(jù)調(diào)查和實(shí)地取景，我們篩選了牌坊、門(mén)匾、帥旗等作為標(biāo)記物，并進(jìn)行了高清拍攝，將素材上傳到之前在Vuforia官網(wǎng)注冊(cè)的云端數(shù)據(jù)庫(kù)，Vuforia引擎會(huì)實(shí)時(shí)處理標(biāo)識(shí)物圖像，并反饋到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)制作與標(biāo)識(shí)物相對(duì)應(yīng)的音頻和圖片、文字解說(shuō)資源。在其中我們要注意，圖片可以適當(dāng)調(diào)整對(duì)比度和亮度，提高識(shí)別的準(zhǔn)確率。當(dāng)我們使用自己的手機(jī)就可以了解到“曾國(guó)藩故居”的歷史淵源、趣事趣聞，以及體驗(yàn)到三維場(chǎng)景瀏覽時(shí)，我相信更具有旅游樂(lè)趣。

3? 三維虛擬場(chǎng)景創(chuàng)建

3ds Max是當(dāng)今應(yīng)用最為廣泛的三維軟件，具備建模、材質(zhì)貼圖制作、燈光渲染、動(dòng)畫(huà)制作、粒子特效的功能。因此項(xiàng)目在3ds Max中采用了多邊形建模的方法制作了虛擬三維場(chǎng)景。

Unity 3D是一款強(qiáng)大的3D渲染引擎，能實(shí)時(shí)快速高質(zhì)量渲染圖像，并兼顧面向?qū)ο蟮某绦蜷_(kāi)發(fā)，兼容眾多的第三方開(kāi)發(fā)插件，最終三維逼真、實(shí)時(shí)渲染、體驗(yàn)感強(qiáng)。所以在本項(xiàng)目中將3ds Max制作的虛擬三維場(chǎng)景保存為.FBX文件，導(dǎo)入到Unity 3D中，并在Unity 3D繪制地形、水面、風(fēng)、天空等其他元素，曾國(guó)藩故居三維效果如圖2所示。

4? Unity 3D+Vuforia實(shí)現(xiàn)移動(dòng)AR技術(shù)

AR實(shí)際應(yīng)用包括離線模塊和在線處理。離線模塊由標(biāo)識(shí)物的篩選制作、相應(yīng)的多媒體素材構(gòu)成，這在上面的步驟中完成。而在線處理部分主要識(shí)別標(biāo)識(shí)物，在真實(shí)場(chǎng)景中疊加相應(yīng)信息，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，這一部分主要由Unity 3D+Vuforia SDK完成。Vuforia SDK是在Vuforia的基礎(chǔ)上針對(duì)移動(dòng)設(shè)備開(kāi)發(fā)AR的軟件工具包。

首先，打開(kāi)Unity 3D，創(chuàng)建新工程，在工程中導(dǎo)入之前Vuforia官網(wǎng)下載的標(biāo)識(shí)物數(shù)據(jù)庫(kù)（已上傳處理），拖曳AR Camera和Image Target預(yù)制體到窗口，刪除原主攝像機(jī)。點(diǎn)擊AR Camera，把在Vuforia官網(wǎng)上生成的key放到APP License Key里，加載并激活。接著完成標(biāo)識(shí)物識(shí)別的基本操作，點(diǎn)擊Image Target，在Database和Image Target中選擇加載的標(biāo)識(shí)物，其中Image Target中添加要顯示的多媒體對(duì)象，在操作中我們把不要混淆標(biāo)識(shí)物的類型，如2D和3D，過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)誤差，可以來(lái)回調(diào)節(jié)解決。還可以在Unity 3D利用它自帶的或C#編程制作相關(guān)的虛擬交互按鈕。在實(shí)驗(yàn)中，三維模型與桌面的虛實(shí)疊加效圖如圖3所示。

在Unity引擎中，同時(shí)需要導(dǎo)入Vuforia SDK開(kāi)發(fā)包、模型包、特效包等，在Unity中配置Vuforia中的各種資源進(jìn)行AR功能開(kāi)發(fā)，最終在Unity輸出移動(dòng)端的AR應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)物體表面的特征信息對(duì)物體的識(shí)別非常關(guān)鍵，如果物體對(duì)象表面過(guò)于光滑，缺少有效的特征點(diǎn)，那么標(biāo)識(shí)物就會(huì)難以識(shí)別。因?yàn)槭且谱鬟m用于數(shù)字旅游的應(yīng)用，用戶會(huì)手持設(shè)備進(jìn)行移動(dòng)或原地旋轉(zhuǎn)，在制作時(shí)要打開(kāi)Vuforia持續(xù)延展追蹤識(shí)別模式，這時(shí)APP可以維持地圖狀態(tài)更長(zhǎng)時(shí)間，即使在設(shè)備被放下或者攝像頭暫時(shí)丟失的情況下仍可以持續(xù)保持識(shí)別功能，還可以識(shí)別到多個(gè)識(shí)別對(duì)象，使用Vuforia還可以提高追蹤的效率，降低光線的影響。

5? 結(jié)? 論

采用Unity 3D+Vuforia的方式實(shí)現(xiàn)移動(dòng)AR技術(shù)并運(yùn)用于數(shù)字文化旅游是可行的，隨著5G時(shí)代的來(lái)臨，當(dāng)你來(lái)到曾國(guó)藩故居，用手中的手機(jī)下載APP并運(yùn)行，手機(jī)在拍攝到景點(diǎn)的牌樓時(shí)就會(huì)出現(xiàn)曾國(guó)藩的家史文字信息，來(lái)到門(mén)前手機(jī)拍攝到大門(mén)上的門(mén)匾時(shí)播放曾國(guó)藩封號(hào)的由來(lái)音頻，手機(jī)拍攝動(dòng)大廳的桌面時(shí)就會(huì)顯示曾國(guó)藩的家書(shū)并配上翻書(shū)動(dòng)畫(huà)及聲音講解，我相信將為用戶帶來(lái)新的體驗(yàn)和文化信息。

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作者簡(jiǎn)介：謝巍（1976.10-），男，漢族，湖南漣源人，副教授，本科，研究方向：三維動(dòng)畫(huà)制作、虛擬現(xiàn)實(shí);譚文玲（1980.06-），女，漢族，湖南雙峰人，副研究員，本科，研究方向：三維動(dòng)畫(huà)制作、教學(xué)管理。