基于AR技術(shù)的沉浸式漫游體驗(yàn)平臺

（中國社會科學(xué)院大學(xué)，北京 102445）

現(xiàn)階段，旅游業(yè)不斷成長發(fā)展，對地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長發(fā)揮越來越重要的作用。各個地區(qū)、省、市大力開發(fā)潛在旅游資源，深入挖掘和激發(fā)已有旅游資源的底蘊(yùn)與活力，希望通過旅游業(yè)與其他產(chǎn)業(yè)的聯(lián)動促進(jìn)地區(qū)發(fā)展。

實(shí)踐證明，旅游業(yè)在經(jīng)濟(jì)拉動、社會就業(yè)以及文化環(huán)境等促進(jìn)方面發(fā)揮巨大作用，對于促進(jìn)地區(qū)平衡發(fā)展以及促進(jìn)城鄉(xiāng)平衡發(fā)展都具有獨(dú)特作用。旅游景區(qū)加強(qiáng)技術(shù)建設(shè)，推進(jìn)景區(qū)服務(wù)方式轉(zhuǎn)變，促進(jìn)旅游行業(yè)向智慧旅游的轉(zhuǎn)型升級，為游客提供更有趣、更便捷以及更智慧的服務(wù)方案[1]。

隨著5G跨越了技術(shù)門檻，逐漸走向商用，電子地圖與GPS定位系統(tǒng)的優(yōu)化和完善，使智能化導(dǎo)游服務(wù)系統(tǒng)逐漸成為現(xiàn)實(shí)。中國社會科學(xué)院大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)將基于新媒體技術(shù)、移動終端和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，對通州區(qū)旅游文化的展示模式進(jìn)行創(chuàng)新。隨著智能導(dǎo)覽技術(shù)的輔助，通州區(qū)旅游文化將會得到更深層次的挖掘和開發(fā)，促使通州區(qū)文化旅游為游客提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。通過特定大運(yùn)河景區(qū)的研究和試點(diǎn)，能夠?yàn)槿珖糜尉皡^(qū)發(fā)展提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 功能設(shè)計(jì)

（1）完成通州運(yùn)河的實(shí)景拍攝，完成運(yùn)河三維模型的制作，模型精度滿足虛實(shí)漫游的技術(shù)需要。

（2）完成虛擬漫游的姿態(tài)感知技術(shù)開發(fā)，能夠通過陀螺儀系統(tǒng)進(jìn)行讀取用戶的姿態(tài)信息，操作虛擬替身的視覺。在虛擬漫游中，用戶的視角均通過手機(jī)陀螺儀控制旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)的方法，模擬用戶的姿態(tài)行為[2]。

（3）完成漫游系統(tǒng)，漫游系統(tǒng)是整個虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的核心部分，通過所有子系統(tǒng)提供的接口，將屬于其他子系統(tǒng)的內(nèi)容與功能連接到該漫游系統(tǒng)中。漫游系統(tǒng)的主要功能是通過接收定位系統(tǒng)，提高定位信息，改變虛擬替身在虛擬世界中位置。

（4）完成地圖系統(tǒng)觸控交互接口，地圖系統(tǒng)的主要功能是為了顯示當(dāng)前虛擬替身所在的位置，對虛擬替身的坐標(biāo)位置進(jìn)行校準(zhǔn)。

（5）完成運(yùn)河信息系統(tǒng)，運(yùn)河信息系統(tǒng)是一個可擴(kuò)展的系統(tǒng)，可以對用戶的位置進(jìn)行判定，當(dāng)用戶進(jìn)入運(yùn)河某個經(jīng)典范圍內(nèi)，將會彈出相應(yīng)的提示，展現(xiàn)運(yùn)河文化景點(diǎn)的信息。

在具體操作過程中，首先應(yīng)建立對應(yīng)現(xiàn)實(shí)景點(diǎn)的虛擬三維建模，通過攝像機(jī)視角與移動終端相結(jié)合的方式，引入現(xiàn)實(shí)觀覽主體的虛擬角色，整合3D互動內(nèi)容創(chuàng)作和游覽運(yùn)營平臺。

通州大運(yùn)河的虛擬漫游，能為游客提供真正的沉浸式游覽體驗(yàn)，在展現(xiàn)運(yùn)河全景的過程中能強(qiáng)化觀覽印象，為游客提供一次不同于以往從“視聽”出發(fā)更強(qiáng)調(diào)“身臨其境”的游覽體驗(yàn)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程圖

2.2 模塊子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所帶來的沉浸式漫游體驗(yàn)平臺[3]，以通州大運(yùn)河為例，將通州大運(yùn)河現(xiàn)實(shí)景物內(nèi)容、數(shù)字化導(dǎo)覽平臺、移動終端相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)基于移動位置服務(wù)的智能感知系統(tǒng)。

系統(tǒng)會根據(jù)用戶移動終端所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)指引提供自助式的智慧導(dǎo)覽服務(wù)。

在游覽過程中，通過定位功能，借助外圍輔助設(shè)備在實(shí)景建筑物前顯示同地理位置的相對應(yīng)的數(shù)字模型和信息，為游客全方位展現(xiàn)通州大運(yùn)河的四時美景，利于提升運(yùn)河文化的傳播效果。

系統(tǒng)具有以下功能：智能導(dǎo)航功能、基于LBS的AR顯示功能以及基于LBS的手動精準(zhǔn)定位功能。

（1）導(dǎo)航功能：導(dǎo)覽功能提供用戶導(dǎo)覽地圖，地圖綠色標(biāo)記點(diǎn)為大運(yùn)河周邊著名景點(diǎn)，為用戶游覽大運(yùn)河提供提示性幫助。導(dǎo)覽界面通過GPS實(shí)時獲取用戶位置，顯示于界面上，用戶可根據(jù)地圖索引，游覽運(yùn)河美景。

（2）基于LBS的AR顯示功能：在游覽過程中，通過定位功能，借助外圍輔助設(shè)備，當(dāng)用戶到達(dá)系統(tǒng)內(nèi)置景點(diǎn)同地理位置范圍內(nèi)時[4-5]，點(diǎn)擊LBS按鈕即可顯示相對應(yīng)的數(shù)字模型和語音信息，為人們恢復(fù)旺季運(yùn)河美景，以提升運(yùn)河文化的傳播效果[5]。

（3）基于LBS的手動精準(zhǔn)定位功能：系統(tǒng)提供手動精準(zhǔn)定位功能，用戶可通過操作界面調(diào)整按鈕，將虛擬模型調(diào)整到適合的位置，與現(xiàn)實(shí)場景進(jìn)行比對。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 基于百度地圖定位SDK的GPS定位實(shí)現(xiàn)及地圖調(diào)用

應(yīng)實(shí)現(xiàn)支持Android GPS定位。

首先，需要將百度地圖的SDK庫導(dǎo)入系統(tǒng)。將locSDK_6.13.jar、liblocSDK6a.so等拷入Android工程的libs文件夾下，再將百度地圖SDK鏈接到工程庫。

其次，到官網(wǎng)填寫用于GPS定位的相關(guān)信息，用于獲取秘鑰。

在Android工程的配置文件里面設(shè)置相應(yīng)的密鑰和開發(fā)權(quán)限聲明，如圖2所示。

圖2 權(quán)限聲明

最后，在Baidu Map Location Activity.java中設(shè)定并完成GPS定位。

運(yùn)河漫游的定位存在一定問題。因受戶外天氣影響，項(xiàng)目在實(shí)地踏勘過程中發(fā)現(xiàn)定位偏離較大。原因在于手機(jī)的定位原理應(yīng)檢測定位衛(wèi)星顆數(shù)，當(dāng)天氣環(huán)境不好時，定位偏差會較大。

當(dāng)手機(jī)GPS定位不準(zhǔn)時，先判斷當(dāng)前的硬件設(shè)備是否具備陀螺儀功能，如果具備則使用陀螺儀進(jìn)行方位校準(zhǔn)。通過移動終端設(shè)備鏡頭拍攝的場景，判斷距離運(yùn)河的遠(yuǎn)近，適當(dāng)調(diào)整用戶在地圖上的顯示位置。

系統(tǒng)計(jì)劃提供了多種觸控交互方式，為了防止用戶在位置校準(zhǔn)時拖動地圖位置，在地圖界面上添加了地圖鎖定功能。

首先，基于觸摸屏的單點(diǎn)觸控功能，為減小用戶自我校準(zhǔn)時的誤差，地圖系統(tǒng)將提供地圖的放大和縮小功能，為用戶的快速定位、準(zhǔn)確校準(zhǔn)提供了便利。

其次，對于地圖的操作，主要使用多點(diǎn)觸控技術(shù)，不僅快捷，也符合人的自然操作習(xí)慣。

3.2 基于LBS及AR技術(shù)的三維模型展示

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過實(shí)時計(jì)算攝像機(jī)攝影位置與角度并疊加相關(guān)圖像，使真實(shí)世界與虛擬世界有效連接。通過技術(shù)手段增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使人們可以跨越時間空間限制，脫離現(xiàn)實(shí)事物的阻隔，打破視覺、聽覺、味覺、觸覺，技術(shù)的加持使得人體的感知得到了更廣闊的延伸。

當(dāng)通過調(diào)用百度地圖API實(shí)現(xiàn)定位功能后，導(dǎo)出ARR包，供Unity調(diào)用，進(jìn)行安卓與Unity的通信，根據(jù)地理位置，調(diào)用攝像頭顯示三維模型，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)效果，調(diào)用系統(tǒng)攝像頭如圖3所示。

圖3 調(diào)用系統(tǒng)攝像頭

3.3 基于Unity的模型精準(zhǔn)定位實(shí)現(xiàn)

開發(fā)人員考慮到，當(dāng)游客離實(shí)際景點(diǎn)位置距離較遠(yuǎn)時，虛擬模型會受到距離偏差太大的影響；當(dāng)游客恰好在實(shí)際景點(diǎn)位置處出現(xiàn)虛擬模型，會影響用戶觀察效果。

系統(tǒng)設(shè)置應(yīng)在游客距離實(shí)際景點(diǎn)處10 m直徑范圍內(nèi)時，出現(xiàn)虛擬模型，可對虛擬模型進(jìn)行位置調(diào)整，以便制造出更優(yōu)良的觀看效果。

為方便用戶操作，系統(tǒng)在界面放置調(diào)整按鈕，分為上下左右、旋轉(zhuǎn)及尺寸調(diào)整，當(dāng)用戶點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕時，虛擬模型坐標(biāo)等屬性發(fā)生值的增減。

精準(zhǔn)定位位置調(diào)整如圖4所示。

圖4 精準(zhǔn)定位位置調(diào)整

4 系統(tǒng)效果

在實(shí)際測試時，選用的場景是在學(xué)校內(nèi)，當(dāng)GPS信號較強(qiáng)（室外）時，定位類型為61，移動設(shè)備能獲取6～12顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，誤差在10 m之內(nèi)，定位比較精確。

由于GPS定位存在一定的誤差，導(dǎo)航系統(tǒng)會產(chǎn)生反應(yīng)遲緩現(xiàn)象，未來開發(fā)人員會結(jié)合移動設(shè)備的加速度計(jì)來控制虛擬模型與現(xiàn)實(shí)景點(diǎn)的同步移動。

為了展示系統(tǒng)運(yùn)行效果，采用華為M5型號手機(jī)下載APP，截取一部分界面，如首頁、訪問界面，如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)效果展示

5 結(jié)語

本文研究智能導(dǎo)游服務(wù)系統(tǒng)主要服務(wù)于通州大運(yùn)河旅游景區(qū)，采用虛實(shí)結(jié)合展示大運(yùn)河重要景點(diǎn)特色，幫助景區(qū)深入發(fā)掘通州大運(yùn)河旅游資源的內(nèi)在魅力，創(chuàng)新了旅游資源展示模式，升級旅游資源展示平臺，為游客提供深層次沉浸式觀覽服務(wù)。

在系統(tǒng)構(gòu)建的漫游中，深入體驗(yàn)旅游資源背后包含的文化內(nèi)涵、走過的歷史軌跡，使游客得到知識、感官等多層次體驗(yàn)，做到旅游資源的充分發(fā)揮與利用。該APP為通州大運(yùn)河智能導(dǎo)覽系統(tǒng)提供更加快捷、高效的宣傳渠道。