基于AR技術(shù)的導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

寇文珍

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 甘肅 蘭州 730060）

1 引言

隨著我國(guó)社會(huì)發(fā)展，城市規(guī)模的擴(kuò)大化，各種集群式建筑的興起導(dǎo)致人們?cè)趯?shí)際導(dǎo)航中會(huì)遇到諸多問題，特別是在室內(nèi)大型建筑中，傳統(tǒng)的導(dǎo)航軟件受制于環(huán)境因素和技術(shù)因素，導(dǎo)致起不到顯著效果[1]，在這樣的背景下，探索AR技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)能夠發(fā)揮出其價(jià)值，通過虛擬與現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)，能夠讓用戶更快地定位環(huán)境，找到目標(biāo)群體。

2 AR導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)分析

2.1 需求分析

該系統(tǒng)主要針對(duì)于手機(jī)客戶端，解決目前市面導(dǎo)航軟件對(duì)于實(shí)景處于空白階段，有效地完善導(dǎo)航系統(tǒng)街景功能，減少其中信息誤差[2]。

導(dǎo)航模塊：AR導(dǎo)航將手機(jī)攝像頭與地圖結(jié)合，將現(xiàn)實(shí)實(shí)景傳輸?shù)揭苿?dòng)端，用戶可以根據(jù)手機(jī)出現(xiàn)的虛擬模型進(jìn)行導(dǎo)航，有效地解決因?yàn)槁肪€不熟悉，道路復(fù)雜不易甄別道路的問題，特別是在大型建筑物內(nèi)，類似于火車站、大型商場(chǎng)等內(nèi)部路線多樣、復(fù)雜場(chǎng)景，用戶對(duì)于目標(biāo)地點(diǎn)不能有效地進(jìn)行路線識(shí)別[3]，用戶可以根據(jù)AR虛擬實(shí)景、語音導(dǎo)航、線頭指引很快地識(shí)別自身定位，從而迅速找到方向，抵達(dá)目的地。如圖1所示。

圖1 室內(nèi)AR導(dǎo)航與普通導(dǎo)航對(duì)比

周邊搜索：AR導(dǎo)航系統(tǒng)的周邊搜索功能能夠有效地對(duì)目的地環(huán)境進(jìn)行實(shí)景傳輸，用戶能夠迅速了解環(huán)境，有效地調(diào)整路線，避免出現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)弱、定位不精準(zhǔn)的問題，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航高效化。

2.2 擬解決問題

AR導(dǎo)航系統(tǒng)地圖信息獲取大部分來源其他地圖導(dǎo)航軟件，這樣會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)不同程度的導(dǎo)航誤差，數(shù)據(jù)更新不及時(shí)，在導(dǎo)航過程中可能會(huì)受制于智能設(shè)備因素，導(dǎo)致信息延時(shí)[4]。

AR導(dǎo)航系統(tǒng)操作界面復(fù)雜程度，智能設(shè)備經(jīng)濟(jì)成本等問題。

2.3 擬解決方案

AR導(dǎo)航系統(tǒng)與百度地圖、高德地圖、騰訊地圖等知名導(dǎo)航軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接，有效地解決技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的完整程度[5]。

AR導(dǎo)航系統(tǒng)在操作界面上相比傳統(tǒng)導(dǎo)航更為簡(jiǎn)潔，用戶在AR導(dǎo)航系統(tǒng)中看到的畫面與真實(shí)世界重合，在通過箭頭引導(dǎo)，用戶操作起來更加便捷，提高用戶的體驗(yàn)程度。在智能設(shè)備經(jīng)濟(jì)環(huán)節(jié)，AR導(dǎo)航系統(tǒng)搭載在移動(dòng)手機(jī)端，通過手機(jī)自帶技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)AR導(dǎo)航功能，屬于軟件范疇，沒有較大的智能設(shè)備成本。

3 AR導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)

3.1 虛實(shí)結(jié)合

傳統(tǒng)導(dǎo)航是扁平化、抽象的，用戶在其中感受不到現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景，導(dǎo)致在復(fù)雜環(huán)境出現(xiàn)導(dǎo)航失誤的現(xiàn)象，AR導(dǎo)航系統(tǒng)顯示內(nèi)容，將二維空間轉(zhuǎn)化為三維空間，立體化的地圖讓用戶身臨其境，更好地進(jìn)行導(dǎo)航體驗(yàn)，提高用戶的行動(dòng)甄別能力，AR導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了虛擬結(jié)合，把原本在現(xiàn)實(shí)世界的一定空間范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的信息呈現(xiàn)在屏幕上，起到對(duì)信息的強(qiáng)化與補(bǔ)充作用[6]。例如在室內(nèi)大型商場(chǎng)AR導(dǎo)覽系統(tǒng)中，用戶通過檢索目標(biāo)地址，在導(dǎo)航過程中，通過AR虛擬情景能夠更快與周邊環(huán)境匹配，從而更為快速地達(dá)到目的，有效地解決傳統(tǒng)導(dǎo)航中樓層問題、定位不精準(zhǔn)問題。

3.2 實(shí)時(shí)交互

實(shí)時(shí)交互性是AR導(dǎo)航系統(tǒng)最具特色的特點(diǎn)，能夠大幅度提高AR導(dǎo)航系統(tǒng)附加價(jià)值和用戶體驗(yàn)度，實(shí)時(shí)交互特點(diǎn)能夠?qū)⒂脩襞c環(huán)境融合，讓用戶獲取外界環(huán)境信息更加快捷，同時(shí)也能滿足用戶的其他需求，目的地導(dǎo)航是需求性，但是在導(dǎo)航過程中可能延伸出其他需求，從而提高用戶的體驗(yàn)程度，也能創(chuàng)造附加價(jià)值[7]。例如，在景區(qū)AR導(dǎo)航中，用戶在導(dǎo)航過程中能夠通過實(shí)時(shí)交互發(fā)現(xiàn)其路途過程中出現(xiàn)的景點(diǎn)特征，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的圖像識(shí)別，方便用戶挖掘途中感興趣景點(diǎn)。AR導(dǎo)航系統(tǒng)利用內(nèi)存景點(diǎn)信息，根據(jù)用戶的實(shí)際走向和視角進(jìn)行景點(diǎn)講解，給用戶營(yíng)造一種沉浸式游覽，這屬于AR導(dǎo)航系統(tǒng)附加價(jià)值。

4 AR導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)：依據(jù)AR導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和需求分析，本導(dǎo)航設(shè)計(jì)具體模塊由定位模塊、電子地圖模塊、AR實(shí)景導(dǎo)航模塊組成。

4.1定位模塊

技術(shù)選擇：在AR導(dǎo)航系統(tǒng)定位選擇上，著重分析了射頻識(shí)別、藍(lán)牙、紅外線、Wi-Fi、ZigBee、超聲波等技術(shù)，從抗干擾性、穿透性、通信、傳輸、經(jīng)濟(jì)成本這幾個(gè)方面考慮，本文主要采用藍(lán)牙、Wi-Fi這兩種定位技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用分析。在室外導(dǎo)航大部分借用GPS定位系統(tǒng)，在室內(nèi)導(dǎo)航，藍(lán)牙定位與Wi-Fi定位操作方便，適用性強(qiáng)，不需要在額外鋪設(shè)大量智能設(shè)備，具有極強(qiáng)的性價(jià)比。藍(lán)牙定位是利用室內(nèi)不同建筑之間的藍(lán)牙信息源，將室內(nèi)環(huán)境劃分為蜂窩形狀，對(duì)比接受信號(hào)強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。缺點(diǎn)是抗干擾能力差、不能適用于較大建筑室內(nèi)控制。Wi-Fi定位技術(shù)能夠有效地彌補(bǔ)藍(lán)牙定位缺陷，能夠在復(fù)雜的環(huán)境上進(jìn)行定位，起點(diǎn)位原理就是通過手機(jī)端系統(tǒng)與室內(nèi)不同節(jié)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)弱形成局域網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)定位目的[8-9]。

數(shù)據(jù)庫(kù)信息定位：AR導(dǎo)航的關(guān)鍵因素是數(shù)據(jù)，完善的數(shù)據(jù)庫(kù)是AR導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航的基礎(chǔ)，因此在AR導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中具有完善的電子地圖和位置信息。因此在定位模塊中，可以利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息傳遞實(shí)現(xiàn)定位校準(zhǔn)，例如用戶在大型商場(chǎng)使用AR導(dǎo)航服務(wù)，在定位中，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)可以根據(jù)用戶呈現(xiàn)的場(chǎng)景進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，找到其節(jié)點(diǎn)，其中節(jié)點(diǎn)精確到一個(gè)店面、一塊瓷磚，使定位更加準(zhǔn)確[10]。

4.2 電子地圖模塊

電子地圖是AR導(dǎo)航系統(tǒng)的核心組成，是定位服務(wù)、導(dǎo)航服務(wù)的載體，在電子地圖構(gòu)建中，將路徑中的道路信息、店鋪信息、標(biāo)記點(diǎn)收集，形成電子地圖展示。在電子地圖操作階段，用戶可以在電子地圖上進(jìn)行360度全景預(yù)覽，并且獲取到目的地的基本信息。在室外環(huán)境，可以進(jìn)行橋上、橋下切換，在室內(nèi)環(huán)境中可以進(jìn)行樓層切換，步梯、電梯選擇。

4.3 AR實(shí)景導(dǎo)航

實(shí)景導(dǎo)航是AR導(dǎo)航系統(tǒng)的最終目標(biāo)，將道路、室內(nèi)實(shí)景圖片融入到導(dǎo)航模式中能夠提高用戶的體驗(yàn)程度和代入感，室外道路實(shí)景導(dǎo)航可以運(yùn)用街景電子地圖，通過不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)，在室內(nèi)AR實(shí)景導(dǎo)航中，利用室內(nèi)電子地圖不同的節(jié)點(diǎn)，來形成路徑算法，通過節(jié)點(diǎn)的改變來實(shí)現(xiàn)距離和方向箭頭指引。針對(duì)高樓層室內(nèi)導(dǎo)航，也需要根據(jù)樓層切換來重新對(duì)應(yīng)電子地圖的階段和路徑選擇[11]。

5 AR導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用

AR導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用不僅能用于用戶日常生活，也具有其他延伸價(jià)值，在博物館、旅游景點(diǎn)、建筑設(shè)計(jì)上都具有應(yīng)用價(jià)值，例如在博物館參觀中，首先通過博物館內(nèi)各個(gè)展區(qū)中的藍(lán)牙設(shè)備和Wi-Fi設(shè)備來實(shí)現(xiàn)AR室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)的初步定位功能，輔助博物館地面瓷磚、墻面信息節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，在AR導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，導(dǎo)入模塊化的展品數(shù)據(jù)。使得導(dǎo)航后臺(tái)能夠根據(jù)用戶實(shí)際走向和視角輸出展品解說，從而實(shí)現(xiàn)初步導(dǎo)游解說功能。讓用戶能夠更加清晰、深度地游覽博物館。用戶也能通過AR導(dǎo)航系統(tǒng)的電子地圖和虛實(shí)結(jié)合功能，自行設(shè)計(jì)參觀路線，使用戶更為快速地了解整個(gè)博物館的規(guī)劃。

6 結(jié)語

隨著城市道路建筑和社會(huì)發(fā)展，目前的導(dǎo)航服務(wù)不能及時(shí)滿足用戶的高質(zhì)量需求，特別是針對(duì)室內(nèi)導(dǎo)航，AR導(dǎo)航系統(tǒng)能夠有效地解決此困境，幫助用更為快速地獲取目的地信息，從而實(shí)現(xiàn)高效導(dǎo)航。