基于MR技術的城市景區智慧旅游系統方案的應用研究

黃筱佟，宮海曉，邸臻煒

（1梧州學院大數據與軟件工程學院 廣西 梧州 543002）

（2廣西高校圖像處理與智能信息系統重點實驗室 廣西 梧州 543002）

1 引言

隨著網絡信息技術的飛速發展和虛擬現實技術時代的來臨，互聯網、數字化技術與傳統產業迅速實現了協同合作和快速融合，許多行業出現了創新的產業形式，逐漸走向信息化、智能化升級的產業發展道路。其中，旅游行業尤為顯著。現在越來越多的旅游者選擇自由個性出行的旅游方式，結合移動互聯網技術，旅游行業服務發展趨向于個性化和智能化，智慧旅游的建設便是在這個時代背景下被提出的。在互聯網數字化技術環境下，虛擬現實MR技術目前在智慧旅游這一領域實現了較為廣泛的應用，如在線上海世博會、數字故宮等都成為了數字化智慧旅游的典范。梧州是一座具有千年歷史的嶺南文化古城，其地理位置及歷史文化底蘊的獨特性使得其擁有豐富的嶺南文化旅游資源。然而由于地理位置歷史原因，旅游產業發展并未被深度挖掘。因此，在互聯網+的大環境下，利用虛擬現實技術，開發適合本市旅游產業發展背景的智慧旅游解決方案，推動本市旅游產業發展有著深遠的意義。本課題將討論利用虛擬現實MR技術，基于梧州本地旅游資源與特色，開發適用于互聯網環境的虛擬旅游產品應用，提出有助于旅游產業的現代化技術解決方案。

2 虛擬現實與MR技術

虛擬現實技術是20世紀末逐漸興起的一門綜合性技術，涉及計算機圖形學、多媒體技術、傳感技術、人機交互、顯示技術、人工智能等多個領域，交叉性非常強[1]。傳統的虛擬現實技術（VR）指的是利用計算機模擬產生一個三維空間的虛擬世界，通過提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，提供身臨其境的感覺[2]。伴隨計算機技術、互聯網技術、工智能等技術的發展，虛擬現實技術日漸廣泛應用在軍事、醫療、教育、娛樂等眾多應用領域。虛擬現實VR技術改變了傳統人與計算機之間被動單一的交互方式，用戶與系統的交互變得主動、多樣和自然化。但VR技術虛擬成像只能依賴屏幕、頭盔等媒介實現，與真實世界仍有明顯界限。

隨著圖像識別、移動互聯等技術的發展，發展出可以在現實世界成像基礎上疊加實現的虛擬現實技術，稱為增強現實技術（AR）。增強現實也被稱之為混合現實。它通過電腦技術，將虛擬的信息應用到真實世界，真實的環境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在。增強現實技術是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的3D新技術。它將虛擬的信息應用到真實世界，再被人的感官所感知，從而使人們可以達到超越現實的感官體驗[3]。由于增強現實的場景部分由真實的環境構成，強調虛實結合的呈現方式，因此沉浸感效果比純粹的VR技術更為真實。

混合現實技術（MR）是虛擬現實（VR）技術與增強現實（AR）技術的升級，它結合了兩種技術的優勢，能夠更好地將虛擬與真實場景結合的效果體現出來。混合現實（MR）在一個能與現實世界各事物相互交互的環境中實現。如環境中的事物為虛擬即為虛擬現實（VR）[4]。如展現出來的虛擬信息實現在現實事物上的簡單疊加即為增強現實（AR）。混合現實強調完全將真實物體融入虛擬環境，不但允許用戶保持與真實世界的聯系，并能很好地和眼前的虛擬信息進行互動。用戶可以選擇通過配置不同的專業輔助設備選擇與虛擬現實應用進行交互的方式，從而達到不同沉浸度的體驗，實現“智能”效果[5]。虛擬現實MR技術的應用將能為用戶提供更好的參與感與體驗程度。這些技術的應用將大大顛覆傳統旅游形式帶來的體驗。

3 MR技術在本地特色旅游資源中的應用探討

研究結合虛擬現實VR、AR、MR技術特點，應用現狀及趨勢，立足梧州市本地旅游景區的特點及需求出發，提出設計適合于本地旅游特色與文化底蘊的虛擬現實MR技術旅游景區的應用系統解決方案。研究利用虛擬現實技術，結合移動平臺設備，達到呈現智慧化旅游景區深層次文化信息的效果。

3.1 系統功能設計

經研究分析，虛擬現實應用平臺應解決的功能包括：

（1）虛擬景區還原功能。該虛擬現實應用系統框架首先需要實現景區虛擬場景的搭建，包括還原各色園區景觀建筑群、地形石山的創建以及自然植被、水體景觀的真實效果。

（2）場景渲染優化效果。提高虛擬景區場景對象的沉浸感，從而獲得最佳的觀景體驗，是系統設計實現的重點。虛擬漫游系統應能對景區各類景觀進行真實還原，在保證系統穩定性的基礎上，實現模型展現及渲染的優化。

（3）虛擬景區交互功能。設計友好的人機交互界面，實現便捷的操作指引及功能切換效果，并添加個性化的特色效果功能，達到吸引游客，便于推廣的目的。

（4）MR應用拓展功能。作為智慧旅游方案，除了采用傳統的VR技術展現虛擬景區及漫游的主要功能外，可以考慮采用AR技術，以新媒體形式，結合移動互聯網技術實現輕便型應用的開發。同時拓展周邊產品，結合宣傳資料及文創產品的開發，增加更多樣化的虛擬產品體驗，有利于景區宣傳和推廣，擴大影響力及促進旅游產品經濟發展的需求。

3.2 系統研發總體架構

本市城市景區智慧旅游系統方案的研發及總體實現分為以下幾個階段進行：如圖1所示。

圖1 系統開發模塊

（1）三維模型建立模塊：根據旅游景點調研的規劃布局數據，采用三維場景重建技術還原場景模型，實現景區地形、建筑、景觀及自然環境的等比例建構，并通過材質、紋理及光照渲染的處理達到還原場景的效果。

（2）場景效果優化模塊：通過建模軟件的模型及優化技術實現場景模型優化處理；而系統的進一步優化可通過三維引擎技術，在地形、光影效果、紋理效果、渲染器技術及運行效果等方面進行優化，達到增強真實感效果，優化顯示的目的。

（3）交互系統制作模塊：通過使用三維引擎軟件進行交互代碼開發，實現虛擬旅游景區漫游功能及特效展示效果，完成本市旅游景點虛擬漫游交互系統開發。

（4）拓展產品設計模塊：采用三維引擎結合AR插件及混合現實技術Hololens進行虛擬現實拓展效果開發，實現增強現實、混合現實效果拓展產品設計，能通過掃描資料圖片或文創產品圖片展現對應的景點三維虛擬景區效果。

3.3 MR應用系統的實現

在本課題研究中，以梧州市蒼海湖公園景區為例，研究完成了虛擬現實漫游主平臺框架的開發。系統實現了基于數字航拍技術結合3dsMax建模技術的旅游景區三維重構，還原旅游景點景區的場景建設；對景點地形、建筑、景觀、植被等完成了數字可視化三維模型的制作；通過模型優化技術、細節層次技術、著色器編程等技術運用，實現系統運行及顯示效果的優化，達到優化圖形渲染效果，增強畫面真實感的目的。同時利用Unity虛擬現實引擎工具實現了虛擬漫游、地圖導航、景觀介紹、多媒體展示、景觀動態、背景切換等虛擬現實人機交互效果。實現了虛擬現實旅游景點平臺交互功能的設計開發。

通過采用Unity+AR_Vuforia的解決方案，實現手機平臺增強現實畫冊開發，拓展了虛擬現實在移動互聯網設備端的應用，為混合現實技術應用實現打下基礎。增強現實功能畫冊的設計，以智能手機、平板電腦、智能眼鏡等便攜式終端設備為平臺，掃描設備及三維圖像識別跟蹤及三維注冊技術，將設備中的現實場景畫面與虛擬環境、場景、文字、聲音、動畫特效等相重疊，呈現出虛實相融的畫面效果。通過手勢互動，可以達到與虛擬場景實現交互的效果，初步實現混合現實應用效果的開發。后期再進一步通過混合現實體感交互設備的運用，實現實時數據的更新，達到虛實場景更完美融合，實現帶有真實沉浸感互動體驗的目的。

4 結語

本課題通過對虛擬現實、增強現實以及混合技術的研究，立足本地智慧旅游建設課題，研究探討符合本地文化旅游特色的混合現實應用開發方案，并結合本地旅游資源完成了一系列虛擬現實景點漫游及增強現實宣傳畫冊等產品的開發。總結虛擬現實MR技術與旅游項目融合應用的成果，形成一套技術解決方案，對打造智慧旅游項目，進一步推進本地互聯網加智慧旅游建設的發展，有著重要的指導意義。