三維數字化技術在山西旅游文創等方面的研究與探索

潘琛 田永剛 王曉燕

摘要：當前，計算機技術發展迅猛，計算機虛擬技術在我們生產生活的不同領域上不斷發展，讓我們認識到其重要的作用，這使得其應用提供了有利條件。本文主要研究的是如何將虛擬現實技術應用到旅游產業中，如何利用三維數字化技術進行旅游的宣傳展示、文創產品研發、景區旅游線路規劃等內容，通過本文對重點技術的分析以及具體實現，希望可以進一步推動虛擬現實技術在山西數字旅游領域中應用與發展。

關鍵詞：山西;數字旅游;擬現實技術;實踐應用

中圖分類號：TP393? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）03-0091-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

虛擬現實（Virtual Reality），即“VR技術”，主要就是利用計算機平臺，構建出一個基于數字平臺的三維空間虛擬世界，將人類視覺能感應到的事物進行虛擬化，給用戶一種身臨其境的代入感。在VR技術中，除了包含了計算機仿真技術、CG技術，此外，還涉及了三維顯示、人工智能、機器傳感等多種技術應用，VR技術是建立在計算機基礎上的高技術模擬系統。而數字旅游近年來受到越來越多的人關注，作為“數字中國”體系建設發展重要組成部分，結合視覺三維數字化技術，探索基于三維數字化技術應用的旅游在山西旅游發展上的一些可能幫助及其意義。

1 數字旅游中的相關技術

1.1 LOD技術

LOD（Level of Detail）技術指距離較近的視點，所展現的三維模型使用較多的多邊形，而距離視點較遠的三維模型則使用較少的多邊形[1]。在VR技術中，通過需要引進細節層次表示技術，從而達到降低圖形系統負載，保證交互的實時性效率。引入LOD技術方法后，能夠很好地平衡圖形負載，減少計算機資源開銷，提高了仿真的效果。而在數字旅游中，主要就是利用LOD技術展現大面積的三維地形。在LOD技術作用下，一般有兩種生成方法：一是在事先定義好的顯示精度下，經過層次三角形方法、四叉樹方法預先生成數據;二是跟隨視點變換而進行的實時生成，此種方式，只要場景清晰度足夠，便可最大化減少數據量。

1.2 360°虛擬全景圖技術

此項技術是通過使用拍攝裝置進行360度獲取一組或多組的圖像，并經過特殊算法成一個全景的圖像文件，并在后期通過專門的軟件來進行互動呈現圖像。這一技術在目前很多領域都有所涉獵，預訂酒店時，人們可以在App中看到酒店的全貌，進行環繞式瀏覽。但360°虛擬全景圖技術目前只適用于小范圍的全景場合，所以很適合在室內場景、旅游風景等方面使用[2]。

1.3 三維建模技術

VRML虛擬現實建模技術的廣泛應用，定義了三維數字化系統中的一些元素，如場景光源、模型動畫、幾何圖形、模型材質等，通過將上述數據體現在三維空間中。在創建三維數字化空間中通過VRML語言進行創建，并通過計算機多媒體技術讓創建的三維數字化環境有動畫、音頻、視頻及圖像等功能。

例如，在建筑設計界非常流行的Google SketchUp軟件，該三維建模軟件簡單易學，整體操作界面非常簡潔清晰，與其他復雜的設計軟件相比，非常簡單易學，受到了眾多設計者的青睞。該軟件可以為物體表面敷貼材質、貼圖[3]，當中還有很多輔助設施模型，比如足球場、樹、草、路燈等，在設計工作中可以直接應用，這在很大程度上簡化了建模工作量，在短時間內快速建立三維模型。

1.4 數字地球平臺技術

事實上，VRG1S（Virtual Reality Geographic lnformation System）屬于虛擬現實技術和地理信息系統融合后的產物，現階段，這一技術也成了當前研究的熱點內容。當VR技術與G1S技術結合后，可以在真正意義上，實現旅游可視化，提高視覺效果。而數字地球平臺，作為一種應用服務和決策支持系統，實現了地球空間在數據采集、數據存儲、數據傳輸、數據分析、數據表達以及數據輸出等方面一體化運行。利用多分辨率空間影像數據，依托空間數據基礎設施，利用三維可視化技術，可以更好地為人們提供全新的空間信息。由此，可以構想，對于三維數字旅游的實現，可以充分利用虛擬現實技術，結合數字地球平臺，由此便可實現[4]。

2 三維數字化技術在山西旅游文創中的具體實現

2.1 三維數字化技術路線

虛擬視覺VR技術有獨特的可視化技術的優勢，能構建出虛擬旅游系統，該系統主要面向用戶、商家以及相關的旅游管理部門。通過三維數字化構建線上旅游系統，能實現線上呈現真實的旅游環境，其中包括真實的地理位置、周邊的環境、虛擬景點、文物仿真、生活服務設施等，比如商店、酒店、餐館、文化娛樂設施、加油站等。

2.1.1 構建平臺

隨著虛擬數字化平臺的發展，多家的虛擬數字化平臺得到了長足的發展，這也進一步推動了數字旅游的發展，這也給旅游的開發與利用提供了更廣闊的空間。目前可以借助以Google Earth為代表的場景虛擬化系統進行相關項目的開發。Google Earth軟件的推出，融合了衛星影像、G1S、VR技術，實現了多項技術一體化運行。用戶在Google數字地球平臺中，可以獲取到任何國家，任何地區的高精度衛星影像圖。此外，Google Earth軟件自身也具備了非常豐富的G1S功能，當中包含了多種位置的矢量信息，比如地區邊界、地勢、景點、路況、服務設施等。用戶利用KML語言，可以通過類似Google Earth這樣的平臺上進行地標的管理和模型的創建。另一方面還可以在Google Earth平臺上直接構建虛擬旅游環境，通過加載真實的地理信息及實景貼圖，以及室內室外的真實景象實況構建相應的模型，從而為游客提供更加真實的體驗[5]。

2.1.2 KML語言與數據制作

Google Earth 平臺上的3D模型主要是由SketchUp這個軟件來進行制作。SketchUP不僅可以進行幾何體模型的直接創建，其生成文件也可以直接導入CAD進行處理紋理，具有非常多的功能，在操作上非常簡單便利。在該軟件作用下，當模型加載完成后，導入Google Earth平臺后，平臺會將數字模型附加坐標和視點坐標等相關數據，從而構建成一個完整的地標，并以KML文件格式進行存檔。KML就是建立在XML語法和文件格式的標簽語言，主要作用就是對地理信息進行描述、保存。同時，KML也會對Google Earth的顯示效果進行控制。

2.2 虛擬現實場景建模

2.2.1 SketchUp軟件進行三維建模

在建模方面，SketchUP軟件可以對旅游的景點、文物、生活服務設施進行建模，主要利用到的建模工具有3DMAX、X3D、VRML等，而對于實體表面的處理，主要利用實體圖像數據獲取紋理文件等，在這些技術作用下，生成與現實實物一致的三維模型文件。此外，對于旅游景區內的一些矢量數據，例如景區地形數據、建筑物、道路等，這些都可以借助DEM來重建，結合正射影像數據，最終構建成非常逼真、生動的三維虛擬景觀。

以山西晉祠旅游景區建筑圣母殿為例，該部分是虛擬場景中的主體，利用SketchUp軟件對實體建筑進行建模，需要經歷以下幾個步驟：（1）建模的前提基礎便是獲取地形和影像數據。在實際操作過程中，主要是通過使用Google SketchUp軟件進行建筑物三維建模。通過在Google Earth平臺上獲取對應的地形、影像數據，而后借助成型的地形圖，從而得到對應的二維矢量地圖。（2）對于建模數據的獲取，需要從建筑圖紙、建筑物的三維視圖中獲取，包含建筑外觀、幾何形狀。（3）針對模型的層次結構，需要從建筑具體的結構入手，包含了柱、房頂、門窗、墻體、地面等幾個部分，針對不同的結構分別建模[6]。而后在GoogleSketchUp中創建對應的三維模型。（4）為簡化數據量，要在建模后對模型進行優化，減少冗余的多邊形面，從而達到簡化整個場景數據的目的。（5）針對建筑門、窗等較為細致的區域，主要利用紋理映射法，通過使用紋理貼圖來替代對應的實際多邊面部分。

2.2.2 通過VRML進行三維數字化建模

首先，所有的對象建模可以用.wrl文件格式直接導出。對單獨的相關的模型文件進行合成，使其盡量成為一個整體模型，從而簡化模型數量，減少計算、存儲資源的開銷。

其次，交互功能。比如當游覽者在線上進行參觀時，到了展廳的大門，通過單擊大門的按鈕，實現虛擬大門的開啟、關閉動作。而此部分的控制實現，就是運用了VRML的相關傳感技術。而在電視播放的控制方面，是通過相應的代碼實現的。此外，借助TouchSensor節點實現了游覽者點擊展廳內的景點介紹時，不僅可以身臨其境地體驗到景區的場景，同時，也可以通過音頻播放聽到對應的解說，另外，利用平面傳感器，可以滿足游客移動某些旅游物品的需求，進而獲得真實的體驗。

3 結束語

綜上所述，隨著VR技術的不斷發展、日益成熟，為數字旅游系統的開發提供了有力支撐。在虛擬現實技術作用下，在真正意義上，實現了傳統數字旅游景點由平面轉變為三維立體模式，真實還原了旅游景點的各項資源，帶給用戶更加逼真、鮮活的體驗和感受，開啟了實時交互游覽時代。VR技術與數字旅游系統的結合，可以更好地幫助景區管理單位對景區進行旅游線路規劃、旅游信息收集及分析、旅游相關產業發展進行決策、相關文創產品研發提供技術支持等，符合時代發展下對旅游電子商務發展需求，具有非常廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1] 張圣科.AR技術在數字旅游中的運用[J].信息與電腦（理論版），2019，31（19）：32-33.

[2] 馬早升.民居瑰寶——黨家村虛擬現實技術的數字旅游研究與設計[J].藝術科技，2017，30（7）：29.

[3] 帖經煒.基于虛擬現實技術的數字旅游研究與應用[D].山西大學，2011.

[4] 任怡萱，苗放，曾建剛.虛擬現實技術在數字旅游中的應用研究[J].計算機時代，2009（10）：23-26.

[5] 楊揚.數字旅游系統中的虛擬現實技術研究[D].西安電子科技大學，2006.

[6] 張圣科.AR技術在數字旅游中的運用[J].信息與電腦（理論版），2019，31（19）：32-33.

【通聯編輯：光文玲】