增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市交通線路圖的設(shè)計(jì)研究

褚飛　時(shí)新　熊小倩

摘要 新興技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展對各行各業(yè)產(chǎn)生了重要的影響，如何在新時(shí)代紙質(zhì)地圖中尋求到生存與發(fā)展方向成為一個(gè)重要的議題。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality）是將現(xiàn)實(shí)世界與虛擬信息結(jié)合起來的一種技術(shù)，通過對人的感受進(jìn)行模擬和再輸出，提供超越真實(shí)世界感受的體驗(yàn)。文章通過文獻(xiàn)檢索、專家訪談和案例分析等研究方法，分析了AR技術(shù)在城市交通地圖中應(yīng)用的優(yōu)勢及存在的問題，提出了具體的設(shè)計(jì)策略與方法。

關(guān)鍵詞 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí);城市交通地圖;設(shè)計(jì)策略

中圖分類號 TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2022）09-0005-03

引言

隨著社會的進(jìn)步與科技的發(fā)展，越來越多的新興技術(shù)融入人們的生活中，便民利民的同時(shí)也體現(xiàn)了從前存在于書本上的一些科學(xué)技術(shù)并非是遙不可及的。現(xiàn)如今，AR技術(shù)已經(jīng)廣泛運(yùn)用到軍事、醫(yī)療、建筑等多個(gè)領(lǐng)域，利用其高速計(jì)算能力以及較強(qiáng)的模擬仿真效果將虛擬信息疊加至真實(shí)世界中，從而達(dá)到對現(xiàn)實(shí)世界的增強(qiáng)效果。將傳統(tǒng)地圖無法有效傳遞的信息通過該技術(shù)進(jìn)行圖像化展示，將會在一定程度上解決現(xiàn)已存在的問題。

1 城市交通地圖的發(fā)展現(xiàn)狀

谷歌地圖、高德地圖、百度地圖等盛行，互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化測圖技術(shù)與GPS導(dǎo)航大行其道的時(shí)代，各類的電子地圖、虛擬地理環(huán)境等新型地圖層出不窮。盡管各類紙質(zhì)地圖具有使用便捷、攜帶方便、無需外設(shè)等優(yōu)點(diǎn)。但是，相對在數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于測繪領(lǐng)域之前，紙質(zhì)地圖的制作周期長、更新困難，是紙質(zhì)地圖為人詬病的重要原因。即使美國汽車協(xié)會（AAA）印制的擁有七十年以上發(fā)展歷史的TripTik（螺旋芯活頁彩色地圖手冊）等紙質(zhì)指南材料的適用性也被人提出了質(zhì)疑。不容置疑的發(fā)展大趨勢，電子地圖的出現(xiàn)，紙質(zhì)地圖的占有率直線下降。交通線路圖作為城市交通旅游地圖中的一類，雖然地圖信息相對簡單，但是隨著城市的發(fā)展，交通類型的多樣化、線路的不斷增長，樞紐站的交通換乘模式日益復(fù)雜，交通線路為導(dǎo)向的城市旅游圖已成為重要的地圖類型，且地圖的平面信息正向立體復(fù)雜信息過渡。

2 AR技術(shù)應(yīng)用于地圖的優(yōu)勢

2.1 虛實(shí)結(jié)合，內(nèi)容更為豐富

傳統(tǒng)地圖只是單純地通過文字來傳遞信息，使用者在瀏覽時(shí)可能會感到枯燥，且由于紙質(zhì)地圖篇幅有限，文字信息的字?jǐn)?shù)也會受到限制，無法準(zhǔn)確描述出一些較復(fù)雜地點(diǎn)的實(shí)際情況，譬如城市內(nèi)交通樞紐站、店鋪較多的商業(yè)區(qū)、道路復(fù)雜的景區(qū)等。而AR技術(shù)則可以通過設(shè)計(jì)平臺搭建出整個(gè)場景，便于使用者了解到該地點(diǎn)的整體結(jié)構(gòu)以及布局。如應(yīng)用到輕軌站當(dāng)中，使用者便可以通過AR界面提前查詢各個(gè)出口的具體位置與對應(yīng)的信息，有效縮短出行時(shí)間[1]。此外，AR技術(shù)還可以補(bǔ)充紙質(zhì)地圖無法表述的信息，將文字轉(zhuǎn)化為圖像，通過App展現(xiàn)到使用者面前，將虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界聯(lián)系起來。

宜家推出過的一款A(yù)pp就運(yùn)用到了AR功能，消費(fèi)者可以通過App將商品“搬到”家中，還可以根據(jù)自己的喜好改變產(chǎn)品的材質(zhì)與顏色，便于消費(fèi)者依據(jù)現(xiàn)有的居住空間對各產(chǎn)品進(jìn)行選擇搭配。該App對于產(chǎn)品的尺寸也進(jìn)行了標(biāo)注，并且消費(fèi)者可以通過拖動產(chǎn)品，多角度觀察產(chǎn)品細(xì)節(jié)。將虛擬的家具放置到現(xiàn)實(shí)生活場景中模擬家具擺放效果，也在一定程度上讓消費(fèi)者感受到設(shè)計(jì)的樂趣。AR技術(shù)本質(zhì)便是虛實(shí)結(jié)合，把虛擬信息帶入現(xiàn)實(shí)世界中，不再拘泥于平面與真實(shí)環(huán)境，使App整體涵蓋的內(nèi)容更加豐富。

2.2 多維呈現(xiàn)，視覺效果新穎

通常，人們難以將二維信息與三維世界聯(lián)系起來，詳細(xì)的文字信息依舊會讓使用者在現(xiàn)實(shí)世界中感到迷茫。傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖提供的只是附著于紙面的文字信息，難以將信息實(shí)體化展現(xiàn)。而AR技術(shù)是將使用者“投放”到虛擬場景當(dāng)中，將二維信息通過AR技術(shù)轉(zhuǎn)化為三維使其可視化，也可以說AR功能是對地圖上文字信息的解釋，輔助使用者理解文字內(nèi)容[2]。

高德地圖現(xiàn)已支持AR導(dǎo)航功能，該功能便是將二維與三維相結(jié)合。即使身處于一個(gè)完全陌生的環(huán)境當(dāng)中，也可以幫助使用者成功到達(dá)目的地。在開啟AR導(dǎo)航之后，AR場景會與傳統(tǒng)的平面地圖同時(shí)在移動終端上的左右兩側(cè)分別呈現(xiàn)，更方便使用者理解導(dǎo)航內(nèi)容，也可以依據(jù)需求切換至經(jīng)典模式。相較于傳統(tǒng)平面地圖，高德地圖AR導(dǎo)航功能可以讓使用者更快速地獲取傳統(tǒng)導(dǎo)航所傳遞的信息，省去平面地圖在腦內(nèi)加工成三維圖像的復(fù)雜過程，進(jìn)一步節(jié)省時(shí)間成本。如高德地圖二維與三維界面相搭配，在同一顯示器中將信息多維度呈現(xiàn)打破常規(guī)，為使用者提供不同尋常的使用與視覺感受。

2.3 定時(shí)更新，升級簡單快捷

相較于紙質(zhì)地圖的批次印制更新方式，運(yùn)用數(shù)字技術(shù)的地圖開發(fā)團(tuán)隊(duì)通過AR設(shè)計(jì)平臺，完成背景、線路和場景等信息視覺化工作，因此地圖信息的迭代更新快捷。開發(fā)人員在搭建完畢虛擬場景后，需要將其與現(xiàn)實(shí)場景在同一個(gè)畫面中融合，虛擬場景中模型的精細(xì)度以及與現(xiàn)實(shí)的貼合程度，可以隨著設(shè)計(jì)人員對模型的細(xì)化而持續(xù)優(yōu)化，也便于團(tuán)隊(duì)定期對App進(jìn)行更新，不斷完善各功能，保證App運(yùn)行時(shí)的流暢程度，提供最佳使用感受。使用者則可以通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行地圖信息的及時(shí)更新，保證數(shù)字地圖具有很好的時(shí)效性。

3 AR技術(shù)運(yùn)用在地圖中的問題

3.1 AR視覺效果與線路功能關(guān)系問題

大部分的使用者是通過移動終端使用該技術(shù)，但也是局限于移動終端當(dāng)中，AR地圖本質(zhì)上是源于現(xiàn)實(shí)世界的具體場景，后通過移動終端向人們搭建一個(gè)虛擬場景，通過鏡頭以及屏幕中的界面讓使用者看到一個(gè)似是現(xiàn)實(shí)卻又不是現(xiàn)實(shí)的世界[3]。所以，這對于建模的水平要求相對較高，若模型搭建不夠精細(xì)，使用時(shí)的視覺效果以及視覺感受就會大打折扣。為增加場景真實(shí)感，還需要注意該虛擬空間的光源是否一致，現(xiàn)實(shí)世界中的光線是復(fù)雜的，因此在渲染的虛擬物體應(yīng)當(dāng)盡量貼合現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的光照效果。且搭建場景是以還原真實(shí)場景為主，可以參照現(xiàn)實(shí)模擬其光影效果。

此外，整個(gè)界面的布局也需要設(shè)計(jì)者慎重考慮后進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常情況下，使用界面復(fù)雜或輔助功能較多會讓使用者失去耐心，且視覺效果較差，而過于簡潔則有可能出現(xiàn)找不到某某功能的情況，界面的美觀性也會受到影響。因此，應(yīng)當(dāng)充分考慮如何在不影響整體效果的情況下，合理安排地圖中各個(gè)圖標(biāo)的位置，并且考慮除部分基礎(chǔ)功能外，其他輔助功能是否需要保留等一系列問題。

3.2 移動設(shè)備不同系統(tǒng)之間適應(yīng)性問題

目前市場上AR技術(shù)的運(yùn)營大多需要移動終端進(jìn)行配合，但會因不同使用者的移動終端版本不同而出現(xiàn)安卓系統(tǒng)與蘋果系統(tǒng)不兼容的問題。并且隨著時(shí)間推移，會有部分使用者在最初時(shí)是可以正常使用該技術(shù)，一段時(shí)間后便會出現(xiàn)AR地圖界面故障或出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問題等[4]。雖然AR技術(shù)具有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、便于理解、提示功能多樣化等優(yōu)勢，但是要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)AR地圖所消耗資源是較多的，并且軟件開發(fā)也需要技術(shù)人員后續(xù)對其進(jìn)行維護(hù)與不斷完善，而整個(gè)制作環(huán)節(jié)又比較復(fù)雜。目前，目前室內(nèi)地圖很多還是需要依靠人工進(jìn)行建模，會浪費(fèi)很多人力物力，雖然現(xiàn)在已有快速室內(nèi)建模的方法，但仍然存在構(gòu)建結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。

4 AR交通線路圖的設(shè)計(jì)策略

4.1 有選擇地增加AR技術(shù)及輔助功能

應(yīng)在紙質(zhì)地圖的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)丶尤階R技術(shù)，結(jié)合地圖的具體內(nèi)容選擇與其相配適的AR形式，而不是一味地去添加。雖然AR技術(shù)的使用成本較低，但其開發(fā)成本較高以及后續(xù)完善更新的工作量較大，所以不應(yīng)大范圍地去使用AR技術(shù)，而是有選擇地在換乘站點(diǎn)或是人流量較大的站點(diǎn)支持使用AR地圖功能。可換乘其他線路的站點(diǎn)多為軌道交通樞紐，站內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且乘客在換乘線路時(shí)步行距離也較長，如若出現(xiàn)走錯(cuò)方向或是迷路等狀況，可以說是多走“冤枉路”的同時(shí)又浪費(fèi)了時(shí)間，AR地圖的投入使用，就會有效避免此類情況的出現(xiàn)。當(dāng)使用者在人流量較大的站點(diǎn)時(shí)，向站務(wù)人員詢問路線或是就該站的平面地圖查閱具體的位置信息均不便，此時(shí)AR地圖功能則顯得十分有必要。

選擇性的支持AR地圖功能，更是大大減少了開發(fā)團(tuán)隊(duì)的工作量，更有余力的去解決技術(shù)方面的問題，因App版本較低而移動終端版本較高所導(dǎo)致的App系統(tǒng)不兼容等問題也可以快速有效地解決。減少搭建場景的數(shù)量也有利于開發(fā)團(tuán)隊(duì)對現(xiàn)有的模型進(jìn)行細(xì)化深入，也能夠及時(shí)對使用者反饋的一些影響App運(yùn)行的相關(guān)問題進(jìn)行解決，迅速修復(fù)漏洞，對其及時(shí)更新升級，提供最佳視覺效果與使用舒適感。

另外，還可以依據(jù)使用者的具體需求設(shè)計(jì)出不同模式，譬如添加全局模式或是引導(dǎo)模式。當(dāng)使用者選擇全局模式時(shí)，可以查看整個(gè)空間，定位使用者在整個(gè)空間中的具體位置，并且以平面地圖和AR地圖兩種形式進(jìn)行展示。全局模式可以讓使用者站在“上帝視角”了解自身所處的位置、環(huán)境布局和可供選擇的通行路線，方便其根據(jù)自身需求進(jìn)行選擇，提高信息獲取效率。全局模式大多用于整個(gè)行程的前期，譬如出行前對路線的查詢與規(guī)劃，AR功能則會更加清晰準(zhǔn)確地向使用者展示整個(gè)行程的具體情況。

引導(dǎo)模式主要是引導(dǎo)使用者從當(dāng)前所處的位置到目標(biāo)地點(diǎn)。使用者所關(guān)注的主要信息包括距離信息、時(shí)間信息和位置信息。其中，距離信息和時(shí)間信息幫助使用者了解到整個(gè)行程的概況，而位置信息有助于使用者獲取具體的地理位置信息。預(yù)先將相關(guān)信息提供給使用者，可以讓其在使用過程中不會產(chǎn)生迷茫感或是對App規(guī)劃的路線持懷疑態(tài)度，使用者對App的信任程度也至關(guān)重要。在身處復(fù)雜環(huán)境無法找到目的地的情況下，使用者就可以通過選擇引導(dǎo)模式來解決問題，此時(shí)AR功能可以很好地解決步行場景中使用者難以將真實(shí)場景與地圖對應(yīng)的問題[5]。AR地圖的引導(dǎo)功能以定位功能和路線引導(dǎo)功能為主。其中，定位功能幫助使用者確定自己的位置和方向，路線指引可以幫助使用者快速規(guī)劃出行路線并進(jìn)行指引，到達(dá)目的地。如身處多個(gè)通道交匯處時(shí)，由于環(huán)境復(fù)雜且四周差異較小，引導(dǎo)功能就可以將地圖路線與真實(shí)環(huán)境匹配，幫助使用者順利到達(dá)目的地。

4.2 合理設(shè)計(jì)AR界面與功能

多數(shù)人在整理移動終端中的應(yīng)用圖標(biāo)時(shí)所考慮的不外乎觀感、實(shí)用、效用這三個(gè)因素，由此可見視覺的舒適感與功能的實(shí)用性非常重要。視覺效果直接影響了該App在使用者心中的最初印象，使用功能則決定使用者是否會在下一次有需求時(shí)再次選擇該App。所以App如何讓使用者有一種美觀舒適的感覺需要設(shè)計(jì)者去認(rèn)真思考安排，同時(shí)可以在App內(nèi)加入本地的代表性建筑、美食、文化形象等，設(shè)計(jì)出一套特色圖標(biāo)，向使用App的外地游客展示城市的文化底蘊(yùn)，一定程度上也起到了旅游宣傳的作用。

在使用功能方面，整體AR界面應(yīng)當(dāng)以地圖場景為主，其余功能宜簡不宜多，因?yàn)槭褂谜哌x擇使用AR地圖，主要是為了更加便捷地查詢到理想路線，除搜索目的地位置、路線規(guī)劃、方向指引之外，并不需要太多其他功能。界面內(nèi)的圖標(biāo)設(shè)計(jì)也不宜過大，否則易出現(xiàn)遮擋畫面、影響AR展示效果等問題。應(yīng)當(dāng)在不影響正常使用的前提下，盡量精簡圖標(biāo)的數(shù)量，將主要功能的圖標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)放大，輔助功能的圖標(biāo)適當(dāng)減小，節(jié)省AR界面空間的同時(shí)還可以形成大小對比，相對較大的圖標(biāo)不僅清晰還能夠引起使用者的注意，起到提示的作用，同時(shí)便于老年人使用。

在使用該技術(shù)時(shí)，使用者往往會將注意力集中在手機(jī)里的AR界面上，但是App的使用場景則多為人流量較大的輕軌站，如果沒有及時(shí)注意，極易碰撞到行人或障礙物。在使用界面頂部設(shè)置色彩醒目的提示前方出現(xiàn)障礙物功能，或是在路線引導(dǎo)時(shí)用不同顏色標(biāo)記前方是否可通行，就會有效避免意外的發(fā)生，還可以另外設(shè)置手機(jī)震動加強(qiáng)提示。此外，在部分特殊地點(diǎn)增加探索周圍環(huán)境的功能，讓使用者可以通過App查詢到附近的酒店、餐廳、公交車站的位置信息，以所處站點(diǎn)為中心，獲取一定范圍內(nèi)的興趣點(diǎn)信息。與常規(guī)導(dǎo)航的查詢方式不同，周圍環(huán)境的探索是以地理位置的實(shí)時(shí)動態(tài)為基礎(chǔ)進(jìn)行信息查詢，為使用者提供基于時(shí)間和地點(diǎn)的實(shí)時(shí)信息服務(wù)[6]。例如，使用者希望查詢輕軌站附近可就餐的餐廳位置，就可以使用AR地圖自動搜索附近一定范圍內(nèi)的餐廳，并查詢當(dāng)前位置到餐廳的距離以及餐廳的具體信息，如推薦菜肴、用餐環(huán)境、餐廳評分等等，甚至可以添加提前預(yù)約座位的功能。AR地圖作為一種基于使用者實(shí)時(shí)位置的功能，應(yīng)當(dāng)保證使用者可以及時(shí)獲得準(zhǔn)確信息為前提。

檢索發(fā)現(xiàn)部分現(xiàn)有的AR地圖已加入簡單的交互設(shè)計(jì)，通過觸控、手勢、語音等與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，讓用戶充分感受AR交互的樂趣，但可能因技術(shù)方面的問題導(dǎo)致效果不理想。盡管融入交互設(shè)計(jì)可以提升用戶沉浸感、增添趣味性、實(shí)時(shí)反饋等，但并不適用該文所述的情況，具體使用情況大多是路線查詢，方便快捷地獲取行程相關(guān)實(shí)時(shí)信息，即使身處較為復(fù)雜的環(huán)境當(dāng)中也可以通過AR引導(dǎo)到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)[7-8]。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖的優(yōu)勢是可以將城市交通線路一次性完整展現(xiàn)出來，但是所傳遞的信息量有限，人們獲取有效信息僅限于站點(diǎn)位置與數(shù)量等，且無法做到將立體空間完整呈現(xiàn)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，AR等技術(shù)應(yīng)用越來越多地融入人們的日常生活中，并不斷擴(kuò)大和延伸，由此可見新興技術(shù)的運(yùn)用已是不可回避的趨勢。將AR技術(shù)應(yīng)用到城市軌道交通等線路地圖當(dāng)中，不但有利于使用者查詢站點(diǎn)各出口位置與具體信息，而且能將站點(diǎn)相關(guān)的商業(yè)等配套信息整合在一起，增加了場景的真實(shí)感，并給使用者帶來新奇的體驗(yàn)，為人們提供更加豐富的認(rèn)知與體驗(yàn)。新技術(shù)的運(yùn)用，不僅激活了“舊”地圖的功能，而且給地圖增添了全新的屬性，讓人們對數(shù)字化時(shí)代的地圖產(chǎn)生了全新的認(rèn)識。工程技術(shù)和創(chuàng)意設(shè)計(jì)的有效結(jié)合，二維向三維的升級，并適當(dāng)結(jié)合實(shí)時(shí)信息要素，甚至可以創(chuàng)造全新的事物，推動數(shù)字化的全面轉(zhuǎn)型和社會的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]朱利婭， 時(shí)新， 王子涵， 等. 虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容平臺發(fā)展策略研究[J]. 無線互聯(lián)科技， 2021（23）： 69-71.

[2]侯曉寧， 郭健， 李愛光， 等. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)電子地圖應(yīng)用模式研究[J]. 測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)， 2016（6）： 639-643.

[3]廖靜雯， 郭園， 曾語梓， 等. 交互理念下的商業(yè)廣場景觀人性化設(shè)計(jì)[J]. 住宅與房地產(chǎn)， 2020（27）： 50-51.

[4]張美， 章立. 面向旅游體驗(yàn)的AR交互模式應(yīng)用研究[J]. 包裝工程， 2019（2）： 191-195.

[5]徐俊波， 呂宏武， 高子晗. 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的智能交互式地圖構(gòu)建方法研究[J]. 自動化應(yīng)用， 2020（10）： 75-77+82.

[6]陳俊， 時(shí)新， 李順龍， 等. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用場景中虛擬與真實(shí)邊界的研究[J]. 電腦編程技巧與維護(hù)， 2021（7）： 152-154.

[7]郭園， 時(shí)新， 郭晨旭， 等. 基于計(jì)算機(jī)視覺的桌椅人機(jī)適應(yīng)性應(yīng)用研究[J]. 裝飾， 2019（12）： 84-87.

[8]張國永. 增強(qiáng)地理環(huán)境的虛實(shí)融合制圖認(rèn)知與方法研究[D]. 中國科學(xué)院大學(xué)（中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院）， 2021.

收稿日期：2022-03-18

作者簡介：褚飛（2000—），女，本科，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)。

基金項(xiàng)目：2021年重慶交通大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃“重慶市交通軌道智慧型活地圖創(chuàng)意設(shè)計(jì)”（202110618093），重慶市青少年創(chuàng)新人才培養(yǎng)雛鷹計(jì)劃“智能景觀裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)與交互體驗(yàn)分析”（CY210710）。