增強現實技術在城市交通線路圖的設計研究

褚飛　時新　熊小倩

摘要 新興技術的產生與發展對各行各業產生了重要的影響，如何在新時代紙質地圖中尋求到生存與發展方向成為一個重要的議題。增強現實（Augmented Reality）是將現實世界與虛擬信息結合起來的一種技術，通過對人的感受進行模擬和再輸出，提供超越真實世界感受的體驗。文章通過文獻檢索、專家訪談和案例分析等研究方法，分析了AR技術在城市交通地圖中應用的優勢及存在的問題，提出了具體的設計策略與方法。

關鍵詞 增強現實;城市交通地圖;設計策略

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

引言

隨著社會的進步與科技的發展，越來越多的新興技術融入人們的生活中，便民利民的同時也體現了從前存在于書本上的一些科學技術并非是遙不可及的。現如今，AR技術已經廣泛運用到軍事、醫療、建筑等多個領域，利用其高速計算能力以及較強的模擬仿真效果將虛擬信息疊加至真實世界中，從而達到對現實世界的增強效果。將傳統地圖無法有效傳遞的信息通過該技術進行圖像化展示，將會在一定程度上解決現已存在的問題。

1 城市交通地圖的發展現狀

谷歌地圖、高德地圖、百度地圖等盛行，互聯網、數字化測圖技術與GPS導航大行其道的時代，各類的電子地圖、虛擬地理環境等新型地圖層出不窮。盡管各類紙質地圖具有使用便捷、攜帶方便、無需外設等優點。但是，相對在數字技術應用于測繪領域之前，紙質地圖的制作周期長、更新困難，是紙質地圖為人詬病的重要原因。即使美國汽車協會（AAA）印制的擁有七十年以上發展歷史的TripTik（螺旋芯活頁彩色地圖手冊）等紙質指南材料的適用性也被人提出了質疑。不容置疑的發展大趨勢，電子地圖的出現，紙質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雜，交通線路為導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雜信息過渡。

2 AR技術應用于地圖的優勢

2.1 虛實結合，內容更為豐富

傳統地圖只是單純地通過文字來傳遞信息，使用者在瀏覽時可能會感到枯燥，且由于紙質地圖篇幅有限，文字信息的字數也會受到限制，無法準確描述出一些較復雜地點的實際情況，譬如城市內交通樞紐站、店鋪較多的商業區、道路復雜的景區等。而AR技術則可以通過設計平臺搭建出整個場景，便于使用者了解到該地點的整體結構以及布局。如應用到輕軌站當中，使用者便可以通過AR界面提前查詢各個出口的具體位置與對應的信息，有效縮短出行時間[1]。此外，AR技術還可以補充紙質地圖無法表述的信息，將文字轉化為圖像，通過App展現到使用者面前，將虛擬世界與現實世界聯系起來。

宜家推出過的一款App就運用到了AR功能，消費者可以通過App將商品“搬到”家中，還可以根據自己的喜好改變產品的材質與顏色，便于消費者依據現有的居住空間對各產品進行選擇搭配。該App對于產品的尺寸也進行了標注，并且消費者可以通過拖動產品，多角度觀察產品細節。將虛擬的家具放置到現實生活場景中模擬家具擺放效果，也在一定程度上讓消費者感受到設計的樂趣。AR技術本質便是虛實結合，把虛擬信息帶入現實世界中，不再拘泥于平面與真實環境，使App整體涵蓋的內容更加豐富。

2.2 多維呈現，視覺效果新穎

通常，人們難以將二維信息與三維世界聯系起來，詳細的文字信息依舊會讓使用者在現實世界中感到迷茫。傳統紙質地圖提供的只是附著于紙面的文字信息，難以將信息實體化展現。而AR技術是將使用者“投放”到虛擬場景當中，將二維信息通過AR技術轉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容[2]。

高德地圖現已支持AR導航功能，該功能便是將二維與三維相結合。即使身處于一個完全陌生的環境當中，也可以幫助使用者成功到達目的地。在開啟AR導航之后，AR場景會與傳統的平面地圖同時在移動終端上的左右兩側分別呈現，更方便使用者理解導航內容，也可以依據需求切換至經典模式。相較于傳統平面地圖，高德地圖AR導航功能可以讓使用者更快速地獲取傳統導航所傳遞的信息，省去平面地圖在腦內加工成三維圖像的復雜過程，進一步節省時間成本。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打破常規，為使用者提供不同尋常的使用與視覺感受。

2.3 定時更新，升級簡單快捷

相較于紙質地圖的批次印制更新方式，運用數字技術的地圖開發團隊通過AR設計平臺，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。開發人員在搭建完畢虛擬場景后，需要將其與現實場景在同一個畫面中融合，虛擬場景中模型的精細度以及與現實的貼合程度，可以隨著設計人員對模型的細化而持續優化，也便于團隊定期對App進行更新，不斷完善各功能，保證App運行時的流暢程度，提供最佳使用感受。使用者則可以通過互聯網進行地圖信息的及時更新，保證數字地圖具有很好的時效性。

3 AR技術運用在地圖中的問題

3.1 AR視覺效果與線路功能關系問題

大部分的使用者是通過移動終端使用該技術，但也是局限于移動終端當中，AR地圖本質上是源于現實世界的具體場景，后通過移動終端向人們搭建一個虛擬場景，通過鏡頭以及屏幕中的界面讓使用者看到一個似是現實卻又不是現實的世界[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，使用時的視覺效果以及視覺感受就會大打折扣。為增加場景真實感，還需要注意該虛擬空間的光源是否一致，現實世界中的光線是復雜的，因此在渲染的虛擬物體應當盡量貼合現實當中的光照效果。且搭建場景是以還原真實場景為主，可以參照現實模擬其光影效果。

此外，整個界面的布局也需要設計者慎重考慮后進行設計。通常情況下，使用界面復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，應當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圖標的位置，并且考慮除部分基礎功能外，其他輔助功能是否需要保留等一系列問題。

3.2 移動設備不同系統之間適應性問題

目前市場上AR技術的運營大多需要移動終端進行配合，但會因不同使用者的移動終端版本不同而出現安卓系統與蘋果系統不兼容的問題。并且隨著時間推移，會有部分使用者在最初時是可以正常使用該技術，一段時間后便會出現AR地圖界面故障或出現網絡問題等[4]。雖然AR技術具有增強現實、便于理解、提示功能多樣化等優勢，但是要創建一個AR地圖所消耗資源是較多的，并且軟件開發也需要技術人員后續對其進行維護與不斷完善，而整個制作環節又比較復雜。目前，目前室內地圖很多還是需要依靠人工進行建模，會浪費很多人力物力，雖然現在已有快速室內建模的方法，但仍然存在構建結果不準確的問題。

4 AR交通線路圖的設計策略

4.1 有選擇地增加AR技術及輔助功能

應在紙質地圖的基礎上，適當地加入AR技術，結合地圖的具體內容選擇與其相配適的AR形式，而不是一味地去添加。雖然AR技術的使用成本較低，但其開發成本較高以及后續完善更新的工作量較大，所以不應大范圍地去使用AR技術，而是有選擇地在換乘站點或是人流量較大的站點支持使用AR地圖功能。可換乘其他線路的站點多為軌道交通樞紐，站內結構復雜且乘客在換乘線路時步行距離也較長，如若出現走錯方向或是迷路等狀況，可以說是多走“冤枉路”的同時又浪費了時間，AR地圖的投入使用，就會有效避免此類情況的出現。當使用者在人流量較大的站點時，向站務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團隊的工作量，更有余力的去解決技術方面的問題，因App版本較低而移動終端版本較高所導致的App系統不兼容等問題也可以快速有效地解決。減少搭建場景的數量也有利于開發團隊對現有的模型進行細化深入，也能夠及時對使用者反饋的一些影響App運行的相關問題進行解決，迅速修復漏洞，對其及時更新升級，提供最佳視覺效果與使用舒適感。

另外，還可以依據使用者的具體需求設計出不同模式，譬如添加全局模式或是引導模式。當使用者選擇全局模式時，可以查看整個空間，定位使用者在整個空間中的具體位置，并且以平面地圖和AR地圖兩種形式進行展示。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、環境布局和可供選擇的通行路線，方便其根據自身需求進行選擇，提高信息獲取效率。全局模式大多用于整個行程的前期，譬如出行前對路線的查詢與規劃，AR功能則會更加清晰準確地向使用者展示整個行程的具體情況。

引導模式主要是引導使用者從當前所處的位置到目標地點。使用者所關注的主要信息包括距離信息、時間信息和位置信息。其中，距離信息和時間信息幫助使用者了解到整個行程的概況，而位置信息有助于使用者獲取具體的地理位置信息。預先將相關信息提供給使用者，可以讓其在使用過程中不會產生迷茫感或是對App規劃的路線持懷疑態度，使用者對App的信任程度也至關重要。在身處復雜環境無法找到目的地的情況下，使用者就可以通過選擇引導模式來解決問題，此時AR功能可以很好地解決步行場景中使用者難以將真實場景與地圖對應的問題[5]。AR地圖的引導功能以定位功能和路線引導功能為主。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劃出行路線并進行指引，到達目的地。如身處多個通道交匯處時，由于環境復雜且四周差異較小，引導功能就可以將地圖路線與真實環境匹配，幫助使用者順利到達目的地。

4.2 合理設計AR界面與功能

多數人在整理移動終端中的應用圖標時所考慮的不外乎觀感、實用、效用這三個因素，由此可見視覺的舒適感與功能的實用性非常重要。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計者去認真思考安排，同時可以在App內加入本地的代表性建筑、美食、文化形象等，設計出一套特色圖標，向使用App的外地游客展示城市的文化底蘊，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界面應當以地圖場景為主，其余功能宜簡不宜多，因為使用者選擇使用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、路線規劃、方向指引之外，并不需要太多其他功能。界面內的圖標設計也不宜過大，否則易出現遮擋畫面、影響AR展示效果等問題。應當在不影響正常使用的前提下，盡量精簡圖標的數量，將主要功能的圖標進行適當放大，輔助功能的圖標適當減小，節省AR界面空間的同時還可以形成大小對比，相對較大的圖標不僅清晰還能夠引起使用者的注意，起到提示的作用，同時便于老年人使用。

在使用該技術時，使用者往往會將注意力集中在手機里的AR界面上，但是App的使用場景則多為人流量較大的輕軌站，如果沒有及時注意，極易碰撞到行人或障礙物。在使用界面頂部設置色彩醒目的提示前方出現障礙物功能，或是在路線引導時用不同顏色標記前方是否可通行，就會有效避免意外的發生，還可以另外設置手機震動加強提示。此外，在部分特殊地點增加探索周圍環境的功能，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，以所處站點為中心，獲取一定范圍內的興趣點信息。與常規導航的查詢方式不同，周圍環境的探索是以地理位置的實時動態為基礎進行信息查詢，為使用者提供基于時間和地點的實時信息服務[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的餐廳，并查詢當前位置到餐廳的距離以及餐廳的具體信息，如推薦菜肴、用餐環境、餐廳評分等等，甚至可以添加提前預約座位的功能。AR地圖作為一種基于使用者實時位置的功能，應當保證使用者可以及時獲得準確信息為前提。

檢索發現部分現有的AR地圖已加入簡單的交互設計，通過觸控、手勢、語音等與虛擬環境進行交互，讓用戶充分感受AR交互的樂趣，但可能因技術方面的問題導致效果不理想。盡管融入交互設計可以提升用戶沉浸感、增添趣味性、實時反饋等，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實時信息，即使身處較為復雜的環境當中也可以通過AR引導到達目標地點[7-8]。

5 結語

傳統紙質地圖的優勢是可以將城市交通線路一次性完整展現出來，但是所傳遞的信息量有限，人們獲取有效信息僅限于站點位置與數量等，且無法做到將立體空間完整呈現。隨著現代科學技術的發展，尤其虛擬現實、人工智能、大數據等新一代信息技術，AR等技術應用越來越多地融入人們的日常生活中，并不斷擴大和延伸，由此可見新興技術的運用已是不可回避的趨勢。將AR技術應用到城市軌道交通等線路地圖當中，不但有利于使用者查詢站點各出口位置與具體信息，而且能將站點相關的商業等配套信息整合在一起，增加了場景的真實感，并給使用者帶來新奇的體驗，為人們提供更加豐富的認知與體驗。新技術的運用，不僅激活了“舊”地圖的功能，而且給地圖增添了全新的屬性，讓人們對數字化時代的地圖產生了全新的認識。工程技術和創意設計的有效結合，二維向三維的升級，并適當結合實時信息要素，甚至可以創造全新的事物，推動數字化的全面轉型和社會的進步。

參考文獻

[1]朱利婭， 時新， 王子涵， 等. 虛擬現實內容平臺發展策略研究[J]. 無線互聯科技， 2021（23）： 69-71.

[2]侯曉寧， 郭健， 李愛光， 等. 增強現實電子地圖應用模式研究[J]. 測繪科學技術學報， 2016（6）： 639-643.

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

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

[5]徐俊波， 呂宏武， 高子晗. 基于增強現實的智能交互式地圖構建方法研究[J]. 自動化應用， 2020（10）： 75-77+82.

[6]陳俊， 時新， 李順龍， 等. 虛擬現實技術應用場景中虛擬與真實邊界的研究[J]. 電腦編程技巧與維護， 2021（7）： 152-154.

[7]郭園， 時新， 郭晨旭， 等. 基于計算機視覺的桌椅人機適應性應用研究[J]. 裝飾， 2019（12）： 84-87.

[8]張國永. 增強地理環境的虛實融合制圖認知與方法研究[D]. 中國科學院大學（中國科學院空天信息創新研究院）， 2021.

收稿日期：2022-03-18

作者簡介：褚飛（2000—），女，本科，研究方向：產品設計、交互設計。

基金項目：2021年重慶交通大學大學生創新創業訓練計劃“重慶市交通軌道智慧型活地圖創意設計”（202110618093），重慶市青少年創新人才培養雛鷹計劃“智能景觀裝置創新設計與交互體驗分析”（CY210710）。