基于AR技術的旅游景區戶外大場景設計研究

關鍵詞：旅游景區；AR技術；場景建設；杭州西湖；沉浸式體驗設計

中圖分類號：F59 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2024）24-0076-04

引言

隨著社會的快速進步和科技的日新月異，傳統單一的景區資源已難以滿足游客日益增長的多元化、個性化需求。在此背景下，沉浸式、互動性強的游覽體驗逐漸成為游客競相追逐的新風尚[1]。旅游景區作為文化的傳承者和活動的空間載體，現狀卻面臨同質化嚴重、體驗內容單調等挑戰。因此，如何借助現代科技手段，特別是增強現實（Augmented Reality，簡稱AR）技術，來增強旅游景區的吸引力，豐富游客的游覽體驗，已成為現代旅游業發展中亟待解決的關鍵問題[2]。

AR技術作為一種前沿的交互方式，其核心價值在于通過計算機模擬和仿真技術，將虛擬信息無縫融合到現實世界中，為體驗者打開了一個全新的感知維度。這種技術帶來了人與空間場景溝通交流的新可能，為景區游客提供了真實的、高沉浸性的、可互動的游覽體驗[3]。這種理念與旅游景區追求創新、多元化的發展方向高度契合，為旅游景區的轉型升級提供了強大的技術支撐和無限的創意空間[4]。

一、國內外研究現狀

目前，國內外旅游景區的場景設計研究主要集中在現實場景的設計，研究內容包括景觀規劃、文化傳承、游客體驗、生態可持續等方面。向小軍[5] 探討了景區場景設計在景區規劃中所起到的作用。張勇等[6][7] 強調了文化保護在景區場景設計中的重要性，并以紅色景區為例，挖掘景區場景設計的理念與方法，為文化旅游景區建設、發展提供參考。龐瑩薇等[8][9] 從體驗式設計出發，強調以人的感知為本，以感官體驗、空間設計、意境營造、體驗價值為方向，結合研學課程，為景區場景設計提供新思路。孔俊婷等[10] 從生態學的角度分析了景區場景設計的可持續性問題，為未來景區開發建設提出了更具生態及智慧思想的建設性意見。

在AR 場景設計方面， 目前已有一些相關的研究和應用。Bhaskara Gde Indra[11]的研究表明，AR 技術在場景中的應用增強了游客體驗。劉建東等[12] 以天津五大道旅游景區為例，證明AR 場景可為游客提供全方位、自然沉浸式的交互體驗，滿足游客游覽需求。然而，現有研究主要集中于交互體驗和導覽體驗，缺乏一套具有較強適用性的設計理念和規范標準來指導AR 景區場景的設計。

本研究旨在探討AR技術在旅游景區場景設計中的應用，通過理論分析與實際案例相結合，提出可行的實施策略。研究的預期結果是建立一套適用于旅游景區AR 場景設計的理論體系和實踐方法，為提升旅游景區的吸引力和游客體驗提供理論支持和實踐參考。這不僅對推動旅游業的發展具有重要意義，同時也為景區的創新設計和技術應用開辟了新的路徑。

二、戶外大場景AR技術實現路線

戶外大場景AR 技術的實現原理主要包括了視覺定位和追蹤、圖像識別、虛擬對象渲染和現實場景疊加、AR 互動功能等四大部分[3]。通過移動端設備掃描周圍場景，利用圖像識別技術來識別和跟蹤現實場景中的特定圖像或標記，來確定用戶的位置和方向，包括特征提取、相機標定、運動估計和三維重建等，即VPS 定位技術；使用圖形渲染技術將虛擬資源包括動畫、聲音、模型、視頻等由云端下載到現實場景中，并與現實場景實現真實疊加，包括虛擬資源的姿態、光照、陰影等與現實場景相匹配，以實現更加逼真的視覺效果。使用Unity中的C# 或其他腳本語言編寫交互邏輯，并調用AR foundation和SDK 提供的接口，將其與AR 系統的功能進行綁定，以實現更加靈活和個性化的AR 交互體驗，具體實現路線如圖1 所示。

三、旅游景區戶外AR大場景設計實現路徑——以杭州西湖景區蘇堤、花港區域為例

（一）前期準備

1.AR平臺的選擇。目前，主流科技公司開發的AR 平臺在實現原理和使用方式上大同小異。Google AR Core具有運動跟蹤、環境理解和光照估計功能，可以精確理解并跟蹤用戶的實際位置，通過檢測各種表面及環境光照條件，使AR 場景與物理空間更好融合，支持Vulkan 圖形接口，具備良好的跨平臺能力。Apple ARKit 主要依靠設備攝像頭捕捉實時場景，結合運動跟蹤、高級場景處理及顯示能力，提供豐富的AR 體驗。其功能包括深度場景重建、視覺語義學、光流框架、多人身體跟蹤等，支持虛實融合。華為河圖AR 技術則以城市大空間厘米級計算能力和大規模3D 地圖構建能力著稱，具備AI 場景理解、超遠距離深度估計、全場景虛實遮擋功能，適合大型戶外空間AR 場景設計。三者均可應用于旅游景區AR 場景設計。

2. 研究案例：杭州西湖景區。杭州西湖，作為世界文化遺產名錄的代表性景區，其蘇堤、花港區域是核心部分。此區域面積約300畝，植物繁茂，水面廣闊，建設AR 場景平臺需具備準確的空間定位和實時定位能力，避免植物干擾。考慮到平臺的便利性，以下將以華為河圖AR 平臺為例進行詳細分析。

3. 地圖數據采集。為了確定整體場景的選址以及AR 展示方式，在進行AR 大場景設計之前，對旅游景區的現場進行整體調研與文獻查閱，最終確定選址是十分必要的。如此可歸納出旅游景區在文化表達、科普教育、游客體驗等方面的需求和痛點，為之后AR 大場景的設計提供了設計依據和內容支撐。

在AR 場景設計的選址中，景區的景觀特色度與交通便捷度是兩個最重要的參考要素。考慮到景觀特色，每個景區的核心區域憑借其最具吸引力和代表性的特點成為設計AR 場景的首選。核心區域是景區自然、人文底蘊的精華所在，集中展示了景區的內涵與形象。在此進行AR 大場景的建設，可以吸引更多游客，有利于景區文化內涵具象化，帶動景區的整體發展。同時，選址的交通便捷度也不可忽視。景區周圍公共交通設施區域具備較好的道路通達性與較大的客流量，可以作為AR 場景設計的選址地點。這類區域客流條件較好，是絕大部分游客們游覽景區的必經之路。在此進行AR 大場景的建設，可以極大程度方便游客的游覽，同時增加AR 場景的使用頻率和曝光率，提高游客對景區的認知度和記憶。

蘇堤、花港區域位于杭州西湖景區西南面，是西湖景區的重要組成部分。下面以此為例，對其進行AR 場景建設的選址可行性分析。蘇堤、花港區域自然景觀優美，以花、港、魚為特色，三面環水，一面依山，風景別具一格。此地前有南宋內侍官盧允升在此建有私家園林“盧園”，引水疊山，養魚種花，后有乾隆皇帝題“花家山下流花港，花著魚身魚嘬花”。之詩句，使得此地自然風光與人文情懷兼具。同時，該區域交通便捷，2021年客流量達到350萬人次，具備公交車、游覽車等多種公共交通方式，滿足AR 場景設計對使用頻率和曝光率的要求。綜上所述，蘇堤、花港區域是AR 大場景設計的優良選址。

4. 現場調研、文獻查閱、場地選址。在AR 大場景設計之前，需要對旅游景區進行現場調研和文獻查閱，以確定整體場景的選址和AR 展示方式。調研可以幫助識別景區在文化表達、科普教育、游客體驗等方面的需求和痛點，為AR 設計提供依據。

選址時，景區的景觀特色和交通便捷度是重要參考因素。景區的核心區域通常具有最具吸引力和代表性的特點，是AR 場景設計的首選。蘇堤、花港區域自然風光優美，歷史文化底蘊深厚，且交通便利，符合AR 大場景設計的選址要求。

（二）方案設計

1. 虛擬IP 形象設計。虛擬IP 形象能夠為旅游景區創造獨特的視覺形象，提升游客體驗。設計應符合大眾審美，確保IP 形象被游客接受和喜愛。設計元素應簡潔明了，具有鮮明特點，能夠吸引游客注意，可以在游覽過程中與虛擬IP形象形成互動，獲取更多關于景區的信息。IP形象應結合當地文化特性，并融入文化習俗，確保與景區整體風格一致[13]。蘇堤、花港區域的虛擬IP 形象“花小魚”以卡通風格展現，體現南宋文化特色，作為游客的專屬導游，提升景區體驗。IP形象如圖2所示。

2. 節點設計。AR 場景節點設計應綜合考慮交通情況、文化內涵、空間尺度、設施狀況、游客需求等因素。設計應遵循以下原則：

（1）真實性原則的深化。考慮AR 技術特性，注重節點光照、虛擬資源陰影等細節，確保AR 體驗的逼真效果。如強光照環境下，AR 虛擬資源的呈現通常會受到影響；虛擬資源制作時呈現出來的色彩在放置在現實場景后，受光線等因素的影響，可能會存在偏差；植物茂盛區域，AR 虛擬資源與植物之間的遮擋關系可能存在問題。

（2）適配性原則的強化。虛擬資源的色彩和質感應與真實環境適配，保持視覺上的和諧與一致。真實場景與虛擬資源之間可形成對比色關系，也可以是鄰近色，以確保視覺上的和諧與一致。

（3）特色性原則的突出。挖掘并利用景區的獨特之處，將其融入AR 場景中，創造與自然景觀協調的節點空間。如將當地的美食文化、風俗民情、歷史故事融入AR 場景中，利用AR 互動技術，讓游客能夠親手觸摸歷史，看見未來，為游客帶來視覺沖擊和感官享受，打造沉浸式文化和旅游體驗新場景。

（4）趣味性原則的拓展。有趣、新穎、獨特的AR 場景節點設計能夠幫助景區吸引更多的游客，為游客提供沉浸式體驗，如通過AR 技術將傳統的藝術形式以全新的方式呈現出來，還可以運用互動形式，如游戲、競賽等，讓游客參與其中。

（5）避免干擾原則的細化。由于AR 場景是虛擬場景，當人穿過其中時必會對其產生干擾，所以AR 場景節點的選址應避開人流，可以設置在周邊綠地或半空中；同時，也要考慮由于體驗AR 場景造成的人群聚集和交通擁堵，如在道路附近設計AR 場景，盡可能選擇在道路兩側，讓游客有足夠的停留空間。

蘇堤、花港區域的御碑錦鯉節點位于花港公園主入口，現狀有古魚池與御碑亭，人流較為集中，游客主要以團隊游客與歷史深度游散客為主，景點解說以說明牌為主，游客較難理解、想象乾隆皇帝當年臨湖題詩，落英繽紛、鳶飛魚躍的畫面。故在古魚池上設計游動的魚群，漫天飛舞的海棠落花等AR 場景，再加上音樂的氛圍再現乾隆詩中“花家山下流花港，花著魚身魚嘬花”的意境，同時在說明牌上方以聲音、視頻的方式對景點文化進一步解說，將御碑亭背后的故事表達出來，具體場景效果如圖3所示。

3. 故事體驗線設計。故事體驗線可以引導游客在場景中進行探索，極大提升了游覽體驗，AR 技術可以有效優化傳統旅游中故事體驗線設計的不足，讓游客以第一人稱參與到劇情故事中來，提供更直觀、更易于理解的導航服務，通過為游客分配劇情任務，引導游客游覽各大場景，在進行旅游景區AR 大場景故事體驗線設計時一般要注意以下幾點[14]。

（1）打造游覽動線。通過AR 技術創建非線性敘事結構，強調場景的流動性，改變傳統媒體的“線 性秩序”敘事方式，通過重構傳統游覽動線向游客展示空間的多個維度。

（2）體現游覽韻律。圍繞景區主題，將各個景點串聯起來，安排結構順序和節奏，提供豐富的游覽體驗。內容的編排中可以融合傳統文化中的經典 IP 元素，結合景區內現有公共設施進行數字化再創作。

（3）遵循全局觀念。綜合考慮文化、生態、互動等多種景點，確保主題和故事貫穿始終。為游客提供豐富多樣的游覽體驗，增強游客的代入感，提高整體的游覽體驗。

（4）提供智慧導覽。利用AR 技術提供直觀的導航服務，設計虛擬講解員或歷史人物形象，增強游客代入感。為游客講解豐富的歷史、文化和科學知識，結合互動和獎勵機制，通過不同行為去觸發、影響、改變互動體驗，進而融入故事體驗線中，推動空間敘事發展的同時形成獨特的游覽體驗。

蘇堤至花港區域精心布局六大AR 互動節點，串聯成一條沉浸式故事體驗線，自蘇堤南入口啟程。虛擬導游“花小魚”作為引導，概述西湖AR 景區特色，游客通過激活“解鎖小使者”徽章，接收花小魚親筆信，正式開啟旅程。隨后步入“宋韻集市”節點，運用AR技術重現宋代市井繁華，游客可聆聽商品背后的歷史文化，參與投壺游戲，贏取“南宋商賈徽記”。轉至“御碑錦鯉”場景，古魚池畔，游客在了解歷史典故中觀賞錦鯉游弋、落英繽紛，互動后獲頒“錦鯉祥瑞徽記”。步入馬一浮紀念館，AR 技術讓馬一浮大師書畫作品凌空展示，體驗時空穿越之感，頒發“山水意境徽記”。紅魚池區，通過錦鯉抽簽互動，學習錦鯉知識，收獲“錦鯉祈福徽記”。最終抵達大草坪，IP“花小魚”引領音樂節高潮，舞臺融合花卉元素與AR 錦鯉特效，呈現科技與自然的和諧共生，為游客帶來前所未有的視聽享受，并頒發“幸福圓滿成就徽記”，圓滿結束此次文化科技交融的旅行體驗。通過六大徽章的獲取，形成完整的故事游覽體驗，節點徽章設計如圖4 所示。

4.交互設計。為豐富和提升游客的體驗，結合現實場景，通過聲音、動畫、模型、動畫等打造出沉浸式氛圍，讓游客參與其中，本項目采用虛擬購物系統及游戲交互系統來實現。

（1）虛擬商業街購物系統：購物交互模塊是系統與用戶交互的核心部分，負責用戶在虛擬商業街中的購物體驗。此模塊包括識別觸摸模塊和跳轉購物平臺模塊。

購物交互模塊主要包括識別觸摸模塊和跳轉購物平臺模塊。識別觸摸模塊通過Unity 中的Update 和CheckClick 函數實時檢測觸摸事件，并通過InteractObject 函數執行與三維商品模型的交互。該模塊還包含判斷函數，使用Unity 中的IF 函數對觸摸事件的碰撞結果進行判斷，確保觸摸事件有效后才執行交互操作。場景相機會通過Physics.Raycast 組件在用戶觸摸位置發射射線，判斷射線是否與三維商品模型發生碰撞。

進一步的，識別觸摸模塊的判斷函數會評估射線、碰撞結果、射線延伸距離（Mathf.Infinity）和三維商品模型的層級（layerMask）。只有在射線與自定義層級中的三維商品模型發生碰撞時，才會觸發交互操作。每個虛擬3D 商業區模型都設置了物理碰撞器，用于檢測射線碰撞。

在用戶觸摸三維商品模型后，跳轉購物平臺模塊會通過Unity 中的OpenURL 方法，調用Application.OpenURL 函數，將用戶頁面跳轉至相關購物平臺。場景識別與資源加載模塊則負責實時識別用戶的地理位置，并將該信息傳送到資源加載模塊。資源加載模塊根據用戶的位置，從云端服務區提取相應的虛擬3D 商業區模型，并加載到用戶當前場景中，實現虛擬與現實場景的融合。

（2）交互游戲系統：單人交互形式旨在通過用戶與虛擬場景的互動，提升用戶的沉浸感和游戲體驗。首先，設計諸如“單人游戲”“啟動”和“退出”等按鈕的用戶界面（UI）元素，以促進用戶的交互體驗。通過編程實現，追蹤用戶的當前位置，并計算用戶與虛擬模型資源之間的距離。當用戶進入預設范圍時，顯示與單人游戲模式相關的UI 交互按鈕。用戶點擊“單人游戲”按鈕后，將激活“啟動”按鈕。游戲啟動后，相應的虛擬場景游戲開始運行，并顯示包含“退出”按鈕的界面。用戶可以隨時點擊“退出”按鈕退出游戲，該操作將重置所有UI 元素至初始狀態，有效終止游戲會話。

聯機交互形式的目的是通過多用戶之間的互動，增強游戲的社交性和競爭性，提供更加豐富的游戲體驗。設計了多人游戲交互所需的UI 元素，包括“多人游戲”“面對面匹配”“退出”“啟動”以及輸入“密鑰”的文本框等按鈕。用戶輸入房間號并點擊聯機交互按鈕后，進入虛實融合的虛擬場景。

通過Socket 網絡連接與服務器進行通信，實現信息交換，支持多人匹配與聯機游戲。點擊“多人游戲”按鈕后，顯示“面對面匹配”按鈕和“密鑰”輸入框。用戶輸入相同的密鑰并點擊“面對面匹配”按鈕，開始匹配過程。服務器監聽指定的IPv4 地址和1010 端口，等待客戶端連接請求。成功連接后，服務器利用Connect（）函數建立客戶端連接，通過Get Stream（）方法獲取網絡流，使用Read（）方法接收客戶端發送的數據。當接收到“ftf”信號時，服務器返回確認消息，促成密鑰交換。服務器管理房間狀態，包括玩家數量、密鑰、游戲完成狀態、得分信息以及房間狀態（ks）。匹配時，服務器遍歷現有房間，尋找滿足條件的房間或創建新房間，將連接的客戶端設為房主。

5.UI 設計。UI 設計的目標是提供友好、功能完整的界面。由于AR 眼鏡尚未普及，AR 體驗主要通過移動端進行，UI 設計需操作簡易、直觀，確保用戶能夠輕松理解和操作。設計應符合用戶使用習慣，增加交互功能，提升用戶體驗[15]。

魚鳥科普節點場景處設置了錦鯉抽簽小游戲，待游客掃描場景定位后，魚池中出現5 條三維虛擬錦鯉，同時出現一系列UI 按鍵，左上角為菜單按鍵，點擊后有游戲說明等相關內容，右上角為聲音開啟與關閉按鍵，界面中間為抽錦鯉按鍵，點擊后屏幕中出現錦鯉動畫，然后顯示出抽到的錦鯉卡，整體UI 圖標簡潔明快，用戶操作方便，具體UI 操作界面如圖5 所示。

6. 虛擬資源制作。AR 虛擬資源一般包括三維模型、動畫、光照特效、聲音、視頻等，具體制作方式需遵循特定的路徑。三維模型通常使用3D 建模軟件，如Blender、Maya、3d Max 等進行創建。模型根據實際尺寸和比例進行制作并賦材質，放置在現實場景中可以調整位置、大小和角度；動畫制作除通過3D 建模軟件的動畫幀功能實現外，還可通過Unity 軟件來實現；聲音制作可使用音頻編輯軟件，如Audacity、Adobe Audition 等；視頻、幀圖片制作可使用各類視頻軟件，如Pr、Ae 等完成，最終將這些虛擬資源在unity 里實現整合。

蘇堤、花港景區的AR 場景通過各類軟件進行虛擬仿真后，使用Unity 的C# 語言編寫交互邏輯，并調用華為河圖Toolya foundation和SDK 文件，實現虛擬demo 創作，通過AssetBundle Browser 插件將虛擬資源打包后，上傳到Toolya 平臺，實現虛擬資源向現實場景的置入，具體流程如圖6 所示。

（三）現場調試

在現場調試時，確保所有虛擬資源的兼容性和穩定性至關重要。檢查模型、動畫、聲音和視頻的格式和大小，確保其在移動設備上能正確渲染。虛擬資源文件應盡可能小，一般不超過50MB，以適應5G 傳輸速度。同時，高性能的CPU、GPU 和內存有助于提高虛擬資源的穩定性。檢查UI 設計是否合理，確保定位有效，并考慮虛擬資源與現實場景的協調性，如擺放位置、大小、色彩和虛擬遮擋。此外，還要評估AR 場景的觀賞性和對游客體驗的影響。

蘇堤、花港區域的AR 大場景設計基于華為河圖技術，使用Toolya 平臺，定位后可顯示使用者周圍500m 范圍內的虛擬資源，現場調試后測試虛擬資源的游賞性、故事體驗、互動內容和UI 邏輯，并根據結果進行優化。

結語

虛擬現實技術已成為未來旅游的重要趨勢，特別是AR 技術在旅游景區戶外大場景設計中的應用。AR 技術不僅能為游客提供智能導航和解說，還能增強游客對景區生態和文化的了解，提升沉浸式體驗。要有效推進AR 在旅游景區的應用，需采用包容、多元、靈活的策略，避免盲目跟風。

本研究結合實際案例，系統介紹了旅游景區戶外AR 大場景的設計要點，為未來虛擬現實場景的設計提供參考。當前，AR 技術的發展仍面臨挑戰，如移動設備性能不足、5G 網絡不穩定、AR 平臺功能不完善等，影響了AR 體驗。未來可在更多方向進行研究，如增強互動體驗、結合社交媒體、嵌入購物功能等。此外，人工智能和物聯網技術的引入也將實現景區數據的實時更新，精準服務游客需求。