基于虚拟现实技术的景区互动设计研究——以桂林靖江王府景区为例

李丹

(广西师范大学，广西 桂林 541100)

1 绪论

1.1 研究的背景及意义。“桂林山水甲天下”，宋朝人王正功的名句一传几百年，鬼斧神工的天赐景致为桂林攒下不绝的人气。1982年，桂林成为国务院确立的首批24个历史文化名城之一，4年之后又被列为“七五”期间全国7个旅游重点建设城市之一。然而，制约桂林旅游业发展的因素是综合性的，比如：桂林自身的区位优势不明显、桂林经济发展水平不高、观念体制陈旧、竞争力不突出、旅游产品单一等多种因素都影响着桂林旅游业的发展。随着经济的快速发展，科学发展水平也随之提升，各种新技术、新方法、新思维，给社会经济发展带来了无穷的动力，而旅游业是信息敏感型产业，将其与现代化的信息技术和网络平台相结合，将是旅游业发展一个重要的突破口；虚拟现实技术作为这个行业中的“潮流”技术，将虚拟现实技术应用在景区互动中势必能将旅游行业带入一个新境界，同样也是推动旅游业前进的巨大动力，对当今经济和社会的发展有一定的价值意义。

1.2 研究的现状。随着“数字媒体时代”这一概念的出现和人们对它的认识和不断的了解，在GIS技术蓬勃发展的当今，大家对于虚拟现实技术并不陌生。当今，在许多领域当中运用三维可视化技术也非常广泛，三维可视化技术的发展已经成为这个时代的“潮流”，对其研究有着非常重要的意义。因此，将虚拟现实技术应用到景区互动中则是一项重大的突破，使其能够深入而全面的感受旅游景点，使用户立即有“亲临其境”的感觉，并可亲自操作、实践、与虚拟的环境进行交互，使游览者在游览之前对于景区质量和花费之间就有明确的价值认知。

1.3 研究的内容。本文属于基于虚拟现实技术和GIS技术的三维可观化研究领域，将虚拟现实技术应用到景区互动当中，以桂林靖江王府景区为研究区，利用虚拟现实技术，对景区的虚拟可视化进行研究，并在此基础上通过多种传感设备，旅游者可根据自身的感觉，使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察活操作；参与其中的事件，同时提供视、听、摸等直观而又自然的实时感知，并使用户“沉浸”于模拟环境中，达到用户与景区互动的效果。

2 虚拟现实技术在景区互动中应用的相关理论和技术支撑

2.1 虚拟现实技术。虚拟现实技术是利用计算机建立一种逼真的虚拟环境，使得人们产生“身临其境”的感觉，无论是视觉、听觉，还是触觉，都仿佛是在真实环境中一样，并且可以无限制的浏览三维空间的事物。虚拟现实技术在二十世纪末得以快速发展，目前有着广泛的应用，对医学、教育、游戏、军事、商业、太空、机器人、工业辅助设计等领域都有着巨大的影响。

2.2 虚拟现实技术的特点。虚拟现实技术利用计算机建立虚拟环境往往以真实世界或人们虚构的世界作为虚拟环境的原型。虽然称之为虚拟环境，但如何实现手段和技术设备应得当于人们在这个环境中可以产生身临其境的感觉。因此，虚拟现实具有沉浸性、构想性、交互性特性。

2.3 虚拟建模技术的运用

1.基于几何图形的对象建模。在建模型之前，先将真实场景或构想场景中的对象抽象为几何模型；然后使用建模工具构造虚拟景观的对象，比如场景中房屋、道路、树木等；在虚拟环境中添加灯光，并对场景中的对象进行纹理映射及材质设定等；最后计算好摄像机角度和位置、以及相关的环境状况对模型视图的影响，在显示器上显示植染后的视图画面。

2.基于图像的建模技术。基于图像的虚拟漫游技术则主要依靠图像处理技术，对照相机采集的图像或摄像机拍摄的视频进行处理；将处理得到的全景图像作为虚拟系统中的场景来展示。

3.两种方式混合的建模技术。基于图形和图像的建模方法各有利弊，而如果将两种方法混合使用，则可以扬长避短，集两种方法的优点于一身。混合建模技术的基本思想即是如此，同时利用两种建模技术建立场景模型，即以图像建模的方式快速建立大的场景，而以图形建模的方式建立场景中特定的对象。这样既保证了系统开发的效率，又保证了系统的仿真性和交互性。

3 虚拟现实技术在景区互动中的展示系统设计

现如今，虚拟现实技术在景区互动中应用的理论体系和框架还不够完善，对于虚拟现实技术在景区中互动概念的界定存在两种观点，即虚拟旅游有广义和狭义之分。广义的虚拟旅游即包含了所有通过各种媒介(比如互联网)进行有关资料搜集、体验功能服务等各种活动过程，比如在网上浏览景点的相关照片也属于广义的虚拟旅游；而狭义的虚拟旅游则必须运用虚拟现实技术，对真实旅游景区以及其中的景物、环境等进行虚拟仿真，通过三维可观化的形式展示给用户。本文研究的就是以狭义的虚拟现实技术在景区互动中的应用设计和研究，来作为主要研究对象，为了不混淆定义，将其命名为虚拟现实技术在景区互动中的展示系统设计。

通过市场调研和数据分析，发现已有的虚拟现实技术的产品还存在以下不足：

1.缺少旅游景点深度信息介绍。现有虚拟现实技术系统产品在介绍景点信息时，一般选择直接使用官方网站给出的景点介绍。这些介绍信息往往缺少深度，只是对于景点的简单描述，对于游客的价值也较低。

2.漫游路线单一。现有的虚拟现实技术系统产品一般提供自动漫游(无需用户控制)和自由漫游(需要用户参与)两种漫游方式。这两种方式各有利弊，自动漫游可以给出旅游的推荐路线，方便新手和不愿自己寻找旅游路线的游客，但自由性和灵活性较差，无法满足游客多样的需求；自由漫游可以通过移动鼠标，由用户自由、灵活地控制自己的行进，但容易造成迷失方向等情况。

3.功能操作不便利。现有的虚拟现实技术系统在功能操作上存在较多的细节设计问题，包括转向不便利、无法自动避开障碍物等。这些细节的操作问题也带来了用户体验的下降，功能分析的结论主要包括：景点历史、人文信息的深度介绍、漫游路线的多种选择或自定义、景区的过去和未来面貌、虚拟旅游景点拍照、多视角切换、物品査看等功能会带来用户满意度的大幅提升，而旅游景点的基本介绍、基本漫游功能等功能则属于用户希望保证系统基本具备的功能。

4 交互式旅游景区虚拟展示系统应该满足以下目标

1.虚拟展示场景：建立桌面式旅游景区的虚拟三维场景，用户使用计算机观察虚拟世界，并通过包括键盘、鼠标等输入设备操纵虚拟系统，实现对虚拟场景中对象的浏览。漫游用户可以在虚拟场景内漫游，可以选择系统推荐的路线，也可以选择自定义行进的路线，可以执行前进、后退、上楼、下楼、转向等操作，并且可以通过鼠标按键或滚轮、键盘按键灯来控制观察视角的变化。

2.景点介绍：具备景区人文、历史背景深度介绍的功能，具备以图片、文字、声音等形式来展现介绍信息的功能。

3.地图功能：具备地图功能，提供当前漫游场景的等比例缩放的地图，并且标注用户当前所在位置以及前进路线。

4.物品展示： 具备展示场景内特定物品的功能，如古董花瓶等，用户可以在独立的窗口欣赏物品，并且可以使用鼠标对物品执行旋转、拖拽、放缩等操作，以满足不同角度、方位、大小查看物品细节的功能。

5 虚拟现实技术在景区互动中的应用展示系统实例开发

5.1 场景建模

三维模型有低模和高模之分。低模和高模的划分主要是参考模型精细程度，也就是模型的面片数。低模的模型面片数往往较少，细节较少，更注重整体的突出；而高模则细节突出，结构严密，面片数也一般较多。在建模时，一般使用一个基本的几何形状(如长方体，正方体、球体等)为起点，然后从大体的形态入手，再慢慢将模型细化到各个局部的结构上。在建模开始时对大体形态的把握将影响后期雕刻的难易程度。

在建模过程中，使用多边形编辑的常用工具，以点、边、多边形、多边形物体层级下使用移动、切割、挤压、倒角等工具，完成模型的大体勾勒，低模并制作完成。

国学堂模型

5.2 高模贴图

法线贴图是可以应用到表面的特殊纹理。法线贴图在其内部储存了各像素点的高度值，这也使得它能够展示更为细腻和逼真的立体效果。而在虚拟现实技术系统中使用法线贴图，一方面可以表现模型的细节，如石像的斑驳等；另一方面可以直接将贴图应用于低模表面，降低了模型的制作难度，节约了建模的时间成本，加快了整个系统开发的进度。

在3DMAX中导入贴图，并将贴图赋予模型，则模型可以展示精细的纹理。

以靖江王府景区中的国学堂为例，渲染后效果如图：

国学堂贴图模型

5.3 交互功能的实现

在完成的建模与贴图后，可通过VRP-Builder安装插件使3DS MAX中在实用程序面板中的“更多”一栏选项中有能将三维模型导入VRP-Builder软件的插件，点击启动插件弹出界面，然后可将模型导入VRP-Builder软件中。在VRP-Builder软件中可进行三维交互的制作。

物理碰撞系统也是我在制作的过程中遇到的又一个难题。物理碰撞没有设置造成的漏洞导致行走中的角色视角进入场景的各种模型之中，使得交互得不到应有的展示。设置好物理碰撞系统之后就是设定交互的模型音效以及模型事件，通过点击创建面板中的三维模型面板打开模型列表，左键单击一个指定的模型，在界面的右边会显示一个选项栏，选项栏中可对模型进行动作、动画、3D音效等编辑。根据前期收集的材料将一些景点介绍编辑到各个模型中，实现交互过程中通过操作获得景点信息的目的。

6 展望未来

虚拟现实技术的应用在生活中显得的日益重要，使得它有望成为传统旅游的一种重要补充。人们可以通过虚拟现实系统在实际出行前规划旅行线路、了解当地风俗等，这将改变人们搜集旅游景区信息的方式，也会为今后真正的出行游玩带来很大的帮助。在这个崇尚技术应用的时代,新技术本身的使用也会大大提高靖江王府景区在旅游者心目中的形象。人们可以在虚拟现实系统中得到更深入、更有价值的文化、历史信息。虚拟现实技术在景区互动中的应用已经不仅仅是传统旅游的补充，而是一种特殊形态的网络产品。势必能将旅游行业带入一个新境界，同样也是推动旅游业前进的巨大动力，对当今经济和社会的发展有一定的价值意义，也将成为人们生活、消费、社交等活动的重要平台。