一款基于增强现实技术的“再现长安城”旅游APP

柏佳瑶 赵嘉栋 段锋 孙启星 何鎏

摘要：AR APP再现大唐长安城是以长安城一百一十处里坊、丰富的故事脉线，展现唐代长安城当时的气势恢宏和国际地位。并且以AR作为辅助元素，加强人们对于AR的认知，借助手机便携移动平台，人们可以加深对增强现实（Augmented Reality）作为新一代计算平台，作为未来社会的大数据采集渠道点、物联网控制出发点、人工智能服务提供接受点的认知，在了解中国博大文化的同时提升中国消费者对AR新技术的接受程度。ARAPP再现长安城，以大唐长安城的内容为核心，以增强现实技术为工具，真正解决伴随旅行意义缺失所带来的，旅游景点客体同质化严重、旅行游客主体主动感受程度低的旅游业痛点问题。该项目将有效推动旅游业从门票经济向产业经济转变，发挥旅游“一业带百业”的带动作用，促进传统旅游产业提档升级，促进西安全域旅游示范区创建工作，打造西安全域旅游发展典型，树立全域旅游发展新标杆。本文同时还积极响应国家对于建设“一带一路”的要求、响应习总书记《十九大报告》中对于“坚定文化自信”的要求、响应文化和旅游部对于“促进全域旅游和科技旅游”的要求。

关键词：AR；增强现实技术；旅游发展；文化自信

中图分类号：TP37 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）09-0194-03

增强现实技术（Augmented Reality，简称AR）[1]，是一种实时地感知现实世界的方位及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目的时在屏幕上把虚拟世界嵌套在现实时间中。它可以将真实世界学习和虚拟世界信息无缝叠加，把原本在现实世界的一定时间、空间范围内很难体验到底虚拟信息，通过技术将它们实时地叠加到了同一个画面或空间并同时存在，从而被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。业界普遍认为[2]，2016年是VR元年，更是AR爆发年。

随着AR游戏谷歌Ingress，任天堂Pokemon GO、AR眼镜Meta2、AR浏览器 Wikitude AR等大量優质AR硬件、软件在2016前后的集体爆发[3]，增强现实以其虚实结合、实时交互、三维沉浸[4]、成本低和便捷操作等优点，收到了用户的广泛关注和认可，也得到了社会越来越多研究者和用户的重视。

目前的主流AR硬件设备在价格、维护成本，在精确识别叠加、眼动跟踪技术[5]难度方面的短板使其在短时间内无法成为消费级AR产品，而智能手机是 AR的未来，10 年时间内智能手机AR应用将成为一个新的互联网风口。

同时，随着4G网络的普及、手机CPU处理速度的增强、手机端AR技术算法的日益成熟，扎克伯克在谈到FB未来时明确表示[6]，移动AR时代，内容为王。

近几年来，国外应用市场上饱受好评的APP，例如地图导航软件Wikitude World Browser，Nokia City Lens、旅游翻译文字软件Word Lens、LBS手机游戏Pokemon GO，Ingress，无一例外均是基于LBS的ARAPP。其中为数不多的简单呈现历史信息的旅游APP包括英国伦敦“时间机器”，ARCHE0GUIDE（赫拉神庙实景再现），但其只基于单一旅游风景，游客持续参与感不强。在国内，对于AR的研发与应用集中于智能硬件，可穿戴设备等领域。在AR旅游领域，大多是基于PC端浏览器、虚拟大屏的全景漫步项目，例如北京理工大学再现圆明园项目、河南许昌再现春秋楼古建筑等。在稚嫩手机应用市场上，仅有2018年3月陕西省历史博物馆推出的平面建筑图纸AR立体化项目，此外尚未发现AR+文化旅游相关的手机应用。

当前中国经济下行压力加大，但旅游投资与消费均“逆势上扬”，2017全年，国内旅游人数50.01亿人次，入出境旅游总人数2.7亿人次，全年国际旅游收入达1234亿美元，全年实现旅游总收入5.40万亿元，旅游直接就业2825万人，旅游直接和间接就业7990万人，占全国就业总人口的10.28%。2017年中国旅游产业对GDP综合贡献超10.8%，成为拉动中国经济增长的新引擎。中国已经迎来“大众旅游”时代。

1 市场上同类产品的研究方向和应用场景

1.1 同类产品的研究方向

1.1.1 旅游APP

旅游APP作为一种发展旅游业的新形式，精选全国甚至世界的旅游景点，针对顾客的需求，提供在旅行途中衣、食、住、行、购物、娱乐等综合服务，抛弃了传统做旅行攻略的旅行方式，达到随时随地查询、预约等功能服务的目的，适用于各个客户群体。

其中，旅游APP大致可分为：预定类、攻略类、国际旅行类

1）预定类：具备预订酒店机票等功能的旅游APP，如：携程、飞猪等。

2）攻略类：规划自由行的出行路线，小到必去的胡同美食以及所需的交通证件，大到景点开放时间以及根据最近天气制定的出行路线。如：蚂蜂窝、穷游等。

3）国际旅行类：主要针对出国旅行的顾客，预订酒店、特色民俗以及购买低价机票，甚至包括签证等相关问题。如：穷游、Agoda、Airbnb等。

1.1.2 虚拟现实APP

虚拟现实APP以Ingress为代表。Ingress是由谷歌公司Niantic Labs开发的一款结合现实和生活的Android&iOS免费游戏。Ingress已经超越了它本身作为游戏的性质，它使玩家走出家门，以一种趣味的方式接触外面的世界。

任天堂旗下Pokemon Go这款游戏在很短的时间内风靡全球，俨然成了一个全球文化现象。有学者分析，Pokemon Go成为现象级游戏的本质是因为全球粉丝沉淀于Pokemon这一超级IP中的情感，在AR式游戏这一全新玩法中得到爆发。这说明AR内容将会领先于硬件得到爆发，内容也恰恰是引爆整个产业链的关键。AR以其强大的用户体验壁垒，将成为IP价值最大化的新领地。美国苹果集团现CEO蒂姆库克也表示：“Pokemon Go带给我们的启示不止是强IP的市场号召力，更说明IP与新技术结合产生的创新玩法是游戏成功的重要因素。”

1.2 应用场景

国内增强现公司实ARinChina2017年年度报告中提到AR 可能颠覆的领域和十大行业包括：远程指导、建筑模拟、教学指导、路线导航、广告信息、旅行游览、医疗健康、零售业、娱乐游戏、军事领域，其中以教育行业、工业行业为主要方向。而我们认为文化旅游业也将是AR可能颠覆的行业之一。

2 再现长安城ARPP产品概述、重点研究方向、突出优势和应用背景

2.1 概述

本产品名为再现长安城ARAPP，以大唐长安城的内容为核心，以增强现实技术为工具，真正解决伴随旅行意义缺失所带来的，旅游景点客体同质化严重、旅行游客主体主动感受程度低的旅游业痛点问题。

2.2 重点研究方向和突出优势

重点研究方向：

技术路线分为程序和美工两个部分。在充分进行大唐长安城故事调研工作后，美工组负责进行故事策划、交互游戏设计、UI设计，并利用3Dstudio Max进行部分人物模型、建筑模型的制作及贴图，并手绘制作部分故事场景，制作Flash动画，确立大唐长安城ARAPP网站和APP的统一风格。程序组Unity3D和Android开发并进，Unity3D方面，调用第三方Vuforia ARSDK，进行图片识别、3D物体识别、SLAM场景识别的AR开发并实现云平台API的调用，利用C#语言，实现动态加载实时释放内存、模型脱卡进行模型跟踪，动画脚本、交互操作的制作；Android开发方面，实现手机底层硬件（摄像头、IMU陀螺仪等）、高德地图地理位置信息API、微信分享API的调用，同时实现UI开发、自主API开发。最终实现Android&IOS平台的应用发布。

研究对象主要是内容，AR和APP。在内容方面，深入挖掘、用心感受、真正传达，钟灵毓秀、万邦来朝的大唐长安城，兼收并蓄、博大精深的文化IP，进行故事策划，重现故事场景。我们将通过查阅资料、走访咨询、实地调研等方式，探寻尘封在西安市内大唐长安城二百八十九年、一百一十里坊中丰富的人、物、事、场景、诗词典故内容，讲述中国故事，再现场景如：

回民街上，回纥骑兵势如破竹横扫叛军安禄山，平定安史之乱；

白居易于“德光坊”京兆府（今西北工业大学友谊校区、大唐西市旁）感叹“物性犹如此，人事亦宜然”的栽莲；

在AR方面，第三方ARSDK于Unity3D中调用，书写C #脚本，完成AR内容制作。我们将探寻：

1）借助Vuforia等第三方SDK，实现AR图像识别、AR三维物体识别、AR场景识别等功能，实现例如：

扫描大唐西市酒肆亭阁的桌椅，呈现与李白对诗之景，再次扫描亭阁桌椅上的酒杯，则又再现“葡萄美酒月光杯”，并于李白共饮“清酒”三百杯；

2）借助多种软件，实现AR交互内容动画的制作。

手绘确定AR大唐长安城的统一风格、制作人物模型，建筑模型，故事场景、少量利用3DsMax制作古建筑模型，主要依靠PhotoShop和Flash制作二维动画，同时在Unity3D中利用C#脚本实现与AR内容（人物模型、建筑模型、故事场景等）的交互操作，使用AU制作音效，最终完成AR交互内容动画的制作。

在制作APP方面，进行APK、IPK优化。降低apk、ipk大小，实现手机内存实时释放。

探索Unity导出APK过大、AR模型占用手机内存过多的问题的解决方案。我们将采用第三方AR云平台，实现微服务架构和网格计算，实现云端本地混合识别，实现目标动态加载，大幅降低APK；将在Unity中进行动态加载和模型脱卡，实时剔除已识别物体，释放手机内存；对Android安装包、Unity脚本中软件架构、模块、接口、函数等精益求精，进行Java和C#程序语言的算法、代码优化。

产品的突出优势体现在项目的新颖性、先进性、独特性、竞争优势：中国故事重塑旅游产业、AR技术重塑“时”“空”界限、游戏化重塑旅游体验。中國故事、AR技术、游戏化交互模式的三者有机结合，是文化旅游产业新的理念、新的模式、新的设计思维。

1）讲述大唐长安城的中国故事

深入挖掘、用心感受、真正传达，钟灵毓秀、万邦来朝的大唐长安城，兼收并蓄、博大精深的文化IP，立体化呈现大唐风貌，场景化重现长安故事。

2）利用AR技术打破“时”“空”界限

利用历史资料，将地理信息和历史信息融合在一起，实现对历史位置的现在与过去的叠加，从而产生一种历史错位感。这样，无论是西安居民或是慕名而来的国内国外游客，通过此应用即可感受到一千年之前的长安城宏伟壮观之景。

3）增强激励感、增强参与感的游戏化交互模式的设计

仅实现基于图像、物体识别，呈现有限AR内容进行旅游风景说明的模式，只能带来一次性AR体验冲击，无法实现游客的持续参与。为此，我们设计打造一种人人参与、具有更强社会联系的交互探索游戏体验模式。

2.3 应用背景

旅游是发展经济、增加就业和满足人们日益增长的美好生活需求的有效手段。

再现长安城ARAPP，通过增强现实的技术将古长安的风貌更好的呈献给用户，带给用户更有价值的旅游体验。

产品再现长安城ARAPP主要呈现古长安城每个坊的样貌，体现每个坊的特色，并且与现在的长安进行对比。通过古今对比，让每个用户了解长安的文化意蕴。

再现长安城ARAPP主要是试用于像西安这样的历史文化旅游景点，呈现出在现实中不可见的特色景象。再现长安城ARAPP也是一款偏向于娱乐旅游方面的APP，在APP中用户通过AR进行互动的方式来了解当地的历史文化背景，并且通过任务奖励的模式来激励用户主动去探索一个景点，而不是单纯被导游领着拜访。

3 产品设计总体思路

鉴于项目已取得的研究成果和进展，依据项目核心目标，项目实施方案步骤和总体思路如下：

头脑风暴=>调查研究=>项目立项=>UI交互草图=>APP总体框架/UnityAR动画脚本=>APP功能完善/Unity动画优化=>MVP产品发布=>迭代测试-认知检验=>迭代测试=>应用市场发布=>渠道推广与营销=>展开合作促进西安有机绿色全域旅游建设。

AR APP提供以下方面的服务：再现长安城ARAPP主要是以增强现实技术为用户提供古长安城每个坊的特色。其次，同时也会提供结合APP的最佳旅游路线以及规划。

4 应用实例

这是一款基于AR技术的APP项目，针对项目，我们分析了如下的应用实例：

4.1 用户存在问题分析

1）对于历史古城的西安，游客首次来到西安旅游，需要知道更多更详细的景点介绍和出行方式。

2）通常需要景区与第三方联合开发专用的手机APP，对用户来说，下载门槛客观存在，对于不熟悉手机使用或是现场没有免费WiFi下载时，用户会选择放弃，这也制约了用户参与体验。

3）目前大部分景点、博物馆等已经陆续提供扫码浏览功能，但基本是停留在扫码听导游解说、观看某个特定H5页面等，初步的图文音频应用。

4.2 AR APP再现长安城

1）AR APP再现长安城不需要考虑时间和地点，通过手机设备就能置身投入到场景中，进行一次感官体验，可以带游客去看古城的任何景象，也可以将宏伟的兵马俑伫立在你眼前，真实的体验AR旅游所带来的精彩内容。

2）AR APP再现长安城让你提前做好旅游攻略，相对于真实的旅游场景，AR旅游可以让游客不用浪费那么多时间就能游览完所有景色，同一空间内，游客可以有更多的选择，挑选适合自己出行的路线，也能节省旅游的时间，制定适合自己的路线，轻松地完成愉快的旅途。

3）AR APP再现长安城还能让消逝的美景重现，比如李白吟诗的画面早已没有了，很多人想了解只能通过书本上留下的记载，自己脑补画面，然而AR APP再现长安城可以带游客会与李白一起在月夜下吟诗、对诗，协助狄仁解密大唐疑案，会发现自己可以选择帮助唐玄宗维持开元盛世，得美人，也得江山...

能，此外用户还可以自行上传自己的攻略供其他人参考。

4）商业服务，直接在手机上购买各类门票，电子票通过短信形式发送到用户手机，到景点后直接凭借短信游玩，大大节约用户时间。

5）分享功能，通过图片的GPS位置，软件可以将你所经过的地方和图片连城一条完整的时间轴，用户可以将其分享给家人和朋友。

参考文献：

[1] Goldman Sachs. Virtual & Augmented Reality-Understanding the race for the next computing platform[J]. EQUITY RESEARCH， January 13， 2016.

[2] K. N. Kukulakos， J. R. Vallino. Calibration-free Augmented Reality[J]. Visualization and Computer Graphics， 2016， 4（1）： 1-20.

[3] Azuma R T， Baillot Y， et al. Recent Advances in Augmented Reality[J]. IEEE Computer Graphics and Applications， 2017， 21（6）： 34-47.

[4] Ronald A. A survey of augmented reality[J]. Teleoperators and Virtual

Environment， 2017， 6（4）： 355-385.

[5] Y.Seo， et al. Weakly Calibrated Video-based Augmented Reality： Embedding

and Rending through Virtual Camera[C]. Proc. Int'l Symp. Augmented Reality， 2017： 129-136.

[6] 李苗. AR： 場景交互神器[M]. 北京： 机械工业出版社， 2016.

【通联编辑：张薇】