基于三维激光和AR技术的智慧旅游微缩模型场景设计

陈兆倩 王洪雁

摘  要： 针对传统的智慧旅游微缩模型场景设计方法中微缩场景设计精度低的问题，提出一种基于三维激光和AR技术的智慧旅游微缩模型场景设计方法。利用三维激光扫描技术获得旅游场景的三维点云数据，使用统计量描述场景特征，根据场景特征采用目标作用距离计算方法计算微缩模型场景距离。在此基础上，采用分层制作的方法，将旅游场景分为多个模块与子场景，结合得到的模型场景距离，得出智慧旅游微缩模型场景。实验对比结果表明，此次提出的基于三维激光和AR技术的智慧旅游微缩模型场景设计方法比传统的方法微缩场景设计精度高，实际应用意义更强。

关键词： 微缩模型; 场景设计; 三维激光; AR技术; 场景距离计算; 场景构建; 智慧旅游

中图分类号： TN249?34; TP311                   文献标识码： A                      文章编号： 1004?373X（2020）10?0163?03

Smart tourism miniature model scene design based on 3D laser and AR technology

CHEN Zhaoqian1， WANG Hongyan2

（1. Wuxi Taihu University， Wuxi 214064， China; 2. College of Information Engineering， Dalian University， Dalian 116622， China）

Abstract： A method of smart tourism miniature model scene design based on 3D laser and AR technology is proposed to improve the precision of miniature scene in the traditional smart tourism miniature model scene design method. The 3D point cloud data of tourism scenes are obtained by means of 3D laser scanning technology， the scene features are described with statistic， and the scene distances of miniature model are calculated by means of the target operating distance calculation method according to the scene features. On this basis， the tourism scene is divided into several modules and sub?scene by means of the method of hierarchical production， and the smart tourism miniature model scene is obtained by combining the obtained model scene distance. The experimental results show that the proposed method of smart tourism miniature model scene design based on 3D laser and AR technology has higher precision in the miniature scene design than that of the traditional method， which has stronger practical application.

Keywords： miniature model; scene design; 3D laser; AR technology; scene distance calculation; scene construction; smart tourism

0  引  言

交通快速發展以及人民生活水平提高，为旅游业发展提供了更广阔的发展空间。同时，计算机与网络计算机技术的发展，旅游业与信息技术的结合为其发展提供了新的契机。与传统旅行业相比，智慧旅游能够为游客提供更加丰富的服务信息，用户获取信息更加便捷。但是，智慧旅游微缩模型场景创建上，出现场景设计精度低的问题，针对目前存在问题，提出一种三维激光和AR技术应用到智慧旅游微缩模型场景设计方法。微缩模型场景是指现实中已存在，或已有过描述的场景按照一定比例等比缩小制作出来，给游客一种不同的视觉感受。微缩模型场景有助于游客全面、整体地观察景区，并且具有一定的装饰性。

此次基于三维激光和AR技术的智慧旅游微缩模型场景设计方法从微缩模型场景距离计算和微缩模型场景构建两方面完成智慧旅游微缩模型场景的设计。实验对比结果表明，此次设计的基于三维激光和AR技术的智慧旅游微缩模型场景设计方法比传统方法的微缩场景设计精度高，具有一定的实际应用意义。

1  微缩模型场景距离计算

为使微缩模型场景展现更加准确、直观，对微缩模型场景距离计算。在对微缩模型场景距离计算之前，利用三维激扫描技术获取旅游场景三维点云数据[1]，分析旅游场景结构特征，绘制大致草图，确定建筑模型的规模大小、色彩[2]以及绿化等要素，减少场景面数。导入旅游文件，统一文件单位[3]，保证场景后期拼合的无缝隙衔接。同时，在每个模型、贴图上设置有序的英文名称，防止后期修改时出现错误。

由于景区建模数据量较大，旅游场景中任何目标大小不同，首先使用统计量描述场景特征[4]，场景特征计算原理如图1所示。

据上述场景特征计算原理，采用描述特征方法计算特征维度，以降低场景特征维度，计算公式为：

[hnik=cazη]   （1）

式中：[hnik]为旅游场景基本参数;[caz]为统计量计算因子;[η]为场景数据特征。

据上述计算降低场景特征维度，加快网络训练速度[5]，在此基础上，将坐标点加载到三维场景中，确定各场景距离。采用实际场景点目标作用距离计算方法，计算微缩模型场景下的目标作用距离为：

[R=ΔT0NDg·DXFd·?β] （2）

式中：[NDg]为目标观察方向的正交界面内投影面积;[DXFd]为目标与背景温差[6];[?β]为目标与成像距离;[ΔT0]为水平瞬时现场。

通过上述计算得到的坐标，确定实际场景与模型场景的平面位置，将载入的场景位置进行加载和解析[7]，将相关位置信息存储到相应数组中，得到微缩模型中各个场景之间的距离，为实际的智慧旅游微缩模型场景设计中提供依据。

2  微缩模型场景构建

根据上述得到的微缩模型场景距离[8]，构建智慧旅游微缩模型场景，由于制作过程中占用计算机过多资源，采用分层制作[9]方法，根据旅游地貌和基础设施等不同模块，建立多个子场景[10]，将子场景合并，形成最后的智慧旅游微缩模型场景。设计框架如图2所示。

首先对旅游地图矢量化[11]处理，具体过程为：

1） 建立地图模板[12]

将地图扫描成位图文件[13]，采用FLASH导入功能，将位图导入到FLASH中，将其放置在单独图层中，根据地图实际大小调整尺寸。

2） 绘制矢量地图

新建图层作为矢量地图图层，以模板地图为依据，将模板中的建筑物、道路、湖泊等文字做矢量化处理，以相应颜色对应，最后将整个模板图层删除。

3） 完善矢量地图

对矢量地图进行修改和润色。获得矢量图后，构建智慧旅游微缩模型场景，场景交互结构如图3所示。

在上述旅游地图矢量处理完成的基础上，构建智慧旅游微缩模型场景，具体的构建过程如下：

1） 创建三维点，将对象的点x，y，z坐标代入引擎公式

[B=vse·X·Y·Z]

中，[vse]为场景对象函数点。通过上述公式获得函数点，将各个点存入点数组中。

2） 创建面片，将上述坐标代入

[B=fsX·Y·Z]

中，判断[fs]位置，根据不同位置需要，设置不同位置参数，得到三维点，将三维点按照顺时针顺序连接，以此存储到面数组中。

3） 利用贴图坐标点信息，创建坐标点数组，各个面上3个点对应3个坐标点。

4） 按照对象参数，设置材质类型等属性，完成智慧旅游微缩模型场景构建。

将所有场景文件收集打包，运行该文件，对各个功能测试，修改不完善的地方。以此完成基于三维激光和AR技术的智慧旅游微缩模型场景的构建，根据该模型实现微缩模型场景的设计。

3  实验对比

为证明基于三维激光和AR技术的智慧旅游微缩模型场景设计方法的有效性，以某地智慧旅游地所提供的数据为基础，选取其中某一处旅游场景作为实验基础数据。为使实验结果更加具有说明性，将传统方法与此次的基于三维激光和AR技术的智慧旅游微缩模型场景设计方法进行对比。

在实验过程中，从某地旅游数据中选取一张旅游场景图片[x]，将该图片缩放到大小为[qn×ln]，使其最小边等于256，将该图片随机裁剪为[256×256]大小的块，用[xt]表示。然后在[xt]和它的水平变换中抽取5个[256×256]的图片块，得到10个图片块。

根据上述计算给出的图片作为实验数据，分别使用两种方法绘制该旅游场景的网格线。

在实际的场景创建中，存在一些看不见的物体，会直接影响微缩模型场景设计的精度。为保证旅游微缩模型场景设计方法设计的场景还原度高，对比传统场景设计方法和本文的微缩模型场景设计方法的设计精度。实验对比结果如表1所示。

分析表1可知，本文的微缩模型场景设计方法网格线少，基本保持在50条以下，反应旅游场景结构;而传统方法设计出的建筑结构网格线较多，基本在50条网格线以上，结构不明显，会直接影响微缩模型场景的实际设计效果。基于该对比结果，将两种方法的设计精度进行对比分析，结果如图4所示。

分析图4可知，本文微缩模型场景设计方法在网格线数量为20条时，精度达到80%左右，并且随着网格线数量增加，精度仍然能够保持在80%左右，受网格线数量影响较小;而传统微缩模型设计方法在网格线数量为20条时，精度为60%左右，随着网格线数量的增加，呈逐渐下降趋势，说明传统方法受网格线数量影响较大，导致设计精度较低。

4  结  语

针对传统的智慧旅游微缩模型场景设计方法场景分类准确率低和设计精度低的情况，提出基于三维激光和AR技术的智慧旅游微缩模型场景设计方法。利用三维激光扫描技术获取旅游场景三维点云数据，根据该数据计算微缩模型场景距离，在此基础上，构建微缩模型场景，实现智慧旅游微缩模型场景的设计。实验对比结果表明，此次提出的基于三维激光和AR技术的智慧旅游微缩模型场景设计方法比传统方法设计精度更高。

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