基于MR技术的城市景区智慧旅游系统方案的应用研究

黄筱佟，宫海晓，邸臻炜

（1梧州学院大数据与软件工程学院 广西 梧州 543002）

（2广西高校图像处理与智能信息系统重点实验室 广西 梧州 543002）

1 引言

随着网络信息技术的飞速发展和虚拟现实技术时代的来临，互联网、数字化技术与传统产业迅速实现了协同合作和快速融合，许多行业出现了创新的产业形式，逐渐走向信息化、智能化升级的产业发展道路。其中，旅游行业尤为显著。现在越来越多的旅游者选择自由个性出行的旅游方式，结合移动互联网技术，旅游行业服务发展趋向于个性化和智能化，智慧旅游的建设便是在这个时代背景下被提出的。在互联网数字化技术环境下，虚拟现实MR技术目前在智慧旅游这一领域实现了较为广泛的应用，如在线上海世博会、数字故宫等都成为了数字化智慧旅游的典范。梧州是一座具有千年历史的岭南文化古城，其地理位置及历史文化底蕴的独特性使得其拥有丰富的岭南文化旅游资源。然而由于地理位置历史原因，旅游产业发展并未被深度挖掘。因此，在互联网+的大环境下，利用虚拟现实技术，开发适合本市旅游产业发展背景的智慧旅游解决方案，推动本市旅游产业发展有着深远的意义。本课题将讨论利用虚拟现实MR技术，基于梧州本地旅游资源与特色，开发适用于互联网环境的虚拟旅游产品应用，提出有助于旅游产业的现代化技术解决方案。

2 虚拟现实与MR技术

虚拟现实技术是20世纪末逐渐兴起的一门综合性技术，涉及计算机图形学、多媒体技术、传感技术、人机交互、显示技术、人工智能等多个领域，交叉性非常强[1]。传统的虚拟现实技术（VR）指的是利用计算机模拟产生一个三维空间的虚拟世界，通过提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，提供身临其境的感觉[2]。伴随计算机技术、互联网技术、工智能等技术的发展，虚拟现实技术日渐广泛应用在军事、医疗、教育、娱乐等众多应用领域。虚拟现实VR技术改变了传统人与计算机之间被动单一的交互方式，用户与系统的交互变得主动、多样和自然化。但VR技术虚拟成像只能依赖屏幕、头盔等媒介实现，与真实世界仍有明显界限。

随着图像识别、移动互联等技术的发展，发展出可以在现实世界成像基础上叠加实现的虚拟现实技术，称为增强现实技术（AR）。增强现实也被称之为混合现实。它通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。增强现实技术是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的3D新技术。它将虚拟的信息应用到真实世界，再被人的感官所感知，从而使人们可以达到超越现实的感官体验[3]。由于增强现实的场景部分由真实的环境构成，强调虚实结合的呈现方式，因此沉浸感效果比纯粹的VR技术更为真实。

混合现实技术（MR）是虚拟现实（VR）技术与增强现实（AR）技术的升级，它结合了两种技术的优势，能够更好地将虚拟与真实场景结合的效果体现出来。混合现实（MR）在一个能与现实世界各事物相互交互的环境中实现。如环境中的事物为虚拟即为虚拟现实（VR）[4]。如展现出来的虚拟信息实现在现实事物上的简单叠加即为增强现实（AR）。混合现实强调完全将真实物体融入虚拟环境，不但允许用户保持与真实世界的联系，并能很好地和眼前的虚拟信息进行互动。用户可以选择通过配置不同的专业辅助设备选择与虚拟现实应用进行交互的方式，从而达到不同沉浸度的体验，实现“智能”效果[5]。虚拟现实MR技术的应用将能为用户提供更好的参与感与体验程度。这些技术的应用将大大颠覆传统旅游形式带来的体验。

3 MR技术在本地特色旅游资源中的应用探讨

研究结合虚拟现实VR、AR、MR技术特点，应用现状及趋势，立足梧州市本地旅游景区的特点及需求出发，提出设计适合于本地旅游特色与文化底蕴的虚拟现实MR技术旅游景区的应用系统解决方案。研究利用虚拟现实技术，结合移动平台设备，达到呈现智慧化旅游景区深层次文化信息的效果。

3.1 系统功能设计

经研究分析，虚拟现实应用平台应解决的功能包括：

（1）虚拟景区还原功能。该虚拟现实应用系统框架首先需要实现景区虚拟场景的搭建，包括还原各色园区景观建筑群、地形石山的创建以及自然植被、水体景观的真实效果。

（2）场景渲染优化效果。提高虚拟景区场景对象的沉浸感，从而获得最佳的观景体验，是系统设计实现的重点。虚拟漫游系统应能对景区各类景观进行真实还原，在保证系统稳定性的基础上，实现模型展现及渲染的优化。

（3）虚拟景区交互功能。设计友好的人机交互界面，实现便捷的操作指引及功能切换效果，并添加个性化的特色效果功能，达到吸引游客，便于推广的目的。

（4）MR应用拓展功能。作为智慧旅游方案，除了采用传统的VR技术展现虚拟景区及漫游的主要功能外，可以考虑采用AR技术，以新媒体形式，结合移动互联网技术实现轻便型应用的开发。同时拓展周边产品，结合宣传资料及文创产品的开发，增加更多样化的虚拟产品体验，有利于景区宣传和推广，扩大影响力及促进旅游产品经济发展的需求。

3.2 系统研发总体架构

本市城市景区智慧旅游系统方案的研发及总体实现分为以下几个阶段进行：如图1所示。

图1 系统开发模块

（1）三维模型建立模块：根据旅游景点调研的规划布局数据，采用三维场景重建技术还原场景模型，实现景区地形、建筑、景观及自然环境的等比例建构，并通过材质、纹理及光照渲染的处理达到还原场景的效果。

（2）场景效果优化模块：通过建模软件的模型及优化技术实现场景模型优化处理；而系统的进一步优化可通过三维引擎技术，在地形、光影效果、纹理效果、渲染器技术及运行效果等方面进行优化，达到增强真实感效果，优化显示的目的。

（3）交互系统制作模块：通过使用三维引擎软件进行交互代码开发，实现虚拟旅游景区漫游功能及特效展示效果，完成本市旅游景点虚拟漫游交互系统开发。

（4）拓展产品设计模块：采用三维引擎结合AR插件及混合现实技术Hololens进行虚拟现实拓展效果开发，实现增强现实、混合现实效果拓展产品设计，能通过扫描资料图片或文创产品图片展现对应的景点三维虚拟景区效果。

3.3 MR应用系统的实现

在本课题研究中，以梧州市苍海湖公园景区为例，研究完成了虚拟现实漫游主平台框架的开发。系统实现了基于数字航拍技术结合3dsMax建模技术的旅游景区三维重构，还原旅游景点景区的场景建设；对景点地形、建筑、景观、植被等完成了数字可视化三维模型的制作；通过模型优化技术、细节层次技术、着色器编程等技术运用，实现系统运行及显示效果的优化，达到优化图形渲染效果，增强画面真实感的目的。同时利用Unity虚拟现实引擎工具实现了虚拟漫游、地图导航、景观介绍、多媒体展示、景观动态、背景切换等虚拟现实人机交互效果。实现了虚拟现实旅游景点平台交互功能的设计开发。

通过采用Unity+AR_Vuforia的解决方案，实现手机平台增强现实画册开发，拓展了虚拟现实在移动互联网设备端的应用，为混合现实技术应用实现打下基础。增强现实功能画册的设计，以智能手机、平板电脑、智能眼镜等便携式终端设备为平台，扫描设备及三维图像识别跟踪及三维注册技术，将设备中的现实场景画面与虚拟环境、场景、文字、声音、动画特效等相重叠，呈现出虚实相融的画面效果。通过手势互动，可以达到与虚拟场景实现交互的效果，初步实现混合现实应用效果的开发。后期再进一步通过混合现实体感交互设备的运用，实现实时数据的更新，达到虚实场景更完美融合，实现带有真实沉浸感互动体验的目的。

4 结语

本课题通过对虚拟现实、增强现实以及混合技术的研究，立足本地智慧旅游建设课题，研究探讨符合本地文化旅游特色的混合现实应用开发方案，并结合本地旅游资源完成了一系列虚拟现实景点漫游及增强现实宣传画册等产品的开发。总结虚拟现实MR技术与旅游项目融合应用的成果，形成一套技术解决方案，对打造智慧旅游项目，进一步推进本地互联网加智慧旅游建设的发展，有着重要的指导意义。