基于AR技术的旅游景区户外大场景设计研究

关键词：旅游景区；AR技术；场景建设；杭州西湖；沉浸式体验设计

中图分类号：F59 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2024）24-0076-04

引言

随着社会的快速进步和科技的日新月异，传统单一的景区资源已难以满足游客日益增长的多元化、个性化需求。在此背景下，沉浸式、互动性强的游览体验逐渐成为游客竞相追逐的新风尚[1]。旅游景区作为文化的传承者和活动的空间载体，现状却面临同质化严重、体验内容单调等挑战。因此，如何借助现代科技手段，特别是增强现实（Augmented Reality，简称AR）技术，来增强旅游景区的吸引力，丰富游客的游览体验，已成为现代旅游业发展中亟待解决的关键问题[2]。

AR技术作为一种前沿的交互方式，其核心价值在于通过计算机模拟和仿真技术，将虚拟信息无缝融合到现实世界中，为体验者打开了一个全新的感知维度。这种技术带来了人与空间场景沟通交流的新可能，为景区游客提供了真实的、高沉浸性的、可互动的游览体验[3]。这种理念与旅游景区追求创新、多元化的发展方向高度契合，为旅游景区的转型升级提供了强大的技术支撑和无限的创意空间[4]。

一、国内外研究现状

目前，国内外旅游景区的场景设计研究主要集中在现实场景的设计，研究内容包括景观规划、文化传承、游客体验、生态可持续等方面。向小军[5] 探讨了景区场景设计在景区规划中所起到的作用。张勇等[6][7] 强调了文化保护在景区场景设计中的重要性，并以红色景区为例，挖掘景区场景设计的理念与方法，为文化旅游景区建设、发展提供参考。庞莹薇等[8][9] 从体验式设计出发，强调以人的感知为本，以感官体验、空间设计、意境营造、体验价值为方向，结合研学课程，为景区场景设计提供新思路。孔俊婷等[10] 从生态学的角度分析了景区场景设计的可持续性问题，为未来景区开发建设提出了更具生态及智慧思想的建设性意见。

在AR 场景设计方面， 目前已有一些相关的研究和应用。Bhaskara Gde Indra[11]的研究表明，AR 技术在场景中的应用增强了游客体验。刘建东等[12] 以天津五大道旅游景区为例，证明AR 场景可为游客提供全方位、自然沉浸式的交互体验，满足游客游览需求。然而，现有研究主要集中于交互体验和导览体验，缺乏一套具有较强适用性的设计理念和规范标准来指导AR 景区场景的设计。

本研究旨在探讨AR技术在旅游景区场景设计中的应用，通过理论分析与实际案例相结合，提出可行的实施策略。研究的预期结果是建立一套适用于旅游景区AR 场景设计的理论体系和实践方法，为提升旅游景区的吸引力和游客体验提供理论支持和实践参考。这不仅对推动旅游业的发展具有重要意义，同时也为景区的创新设计和技术应用开辟了新的路径。

二、户外大场景AR技术实现路线

户外大场景AR 技术的实现原理主要包括了视觉定位和追踪、图像识别、虚拟对象渲染和现实场景叠加、AR 互动功能等四大部分[3]。通过移动端设备扫描周围场景，利用图像识别技术来识别和跟踪现实场景中的特定图像或标记，来确定用户的位置和方向，包括特征提取、相机标定、运动估计和三维重建等，即VPS 定位技术；使用图形渲染技术将虚拟资源包括动画、声音、模型、视频等由云端下载到现实场景中，并与现实场景实现真实叠加，包括虚拟资源的姿态、光照、阴影等与现实场景相匹配，以实现更加逼真的视觉效果。使用Unity中的C# 或其他脚本语言编写交互逻辑，并调用AR foundation和SDK 提供的接口，将其与AR 系统的功能进行绑定，以实现更加灵活和个性化的AR 交互体验，具体实现路线如图1 所示。

三、旅游景区户外AR大场景设计实现路径——以杭州西湖景区苏堤、花港区域为例

（一）前期准备

1.AR平台的选择。目前，主流科技公司开发的AR 平台在实现原理和使用方式上大同小异。Google AR Core具有运动跟踪、环境理解和光照估计功能，可以精确理解并跟踪用户的实际位置，通过检测各种表面及环境光照条件，使AR 场景与物理空间更好融合，支持Vulkan 图形接口，具备良好的跨平台能力。Apple ARKit 主要依靠设备摄像头捕捉实时场景，结合运动跟踪、高级场景处理及显示能力，提供丰富的AR 体验。其功能包括深度场景重建、视觉语义学、光流框架、多人身体跟踪等，支持虚实融合。华为河图AR 技术则以城市大空间厘米级计算能力和大规模3D 地图构建能力著称，具备AI 场景理解、超远距离深度估计、全场景虚实遮挡功能，适合大型户外空间AR 场景设计。三者均可应用于旅游景区AR 场景设计。

2. 研究案例：杭州西湖景区。杭州西湖，作为世界文化遗产名录的代表性景区，其苏堤、花港区域是核心部分。此区域面积约300亩，植物繁茂，水面广阔，建设AR 场景平台需具备准确的空间定位和实时定位能力，避免植物干扰。考虑到平台的便利性，以下将以华为河图AR 平台为例进行详细分析。

3. 地图数据采集。为了确定整体场景的选址以及AR 展示方式，在进行AR 大场景设计之前，对旅游景区的现场进行整体调研与文献查阅，最终确定选址是十分必要的。如此可归纳出旅游景区在文化表达、科普教育、游客体验等方面的需求和痛点，为之后AR 大场景的设计提供了设计依据和内容支撑。

在AR 场景设计的选址中，景区的景观特色度与交通便捷度是两个最重要的参考要素。考虑到景观特色，每个景区的核心区域凭借其最具吸引力和代表性的特点成为设计AR 场景的首选。核心区域是景区自然、人文底蕴的精华所在，集中展示了景区的内涵与形象。在此进行AR 大场景的建设，可以吸引更多游客，有利于景区文化内涵具象化，带动景区的整体发展。同时，选址的交通便捷度也不可忽视。景区周围公共交通设施区域具备较好的道路通达性与较大的客流量，可以作为AR 场景设计的选址地点。这类区域客流条件较好，是绝大部分游客们游览景区的必经之路。在此进行AR 大场景的建设，可以极大程度方便游客的游览，同时增加AR 场景的使用频率和曝光率，提高游客对景区的认知度和记忆。

苏堤、花港区域位于杭州西湖景区西南面，是西湖景区的重要组成部分。下面以此为例，对其进行AR 场景建设的选址可行性分析。苏堤、花港区域自然景观优美，以花、港、鱼为特色，三面环水，一面依山，风景别具一格。此地前有南宋内侍官卢允升在此建有私家园林“卢园”，引水叠山，养鱼种花，后有乾隆皇帝题“花家山下流花港，花著鱼身鱼嘬花”。之诗句，使得此地自然风光与人文情怀兼具。同时，该区域交通便捷，2021年客流量达到350万人次，具备公交车、游览车等多种公共交通方式，满足AR 场景设计对使用频率和曝光率的要求。综上所述，苏堤、花港区域是AR 大场景设计的优良选址。

4. 现场调研、文献查阅、场地选址。在AR 大场景设计之前，需要对旅游景区进行现场调研和文献查阅，以确定整体场景的选址和AR 展示方式。调研可以帮助识别景区在文化表达、科普教育、游客体验等方面的需求和痛点，为AR 设计提供依据。

选址时，景区的景观特色和交通便捷度是重要参考因素。景区的核心区域通常具有最具吸引力和代表性的特点，是AR 场景设计的首选。苏堤、花港区域自然风光优美，历史文化底蕴深厚，且交通便利，符合AR 大场景设计的选址要求。

（二）方案设计

1. 虚拟IP 形象设计。虚拟IP 形象能够为旅游景区创造独特的视觉形象，提升游客体验。设计应符合大众审美，确保IP 形象被游客接受和喜爱。设计元素应简洁明了，具有鲜明特点，能够吸引游客注意，可以在游览过程中与虚拟IP形象形成互动，获取更多关于景区的信息。IP形象应结合当地文化特性，并融入文化习俗，确保与景区整体风格一致[13]。苏堤、花港区域的虚拟IP 形象“花小鱼”以卡通风格展现，体现南宋文化特色，作为游客的专属导游，提升景区体验。IP形象如图2所示。

2. 节点设计。AR 场景节点设计应综合考虑交通情况、文化内涵、空间尺度、设施状况、游客需求等因素。设计应遵循以下原则：

（1）真实性原则的深化。考虑AR 技术特性，注重节点光照、虚拟资源阴影等细节，确保AR 体验的逼真效果。如强光照环境下，AR 虚拟资源的呈现通常会受到影响；虚拟资源制作时呈现出来的色彩在放置在现实场景后，受光线等因素的影响，可能会存在偏差；植物茂盛区域，AR 虚拟资源与植物之间的遮挡关系可能存在问题。

（2）适配性原则的强化。虚拟资源的色彩和质感应与真实环境适配，保持视觉上的和谐与一致。真实场景与虚拟资源之间可形成对比色关系，也可以是邻近色，以确保视觉上的和谐与一致。

（3）特色性原则的突出。挖掘并利用景区的独特之处，将其融入AR 场景中，创造与自然景观协调的节点空间。如将当地的美食文化、风俗民情、历史故事融入AR 场景中，利用AR 互动技术，让游客能够亲手触摸历史，看见未来，为游客带来视觉冲击和感官享受，打造沉浸式文化和旅游体验新场景。

（4）趣味性原则的拓展。有趣、新颖、独特的AR 场景节点设计能够帮助景区吸引更多的游客，为游客提供沉浸式体验，如通过AR 技术将传统的艺术形式以全新的方式呈现出来，还可以运用互动形式，如游戏、竞赛等，让游客参与其中。

（5）避免干扰原则的细化。由于AR 场景是虚拟场景，当人穿过其中时必会对其产生干扰，所以AR 场景节点的选址应避开人流，可以设置在周边绿地或半空中；同时，也要考虑由于体验AR 场景造成的人群聚集和交通拥堵，如在道路附近设计AR 场景，尽可能选择在道路两侧，让游客有足够的停留空间。

苏堤、花港区域的御碑锦鲤节点位于花港公园主入口，现状有古鱼池与御碑亭，人流较为集中，游客主要以团队游客与历史深度游散客为主，景点解说以说明牌为主，游客较难理解、想象乾隆皇帝当年临湖题诗，落英缤纷、鸢飞鱼跃的画面。故在古鱼池上设计游动的鱼群，漫天飞舞的海棠落花等AR 场景，再加上音乐的氛围再现乾隆诗中“花家山下流花港，花著鱼身鱼嘬花”的意境，同时在说明牌上方以声音、视频的方式对景点文化进一步解说，将御碑亭背后的故事表达出来，具体场景效果如图3所示。

3. 故事体验线设计。故事体验线可以引导游客在场景中进行探索，极大提升了游览体验，AR 技术可以有效优化传统旅游中故事体验线设计的不足，让游客以第一人称参与到剧情故事中来，提供更直观、更易于理解的导航服务，通过为游客分配剧情任务，引导游客游览各大场景，在进行旅游景区AR 大场景故事体验线设计时一般要注意以下几点[14]。

（1）打造游览动线。通过AR 技术创建非线性叙事结构，强调场景的流动性，改变传统媒体的“线 性秩序”叙事方式，通过重构传统游览动线向游客展示空间的多个维度。

（2）体现游览韵律。围绕景区主题，将各个景点串联起来，安排结构顺序和节奏，提供丰富的游览体验。内容的编排中可以融合传统文化中的经典 IP 元素，结合景区内现有公共设施进行数字化再创作。

（3）遵循全局观念。综合考虑文化、生态、互动等多种景点，确保主题和故事贯穿始终。为游客提供丰富多样的游览体验，增强游客的代入感，提高整体的游览体验。

（4）提供智慧导览。利用AR 技术提供直观的导航服务，设计虚拟讲解员或历史人物形象，增强游客代入感。为游客讲解丰富的历史、文化和科学知识，结合互动和奖励机制，通过不同行为去触发、影响、改变互动体验，进而融入故事体验线中，推动空间叙事发展的同时形成独特的游览体验。

苏堤至花港区域精心布局六大AR 互动节点，串联成一条沉浸式故事体验线，自苏堤南入口启程。虚拟导游“花小鱼”作为引导，概述西湖AR 景区特色，游客通过激活“解锁小使者”徽章，接收花小鱼亲笔信，正式开启旅程。随后步入“宋韵集市”节点，运用AR技术重现宋代市井繁华，游客可聆听商品背后的历史文化，参与投壶游戏，赢取“南宋商贾徽记”。转至“御碑锦鲤”场景，古鱼池畔，游客在了解历史典故中观赏锦鲤游弋、落英缤纷，互动后获颁“锦鲤祥瑞徽记”。步入马一浮纪念馆，AR 技术让马一浮大师书画作品凌空展示，体验时空穿越之感，颁发“山水意境徽记”。红鱼池区，通过锦鲤抽签互动，学习锦鲤知识，收获“锦鲤祈福徽记”。最终抵达大草坪，IP“花小鱼”引领音乐节高潮，舞台融合花卉元素与AR 锦鲤特效，呈现科技与自然的和谐共生，为游客带来前所未有的视听享受，并颁发“幸福圆满成就徽记”，圆满结束此次文化科技交融的旅行体验。通过六大徽章的获取，形成完整的故事游览体验，节点徽章设计如图4 所示。

4.交互设计。为丰富和提升游客的体验，结合现实场景，通过声音、动画、模型、动画等打造出沉浸式氛围，让游客参与其中，本项目采用虚拟购物系统及游戏交互系统来实现。

（1）虚拟商业街购物系统：购物交互模块是系统与用户交互的核心部分，负责用户在虚拟商业街中的购物体验。此模块包括识别触摸模块和跳转购物平台模块。

购物交互模块主要包括识别触摸模块和跳转购物平台模块。识别触摸模块通过Unity 中的Update 和CheckClick 函数实时检测触摸事件，并通过InteractObject 函数执行与三维商品模型的交互。该模块还包含判断函数，使用Unity 中的IF 函数对触摸事件的碰撞结果进行判断，确保触摸事件有效后才执行交互操作。场景相机会通过Physics.Raycast 组件在用户触摸位置发射射线，判断射线是否与三维商品模型发生碰撞。

进一步的，识别触摸模块的判断函数会评估射线、碰撞结果、射线延伸距离（Mathf.Infinity）和三维商品模型的层级（layerMask）。只有在射线与自定义层级中的三维商品模型发生碰撞时，才会触发交互操作。每个虚拟3D 商业区模型都设置了物理碰撞器，用于检测射线碰撞。

在用户触摸三维商品模型后，跳转购物平台模块会通过Unity 中的OpenURL 方法，调用Application.OpenURL 函数，将用户页面跳转至相关购物平台。场景识别与资源加载模块则负责实时识别用户的地理位置，并将该信息传送到资源加载模块。资源加载模块根据用户的位置，从云端服务区提取相应的虚拟3D 商业区模型，并加载到用户当前场景中，实现虚拟与现实场景的融合。

（2）交互游戏系统：单人交互形式旨在通过用户与虚拟场景的互动，提升用户的沉浸感和游戏体验。首先，设计诸如“单人游戏”“启动”和“退出”等按钮的用户界面（UI）元素，以促进用户的交互体验。通过编程实现，追踪用户的当前位置，并计算用户与虚拟模型资源之间的距离。当用户进入预设范围时，显示与单人游戏模式相关的UI 交互按钮。用户点击“单人游戏”按钮后，将激活“启动”按钮。游戏启动后，相应的虚拟场景游戏开始运行，并显示包含“退出”按钮的界面。用户可以随时点击“退出”按钮退出游戏，该操作将重置所有UI 元素至初始状态，有效终止游戏会话。

联机交互形式的目的是通过多用户之间的互动，增强游戏的社交性和竞争性，提供更加丰富的游戏体验。设计了多人游戏交互所需的UI 元素，包括“多人游戏”“面对面匹配”“退出”“启动”以及输入“密钥”的文本框等按钮。用户输入房间号并点击联机交互按钮后，进入虚实融合的虚拟场景。

通过Socket 网络连接与服务器进行通信，实现信息交换，支持多人匹配与联机游戏。点击“多人游戏”按钮后，显示“面对面匹配”按钮和“密钥”输入框。用户输入相同的密钥并点击“面对面匹配”按钮，开始匹配过程。服务器监听指定的IPv4 地址和1010 端口，等待客户端连接请求。成功连接后，服务器利用Connect（）函数建立客户端连接，通过Get Stream（）方法获取网络流，使用Read（）方法接收客户端发送的数据。当接收到“ftf”信号时，服务器返回确认消息，促成密钥交换。服务器管理房间状态，包括玩家数量、密钥、游戏完成状态、得分信息以及房间状态（ks）。匹配时，服务器遍历现有房间，寻找满足条件的房间或创建新房间，将连接的客户端设为房主。

5.UI 设计。UI 设计的目标是提供友好、功能完整的界面。由于AR 眼镜尚未普及，AR 体验主要通过移动端进行，UI 设计需操作简易、直观，确保用户能够轻松理解和操作。设计应符合用户使用习惯，增加交互功能，提升用户体验[15]。

鱼鸟科普节点场景处设置了锦鲤抽签小游戏，待游客扫描场景定位后，鱼池中出现5 条三维虚拟锦鲤，同时出现一系列UI 按键，左上角为菜单按键，点击后有游戏说明等相关内容，右上角为声音开启与关闭按键，界面中间为抽锦鲤按键，点击后屏幕中出现锦鲤动画，然后显示出抽到的锦鲤卡，整体UI 图标简洁明快，用户操作方便，具体UI 操作界面如图5 所示。

6. 虚拟资源制作。AR 虚拟资源一般包括三维模型、动画、光照特效、声音、视频等，具体制作方式需遵循特定的路径。三维模型通常使用3D 建模软件，如Blender、Maya、3d Max 等进行创建。模型根据实际尺寸和比例进行制作并赋材质，放置在现实场景中可以调整位置、大小和角度；动画制作除通过3D 建模软件的动画帧功能实现外，还可通过Unity 软件来实现；声音制作可使用音频编辑软件，如Audacity、Adobe Audition 等；视频、帧图片制作可使用各类视频软件，如Pr、Ae 等完成，最终将这些虚拟资源在unity 里实现整合。

苏堤、花港景区的AR 场景通过各类软件进行虚拟仿真后，使用Unity 的C# 语言编写交互逻辑，并调用华为河图Toolya foundation和SDK 文件，实现虚拟demo 创作，通过AssetBundle Browser 插件将虚拟资源打包后，上传到Toolya 平台，实现虚拟资源向现实场景的置入，具体流程如图6 所示。

（三）现场调试

在现场调试时，确保所有虚拟资源的兼容性和稳定性至关重要。检查模型、动画、声音和视频的格式和大小，确保其在移动设备上能正确渲染。虚拟资源文件应尽可能小，一般不超过50MB，以适应5G 传输速度。同时，高性能的CPU、GPU 和内存有助于提高虚拟资源的稳定性。检查UI 设计是否合理，确保定位有效，并考虑虚拟资源与现实场景的协调性，如摆放位置、大小、色彩和虚拟遮挡。此外，还要评估AR 场景的观赏性和对游客体验的影响。

苏堤、花港区域的AR 大场景设计基于华为河图技术，使用Toolya 平台，定位后可显示使用者周围500m 范围内的虚拟资源，现场调试后测试虚拟资源的游赏性、故事体验、互动内容和UI 逻辑，并根据结果进行优化。

结语

虚拟现实技术已成为未来旅游的重要趋势，特别是AR 技术在旅游景区户外大场景设计中的应用。AR 技术不仅能为游客提供智能导航和解说，还能增强游客对景区生态和文化的了解，提升沉浸式体验。要有效推进AR 在旅游景区的应用，需采用包容、多元、灵活的策略，避免盲目跟风。

本研究结合实际案例，系统介绍了旅游景区户外AR 大场景的设计要点，为未来虚拟现实场景的设计提供参考。当前，AR 技术的发展仍面临挑战，如移动设备性能不足、5G 网络不稳定、AR 平台功能不完善等，影响了AR 体验。未来可在更多方向进行研究，如增强互动体验、结合社交媒体、嵌入购物功能等。此外，人工智能和物联网技术的引入也将实现景区数据的实时更新，精准服务游客需求。