增强现实技术在纸质地图中的应用
2015-09-01邓秋月山西省地图集编纂委员会办公室山西太原030002
□ 邓秋月（山西省地图集编纂委员会办公室，山西太原030002）
增强现实技术在纸质地图中的应用
□邓秋月
（山西省地图集编纂委员会办公室，山西太原030002）
本文介绍了利用增强现实技术对纸质地图进行开发的建设目标，并结合《山西省旅游图》，详细阐述了开发工作的内容设计、功能设计以及系统总体架构和技术实现等内容。
纸质地图；增强现实技术；建设目标；技术实现
0.引言
传统纸质地图作为地理信息的模拟载体，以轻便易携带、幅面完整、无需外设等优点，在经济建设、国防建设、科研教育和百姓生活等各领域得到持续广泛应用。随着电子地图的应用发展，尤其是以百度地图、GOOGLEMAP等网络地图的异军突起，纸质地图的劣势凸显：受版面限制，图面信息量不够丰富；地图呈现形式单一，缺乏生动性；资讯单向，缺乏交互性；数据更新周期长，现势性差等。增强现实技术(AR)是在虚拟现实技术基础上发展起来的一种新兴计算机应用和人机交互技术，它借助计算机和可视化技术将虚拟的信息应用到真实世界。采用增强现实技术、地理信息技术、多媒体等多种技术对纸质地图进行开发，设计出纸质地图与计算机、手机、网络的互通功能，在克服纸质地图不足的同时，实现了地图全新的数字化体验，并引领纸质地图走向与各种媒介相结合的“全介质”领域。
1.建设目标
1.1功能目标
●编制山西省旅游地图。
●实现纸质地图与手机、网络的互通功能。
●实现纸质地图与实景信息、多媒体信息、地理信息的有机结合。
1.2技术目标
将增强现实技术、地理信息技术、多媒体技术等多种技术应用于一身，实现了纸质地图与手机、网络等的互通，丰富了纸质地图应用功能，拓展了纸质地图应用领域。
2.数据要求
数据要求如下表：
类型内容要求纸质地图相关编制纸质地图需要的相关数据，或是利用现有的纸质地图能够被摄像头识别，并保证高识别率实景数据文字对兴趣点进行文字介绍图片Jpg、bmp、png格式 对兴趣点进行展示音频Mp3格式 对兴趣点进行介绍视频Mp4、avi等视频格式 对兴趣点进行展示三维模型3dsmax等格式,对建筑物进行360°全方位展示
3.内容设计
纸质地图包含如下内容（见图1）：
●二维码下载增强现实程序
图1 纸质地图
通过手机或平板扫描二维码下载增强现实程序。
●网址下载增强现实程序
在手机或平板中输入增强现实程序的下载网址，来下载程序。
●增强现实程序使用帮助
●纸质地图本身的内容
4.功能设计
系统具备实景模式和电子地图两种功能模式,具体功能如下：
4.1实景模式（见图2）
图2 实景模式
●电子标签
本系统在启动实景模式后拍摄旅游地图某页面，能够呈现该页面重点区域的电子标签。
●虚拟按钮
标签的下拉框中还加载了虚拟按钮：“在地图中查看”“载入图片”“载入模型”“载入视频”“载入文字”等，点击按钮进行相应的操作。
●多媒体图片
点击“载入图片”，加载该兴趣点对应的图片信息。
图3 电子地图模式
●多媒体视频
点击“载入视频”，加载该兴趣点对应的视频信息。
●注解文字
点击电子标签展现文字介绍、虚拟按钮等信息。
●三维场景
点击“载入模型”，可以加载相应位置的三维模型或是场景。
4.2电子地图模式（见图3）
●初始化定位模块
打开电子地图后，经扫描纸质地图，自动定位至纸图范围内，并用框线高亮标显示出该范围。
●基本操作模块
缩放（右下角有缩放控件）、平移、俯仰、旋转、双击放大等基本操作功能。
●地图分类模块
将地图底图分为矢量图、卫星图及交通流量三种。
a.选择展示地图的图层为矢量图或卫星图。
b.在矢量图或卫星图上可以叠加交通流量图，在地图中显示实时交通路况。
●poi搜索模块
a.搜索图集当前页面范围（即高亮显示区域）内的手机屏幕显示区域的poi兴趣点，随着地图的平移、缩放，poi显示结果不断变化。
b.可以分类进行搜索，如餐饮、娱乐、景点、酒店、购物等。
c.搜索完成后，地图页面标示出搜索结果。单击poi搜索结果的某一点，显示该点信息，且地图平移至该点，地图以该点为中心。
d.搜索结果也以列表形式展现，点击列表中的某一项，直接定位到该点，地图以该点为中心，标注图标，单击图标弹出窗口，显示该点详细信息。
e.点击某些关键词查询后的结果（如“餐厅”）可跳转到Place详情页。
f.输入搜索关键词，会根据模糊的不完整的关键词返回精确的建议搜索词。
●路径规划
输入起点与终点后，分别有公交、驾车和步行三种线路规划搜索。
5.总体架构（见图4）
图4 系统框架图
系统的构架可分为：网络层、数据层、应用支持层、功能层和应用层。应用层由旅游地图等专题、普通地图组成，本系统针对旅游地图开发增强现实功能：主要功能有增强现实、图层控制、数据浏览、空间量算等，所有的应用都构建在Unitiy3D和增强现实开发包Vuforia之上，并通过ADO来访问网络端的数据。数据包含空间数据、多媒体数据和瓦片数据，空间数据用来返回空间查询的结果并进行定位，多媒体数据则对地图中的地物进行属性描述，而瓦片数据则是对行政区划图进行逐级切片，作为摄像头的识别源来实现增强现实功能。
6.软件技术实现（见图5）
6.1技术路线
图5 技术路线
本系统是一个涉及Unity3D平台和Android操作系统的跨平台综合解决方案，采用Qualcomm Vuforia SDK和百度Map API软件开发包，搭建一款针对Android智能手机的纸质地图增强现实交互软件。
本系统跨平台的解决方案充分利用了Unity3D和Android系统两者的优点：
●Unity3D可视化编程界面支持大部分3D模型、骨骼动画直接导入，可以轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容。
●Unity3D能够进行高效的脚本编辑，支持Qualcomm Vuforia组件，支持Java Script、C#、Boo脚本语言。能够导出Eclipse工程文件，进行Android平台下的开发。
●Android根据本系统的需求，方便灵活地定制增强现实应用程序，构建合理的移动端解决方案。
●Android支持百度地图API，能够进行电子地图的一系列操作。
6.2系统建设
系统建设步骤如下：
●运用3DSmax软件建设兴趣点三维模型，导入Unity3D平台，建设增强现实三维场景。
●将Qualcomm Vuforia SDK导入Unity3D平台，构建增强现实跟踪、识别、渲染功能入口。
●采用C#语言进行动作脚本编辑，本系统运行时涉及Unity3D平台与Android系统的通信，开发设计中引入Unity3D的消息机制，采用消息函数UnitySendMessage实现通信。
●以上工作完成后，即可从Unity3D平台导出Eclipse工程文件，导入Eclipse软件中设置工程类型为Libary，并生成类库.jar文件。
●在Eclipse软件中建设Android应用程序工程，引入上一步骤生成的链接库，导入baidumap.jar和AndroidSDK，并根据功能设计开发应用程序。此处要建立与Unity3D通信的接口函数，以实现交互功能。
●完成以上工作后即可发布应用程序，安装在手机终端进行测试应用。
7.结束语
采用增强现实技术实现纸质地图的二次应用，增加了纸质地图可互动的数字内容，构建了网络化传输途径，实现了纸质地图与数字地图及地理信息系统的有机融合。该技术可广泛应用于各类纸质出版物，丰富各类信息的展示与传输模式。
【1】张茂军.虚拟现实系统[M].北京：科学出版社，2002.
【2】石教英.虚拟现实基础及实用算法[M].北京：科学出版社，2002.
P285
B
2095-7319（2015）06-0056-04
邓秋月(1970-)，女,山西太原人,工程师,现在山西省地图集编纂委员会办公室工作,主要从事GIS系统研发及地图成果编制。
