基于Virtools的武当山虚拟旅游系统分析

王瑜

摘要：武当山虚拟旅游系统利用Virtools平台进行设计与开发，结合了计算机虚拟现实技术、三维模型技术，GIS技术和Internet技术，在分析其主要功能模块组成的基础上，对系统构建中的存在关键问题进行了探讨。该系统可实现虚拟旅游景区导航、信息查询、食宿预订和网上商城等功能，且真实感强、交互性好，具有较好的仿真效果。

关键词：virtools；VR旅游；虚拟现实；系统分析

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0114-02

Abstract：The virtual tourism system of Wudang Mountains based on Virtools platform design and development， combined with the technology of virtual reality， 3D model technology， GIS technology and Internet technology， based on the analysis of the composition of the main function module， the key problems existing in the construction of the system were discussed. The system can realize the functions of virtual tourist attractions navigation， information query， room and board reservation， online shopping mall， etc.， and has a strong sense of reality， good interaction and good simulation effect.

Key Words：Virtools； VR travel； virtual reality； Systems analysis

虚拟旅游区漫游系统本质上是计算机仿真与虚拟技术的结合，它通过三维建模软件将旅游区内所有建筑、环境小品甚至相关室内场景、人物角色等仿制出来，再配合虚拟技术通过显示器加以呈现，用户可以在网络上以全新的视角浏览和体验整个场景，及时全面的了解整个旅游区内的相关信息。漫游系统强调虚拟与现实的完美融合，采用人机互动的方式，不仅形象逼真、生动有趣，使参观者有身临其境的感觉，更有助于旅游区扩大宣传覆盖面，提高旅游区的知名度和认可度，高效低成本地展示其旅游资源，拓展其新的营销模式。

1 需求分析及开发平台简介

1.1 武当山虚拟旅游系统的需求分析

武当山位于中国湖北省十堰市境内，雄立汉江上游南岸，东经110°14′～110°57′，北纬32°23′～32°33′，面积312平方公里，是联合国世界文化遗产、中国国家重点风景名胜区、著名的道教圣地和AAAAA级旅游区。武当山景区属于自然景观和人文景观完美结合的山岳型风景名胜区，以其绚丽多姿的自然景观、规模宏大的古建筑群、源远流长的道教文化和博大精深的武当武术著称于世，被誉为“亘古无双胜境，天下第一仙山”。

随着虚拟旅游技术的广泛应用，以武当山景区为例构建虚拟旅游系统，系统以Virtools为开发平台，结合GIS技术、虚拟现实技术和Internet技术，采用统一过程和面向对象相结合的方法来分析其架构及模块组成，设计出的虚拟旅游系统可为用户适时提供逼真的三维模拟场景和动态旅游信息，这不仅能满足旅游者全方位了解武当山旅游资源的要求，也为相关职能部门的科学管理提供了依据。

1.2 Virtools開发平台简介

目前用于实现虚拟场景渲染的软件和技术比较多，如Web3D、Vega、VRML等都能够创建大型的虚拟旅游场景，但相比之下Virtools更有优势。它功能强大、操作简单，内置了超过500组的行为交互模块Building Blocks，常见的三维模型、动画、视频、声音等媒体文件都能被轻易的整合在一起，普通的使用者不需要学习程序设计，只需要用鼠标拖放脚本的方式，将这些行为模块与对象（Object）和角色（Character）相关联，以流程图的形式，决定BB执行的先后顺序，就可以制作出令人炫目的视觉效果和丰富多彩的互动作品。同时，Virtools具有良好的开放性，允许设计人员利用SDK（Software Development Kit）和Virtools专用脚本语言VSL（Virtools Scripting Language）所提供的动态链接库，通过相应的API接口，创建新的行为模块或修改已有行为模块的参数设置、渲染引擎等，从而得到自定义的交互行为脚本和应用程序，项目可生成EXE文件，也可以输出成网页格式或与Flash网页结合在一起，现已广泛应用于工业设计、教育教学和游戏开发中。

2 系统开发流程及模块设计

2.1 系统开发流程

首先要收集景区内的地形地貌数据、影像数据和景观建筑数据，然后对这些数据进行分类整理，处理好相互之间位置大小的关系，参照一定的比例进行三维地形建模和三维实体景观建模，同时需要构建相应的模型库、遥感影像库、属性数据库和多媒体数据库等，最后利用Virtools软件对其进行设计和开发，由于Virtools拥有相当数量的渲染插件，具备很强大的整合能力，因此能够快速地提高构建效率，保证虚拟场景的真实性，相关的开发流程如图1所示。

2.2 主要功能模块设计

虚拟旅游系统不仅仅只是为游客提供虚拟场景的漫游，还应该包含景区导航、信息服务、网络商城、食宿预订和游客互动等五个功能模块，系统界面可通过MFC类库和其他第三方软件进行搭建，相关模块的功能设计为：

2.2.1 景区导航模块

在旅游景区中，游客选中的区域将在可视化地图上自动定位并显示导航信息，将地理信息系统GIS技术运用其中，利用图表、声音、动画和视频等方式为其勾勒出虚拟旅游路戏，尤其是为自驾游、个人游的用户提供极大的方便，使得旅游服务更加的完善，使游客不论身在何处都能清楚的知道自己周边道路的基本情况，提高旅游服务的质量和信息的完整性[1]。

2.2.2 信息服务模块

信息查询包括的内容很广，首先要建立旅游信息咨询服务平台，将旅游景区的最佳行程、公交站点、天气变化、餐饮酒店预定等情况进行整合，通过网上在线解答、热线电话或短信、微信等方式及时发布，使游客在第一时间能找到自己最需要的内容；其次还要注重通知公告的作用，利用其权威性，将一些最紧急、最重要的信息简洁快速的传达到每个用户；最后还应该有一些介绍景区文化、风俗习惯等依靠文字和图片为载体的专题内容，使游客加深对景区的了解。

2.2.3 网络商城模块

与电子商务相结合，将景区内各种农副产品、工艺品在虚拟平台上进行销售，减少物流成本和中间商的利益，增加价格的透明度，这不仅可以提高景区的销售收入，更加符合当前消费者的消费习惯，引导旅游消费向着健康方向发展，还可以增加景区的知名度，推动景区旅游模式的多元化。

2.2.4 食宿预订模块

旅游景区内的酒店餐饮一般来说都比较成熟，但在信息共享和发布等方面还存在明显不足，通过该模块，一方面酒店餐馆可以集中将自己的价格、入住率、客座数量等信息进行公示，便于游客进行选择比较，另一方面游客也可以提前对这些酒店餐馆有所了解，根据自己的需要方便快捷地进行预订，公开透明的价格有利于将自己的消费控制在合理的水平，这不仅能有效的防止欺诈游客的现象发生，对提高景区的信誉度，树立景区良好的服务形象也有很大的帮助。

2.2.5 游客互动模块

网络交流平台作为一种非常成熟的网络技术，可以将其应用在虚拟旅游系统上，设置互动交流中心以后，游客可以在其中通过发布或回复主题的形式来交流旅游体验、分享旅游乐趣，即时的进行信息发布和共享，还可以对旅游景点的管理和建设提供必要的意见以供相关职能部门决策参考。

3 系统的关键技术

3.1 路线规划设计

虚拟旅游系统路线的规划设计包括沿指定路线完成基本的游览功能和景点路线的自主选择两个方面内容。设计人员应该充分考虑到用户对系统的熟悉程度。如果用户对系统并不熟悉，就需要给他们指定合适的路线，配上相应景点的解说，用户只需要点击开始就可以浏览整个场景，如果用户比较熟悉系统，他们就会希望按自己的意愿完成对整个场景的参观，这时可采用人工智能中启发式搜索A*算法对导航路径进行优化筛选[2]，使浏览者即使身处陌生复杂的三维环境中，也可以快速准确地寻到目标或者按照理想的路径进行漫游。

3.2 场景三维模型的建立

要完成虚拟旅游系统，三维模型的构建是必不可少的基础，三维建模按旅游资源的类型可分为自然景观建模和人文景观建模两部分，需要采用不同的建模方法。

对自然景观建模就是对地表进行三维建模，首先要通过景区地形等高线进行空间内插处理生成DEM模型，然后利用前期得到的高分辨率遥感影像或航拍图片对其进行校正处理，保证其与DEM高程数据完全吻合，最后再使用LOD技术以及高效地形模型渲染算法对其进行渲染，从而生成完整的地形模型[3]。这样系统在运行过程中，就可以根据位置和视野的不断变化一边预先读取一边进行渲染，从而最大程度的保证系统的流畅性。

对人文景观的建模主要是对景区内的建筑、花草树木，环境小品等实体进行建模，出于响应速度和制作成本的考虑，模型不能过于繁琐，要用一些简单的框架来代替复杂形态。场景建模可采用3DS MAX和AutoCAD配合使用，将模型构建的过程以组件拼装的方式进行，根据实际情况，随时删除看不见的面、重合的面以及点、线等，提高建模效率，同时为了保证一定的真实性，相关视觉上的不足可用贴图的方式来进行弥补[4]，利用前期拍摄的音视频资料为模型的每一部分都找到合适的材质和纹理，合理使用灯光效果，尽可能的与真实景观保持一致。

3.3 虚拟人物角色的建立

虚拟旅游系统要求能使游客在进行浏览或参观的过程中有身临其境的感觉，真正领略沉浸式虚拟环境带来的乐趣，因此可在场景中加入人物角色，游客只需通过操控人物角色的前进、后退、转身和跑步就能更好地控制整个漫游过程。人物角色的构建可利用3D动画领域的骨骼蒙皮技术创建出虚拟人物的躯体，经过表皮加工以后得到逼真的虚拟人体模型，而人物角色动作的构建则要在已建立人体模型库的基础上，按照H-Anim标准中规定的人体关键节点的简化，设置虚拟人体动作的关键帧，并通过脚本语言JavaScript对已经实现的虚拟人物的动作进行管理和控制，所有基本动作的构建要單独分开，复杂动作则通过动画混合技术进行创建。建立好的虚拟人物角色在调入Virtools软件中以后，还要对其添加相应的行为模块，除各种动作以外，还包括重力、视角、阴影及碰撞检测等方面的设置，就可以在虚拟场景中实现虚拟替身、虚拟漫游等功能，在一定程度上增强了虚拟场景的交互性。

3.4 虚拟场景的传输下载

虚拟旅游系统最终运行在网络之上，对于IPAD和智能手机这种小存储空间的移动终端来说，大规模的数据传输显然不合实际，因此可采用基于P2P的网络渐进式下载机制，不仅节省存储空间，还可以大幅缓解漫游过程中数据流传输对网络及服务器造成的压力。在实际运用过程中，场景空间的渲染以视点最大可视距离的限制为准，用户在虚拟场景中行走的时候，并不需要事先将所有场景全部进行渲染，而是随着视点的平移逐渐下载场景后再渲染，从而减少用户每次请求场景的数据量，也大大减少了对本地存储空间的需求；而对于场景中的模型来说，因其数量庞大，种类繁多，容量参差不齐，解决网络延时的办法就是对模型进行多分辨率建模，同样以最大可视距离为准，在不降低视觉效果的同时，根据模型与人物视点的距离和视线的偏移角度按需下载不同分辨率的模型数据，以提高系统运行速度。

4 结语

虚拟旅游是建立在现实旅游景观的基础上，通过模拟和超越构建一个虚拟的旅游环境，使得参与虚拟旅游的旅游者能够如同身临其境般进行虚拟旅游活动。以Virtools为开发平台，结合GIS技术、虚拟现实技术和Internet技术，采用统一过程和面向对象相结合的方法，对武当山景区虚拟旅游系统进行分析设计，该系统能为游客提供导航、导游、导览、导购等服务，不仅有利于相关职能部门的科学管理，也为广大消费者的网上旅游提供了一个良好的平台。

参考文献

[1]赵文龙，马新春.基于虚拟旅游的网站功能探析[J].电子设计工程，2011，11：12-15.

[2]谭云兰，贾金原，康永平，彭硕，张博.基于WebVR的井冈山虚拟旅游系统架构设计[J].井冈山大学学报，2012，11：46-50.

[3]包富华，张学宝.基于OSG的西安市景区虚拟旅游系统设计与开发[J].咸阳师范学院学报，2012，3：68-71.

[4]孟祥增，马萍，刘瑞梅.三维虚拟场景的创设与立体播放[J].中国电化教育，2011，8：125-128.

[5]农晓锋.3D虚拟旅游的现状及发展前景[J].大众科技，2016，8：5-6，12.

[6]程程，邓小威，明庆忠.3D虚拟景区：旅游景区营销新模式[J].中共云南省委党校学报，2012，5：124-126.