移动AR技术在数字文化旅游中的应用探索

谢巍　谭文玲

摘  要：研究通过使用Unity 3D引擎制作三维场景和动画，结合Vuforia SDK进行AR移动开发，通过移动终端对实景与3D模型、动画及视频等多媒体信息实现虚实叠加与交互。游客使用智能终端下载安装用户APP，在现实游览过程中通过APP实时享受人文背景、事件场景等数字信息，从而提高游客的旅游热情，增强旅游印象，达到加强地方文化传播力度，强化地方文化品牌，提升旅游文化品牌形象的目的。

关键词：移动AR技术;数字文化旅游;三维虚拟场景

中图分类号：TP391.9      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）05-0118-03

Application of Mobile AR Technology in Digital Cultural Tourism

XIE Wei，TAN Wenling

（Loudi Vocational and Technical College，Loudi  417000，China）

Abstract：The research uses Unity 3D engine to make 3D scene and animation，combines Vuforia SDK to develop AR mobile，and realizes virtual and real superposition and interaction of real scene，3D model，animation，video and other multimedia information on mobile terminal. Tourists use the intelligent terminal to download and install the user APP. In the process of real-time tour，they can enjoy the digital information such as human background，event scene and so on，so as to improve the touristsenthusiasm，enhance the tourism impression，strengthen the local cultural communication，strengthen the local cultural brand，and enhance the image of the tourism cultural brand.

Keywords：mobile AR technology;digital cultural tourism;3D virtual scene

0  引  言

早期的AR技术采用三维注册实现虚实叠加，或利用AR开发工具包ARToolKit识别标记物，仅能对单视点的位置和方向进行追踪，标识物一般多为纯黑或纯白的矩形标记，功能相对单一，难以产生虚实叠加的效果。近年来，ARCore、ARKit、Vuforia是比较流行的AR开发工具包。ARCore目前只支持Google Pixel系列机型和三星S8（海外版），ARKit只支持搭载A9芯片以及iOS 11的设备，而Vuforia可以支持超过100多款手机，因此Vuforia所支持的客户端最多;另外，SLAM演算法依然是最强的，对于物品追踪和识别的效率最高。综合比较，结合Unity 3D和Vuforia是目前移动AR技术开发有利的工具。利用3ds Max或maya进行三维场景建模，导入到Unity 3D中，用Vuforia SDK检测和跟踪标识物特征，根据不同的需求放置相应的三维对象，并进行虚实交互，可用于数字文化旅游和历史文化村镇的数字化保护，增加旅游的体验乐趣和文化知识。

娄底市旅游资源十分丰富，自然风光、人文景观引人入胜。拥有大熊山国家森林公园，紫鹊界梯田、湖南水府庙旅游区娄底景区等一批生态旅游区;波月洞、梅山龙宫等湘中大型溶洞博物馆;辉煌候府第--曾国藩故居、蔡和森纪念馆、陈天华故居、罗盛教故居等人文景观。但我市的数字化文化旅游还处在初级阶段，它多以文字、图片、视频展示，形式较为单一。通过对本地旅游文化内涵的深度挖掘，形成丰富的数字文化内容产品，利用AR技术对旅游数字文化内容进行虚实融合的整合研究与产业化开发，将为本地旅游文化产品转换和产业化开发提供一种新的开发思路和技术手段，同时增强文化传播力度，强化文化品牌，提升旅游产品的文化附加值。依托于婁底市科技计划项目娄底职业技术学院专项项目基金对VR、AR、XR技术在旅游开发与保护中的运用开展了研究。

研究目标如下：

（1）结合Unity 3D和移动AR技术开发本地旅游文化资源，将教育性、娱乐性与互动性于一体的数字文化内容植入现有旅游资源中，打造本市文化旅游强市名片;

（2）实现Unity 3D的移动增强现实自动导览方法;

（3）实现多标识物的自动识别，虚实的无缝切换;

（4）实现多模式的虚实叠加功能，包括三维模型、动画、视频、文字等的叠加。

1  移动AR技术在数字文化旅游中的应用总体路线

以“曾国藩故居”AR自动导游系统为例，系统设计总体流程图如图1所示。

2  项目前期策划

项目前期策划是项目成功的关键，也往往是我们所忽略的。随着人们文化生活水平提高，对于旅游的认识也不再是单纯的到此一游，更注重旅游的文化底蕴，如旅游景点的人文历史、文化传承、趣事趣闻等。我们在搭建“曾国藩故居”AR自动导游系统时，对不同年龄段的人群进行了问卷调查，了解他们如果去参观旅游“曾国藩故居”希望了解哪些相关信息，大部分回答最好有相历史人物当时的相关事迹的知识展示。根据调查和实地取景，我们筛选了牌坊、门匾、帅旗等作为标记物，并进行了高清拍摄，将素材上传到之前在Vuforia官网注册的云端数据库，Vuforia引擎会实时处理标识物图像，并反馈到对应的数据库中，同时制作与标识物相对应的音频和图片、文字解说资源。在其中我们要注意，图片可以适当调整对比度和亮度，提高识别的准确率。当我们使用自己的手机就可以了解到“曾国藩故居”的历史渊源、趣事趣闻，以及体验到三维场景浏览时，我相信更具有旅游乐趣。

3  三维虚拟场景创建

3ds Max是当今应用最为广泛的三维软件，具备建模、材质贴图制作、灯光渲染、动画制作、粒子特效的功能。因此项目在3ds Max中采用了多边形建模的方法制作了虚拟三维场景。

Unity 3D是一款强大的3D渲染引擎，能实时快速高质量渲染图像，并兼顾面向对象的程序开发，兼容众多的第三方开发插件，最终三维逼真、实时渲染、体验感强。所以在本项目中将3ds Max制作的虚拟三维场景保存为.FBX文件，导入到Unity 3D中，并在Unity 3D绘制地形、水面、风、天空等其他元素，曾国藩故居三维效果如图2所示。

4  Unity 3D+Vuforia实现移动AR技术

AR实际应用包括离线模块和在线处理。离线模块由标识物的筛选制作、相应的多媒体素材构成，这在上面的步骤中完成。而在线处理部分主要识别标识物，在真实场景中叠加相应信息，实现人机交互，这一部分主要由Unity 3D+Vuforia SDK完成。Vuforia SDK是在Vuforia的基础上针对移动设备开发AR的软件工具包。

首先，打开Unity 3D，创建新工程，在工程中导入之前Vuforia官网下载的标识物数据库（已上传处理），拖曳AR Camera和Image Target预制体到窗口，删除原主摄像机。点击AR Camera，把在Vuforia官网上生成的key放到APP License Key里，加载并激活。接着完成标识物识别的基本操作，点击Image Target，在Database和Image Target中选择加载的标识物，其中Image Target中添加要显示的多媒体对象，在操作中我们把不要混淆标识物的类型，如2D和3D，過程中可能会出现误差，可以来回调节解决。还可以在Unity 3D利用它自带的或C#编程制作相关的虚拟交互按钮。在实验中，三维模型与桌面的虚实叠加效图如图3所示。

在Unity引擎中，同时需要导入Vuforia SDK开发包、模型包、特效包等，在Unity中配置Vuforia中的各种资源进行AR功能开发，最终在Unity输出移动端的AR应用。在实验中发现物体表面的特征信息对物体的识别非常关键，如果物体对象表面过于光滑，缺少有效的特征点，那么标识物就会难以识别。因为是要制作适用于数字旅游的应用，用户会手持设备进行移动或原地旋转，在制作时要打开Vuforia持续延展追踪识别模式，这时APP可以维持地图状态更长时间，即使在设备被放下或者摄像头暂时丢失的情况下仍可以持续保持识别功能，还可以识别到多个识别对象，使用Vuforia还可以提高追踪的效率，降低光线的影响。

5  结  论

采用Unity 3D+Vuforia的方式实现移动AR技术并运用于数字文化旅游是可行的，随着5G时代的来临，当你来到曾国藩故居，用手中的手机下载APP并运行，手机在拍摄到景点的牌楼时就会出现曾国藩的家史文字信息，来到门前手机拍摄到大门上的门匾时播放曾国藩封号的由来音频，手机拍摄动大厅的桌面时就会显示曾国藩的家书并配上翻书动画及声音讲解，我相信将为用户带来新的体验和文化信息。

参考文献：

[1] 王强.基于Android的增强现实导览系统 [D].南京：南京信息工程大学，2017.

[2] 程彤.基于移动设备的增强现实技术在中小型博物馆导览中的应用研究 [D].临汾：山西师范大学，2016.

[3] 陆可.基于移动增强现实的数字博物馆应用研究 [D].西安：西安邮电大学，2015.

[4] 赵琳琳.基于AR系统的三维注册技术在虚拟实验平台的设计 [J].电子技术与软件工程，2018（9）：147-149.

作者简介：谢巍（1976.10-），男，汉族，湖南涟源人，副教授，本科，研究方向：三维动画制作、虚拟现实;谭文玲（1980.06-），女，汉族，湖南双峰人，副研究员，本科，研究方向：三维动画制作、教学管理。