“游甘肃”智慧景区实景三维建设技术研究

李裕家，高 娜

(甘肃大禹九洲空间信息科技有限公司，甘肃 兰州 730050)

随着信息技术的发展，旅游业发展对信息化有了新的需求，需要利用信息技术推进旅游生产方式、管理模式、营销模式和消费形态的转变，为进一步促进甘肃省旅游业发展，提升旅游产业质量和核心竞争力，本文结合无人机倾斜摄影三维建模技术，快速构建了景区360°实景真三维，准确反映了地形地物的客观特征，并完成与“一部手机游甘肃”综合服务平台的数据对接，方便游客在手机端进行实景旅游体验，实现了游客对景区的全方位在线旅游体验[1]。

1 开发平台简述

SuperMap iserver是基于跨平台GIS内核的云GIS 应用服务器产品，通过服务的方式，面向网络客户端提供专业GIS服务。SuperMap iserver的REST服务严格遵循SOA设计，GIS的各种功能以资源的形式进行发布，并通过HTTP协议来实现。ContextCapture平台主要实现实景三维建模与数据生产，为“游甘肃”实景三维平台提供最基础的数据支撑。

2 项目概况

2019年初，根据甘肃省首批4A级景区实景三维建设示范项目要求，利用先进的倾斜摄影三维建模技术，获取旅游景区范围优于5 cm倾斜影像，并快速建模形成实景三维，结合现有数据资源，开发“一部手机游甘肃”实景三维服务。旅游景区三维可视化展示及360°全方位覆盖浏览，使景区更有阅读性和娱乐性，生动、形象地展示旅游景区，激发游客前往游玩的兴趣，通过与电子政务、电子商务、公众服务的一体化集成，解决景区基础设施管理，旅游资源的科学规划，宣传推广等问题，切实提升甘肃旅游发展质量。主要包含天水麦积山、平凉崆峒山、嘉峪关关城、敦煌鸣沙山月牙泉4个著名5A级景区，以及景泰黄河石林、平凉大云寺—王母宫、会宁会师楼、庆阳周祖陵等14个4A级景区。

3 总体技术设计

项目以打造旅游景区实景三维为主线，实现景区实景三维数据层、技术层、应用层、展示层四个层次的建设，难点主要集中在中低空无人机数据的空三加密结合及景区自然色调一致性、水域漏洞的修补等，通过对实景三维数据的串联整合，基于三维GIS平台REST服务，以HTML5形式，与“游甘肃”微信平台完成数据对接，最终实现在移动端的三维实景体验，保证实景三维模块成功上线运行[2]，如图1所示。

3.1 设计原则

(1)技术挖掘

综合应用倾斜摄影与三维建模关键技术，利用无人机连续采集获取景区倾斜影像，通过地面站预设飞行高度，飞行路线以及相机拍照间隔，采集高质量倾斜影像数据，利用分布式集群运算模式完成快速建模，实现景区的真三维可视化展示。

(2)三维可视化交互浏览

在手机端能够支持景区全角度覆盖浏览，支持景区的放大缩小、自由视角，以及任意角度的漫游浏览，模型渲染效率高，使得用户在前往实地游玩之前能够对景区的情况了如指掌，可根据模型中景点分布，道路规划进行游玩路线设计，游客可完全自主规划路线，实现高效的景区体验，在花费较少精力的同时，能够游玩到景区各个重点景点[3-4]。

(3)GIS功能应用

采用二三维一体化GIS平台，利用空间数据库技术、服务式地理信息技术、三维模型数据库技术，实现综合地理空间数据和旅游资源数据的存储、集成、共享和应用，降低综合旅游资源数据的维护成本和提高数据管理效率[5-9]。

(4)精细化建模技术

精细化建模技术能够将模型每一处细节展现到极致，让游客能够零距离观察到景点的细节，在线浏览到高质量的景区模型，同时能够实现游客与景区互动，更深入了解景区及景点背后的故事[10-11]。

图1 技术设计流程图

(5)单体化应用

重要景点进行模型单体化处理，可实现景点属性信息的查询，用户只需要点击就可查询其详细文字介绍，有助于改善游客在实地游玩时的体验。

(6)移动端浏览实景三维

整个平台的浏览最后均需要将数据成果进行压缩及相关数据处理，使其格式及数据量支持在移动端进行访问，只需一个H5链接，可实现三维客户端在线景区浏览和景点数据查询[12]。

3.2 数据层

数据层作为空间信息数据的支撑，主要包括数据采集、数据处理、数据整合等工作，成果有矢量数据、影像数据、地形数据、实景三维数据等。

(1)数据采集

自适应无人机数据采集体系是针对旅游景区数据获取的重要方式。垂直起降固定翼、多旋翼及轻型无人机系统联合作业，完成300多平方公里倾斜影像数据采集任务。

(2)CC建模及DP&GS修模

建模将获取到符合建模要求重叠度的航空影像进行预处理，导入软件系统，均匀挑选出一定数量的野外控制点，通过匹配特定算法，进行三维模型生产。三维建模模式，从数据处理体系上实现了质的跨越，将倾斜建模流程由CC-DP模式，转换为CC-GS(DP)-CC模式，提高了三维模型的精细度及准确性，避免人为因素造成的模型错误及纹理误差，将原始需要人工干预较多的技术流程，改进为批处理操作，同时，保证了模型的质量[7]。

3.3 技术层

(1)海量数据支持

在平台上可利用倾斜摄影模型自带的LOD层级，实现直接加载任意剖分类型即四叉树、八叉树的倾斜摄影模型，同时运用LOD优化调度，占用较少硬件资源，保障稳定的海量数据承载能力。

(2)三维格式缓存切片压缩

为提高场景刷新显示速度，将海量数据生成影像与地形缓存数据，将实景三维数据做切片缓存处理，通过合并节点及压缩单体化的方式实现。兴趣点信息以特有的矢量切片方式，便于在手机端实现浏览渲染。缓存切片的方式主要体现在纹理的处理方式、顶点的优化方式、顶点权重模式、网格简化率等。

(3)水面约束算法

水面由于特征点较少，在匹配计算时很难匹配正确，导致输出模型的水面通常是支离破碎。大面积水域通过水面高度设置水面约束线，在重建中对指定区域进行平面化处理，需特别注意的是约束线高程需为水面最高高程。河道约束适合采用约束线的方式，小区域湖面适合采用geomatic进行边界修补完成快速修复，并结合CC的retouching方式可提高效率。约束方式可同样适用于草坪、公路、建筑等的约束压平。

(4)倾斜影像匀光匀色算法

受天气、传感器、航摄地形等各方面原因影响，景区倾斜影像色调会出现不一致情况。为了更好地将多传感器拍摄的照片结合起来，保证模型在最终客户体验时的一致性，针对不同的色彩质量问题，提供多种处理方案，即自适应匀光匀色方案、基于模板的匀光匀色方案以及基于地理位置参照的空间匀光匀色方案。通过创建参照图、参照匀色、分块匀色的方案，将任务分块大小以栅格尺度为标准，划分格网，建立任意格网部位从原始图到参照图的相应部位的映射关系，完成色彩的调整。

3.4 应用层

(1)动态单体化技术应用

动态单体化无需进行倾斜摄影预处理。可实现将配套的二维矢量面与实景三维加载到同一场景中，在渲染模型数据时把矢量面贴到倾斜模型对象表面，然后设置矢量面的颜色和透明度，从而实现可以单独选中地物的效果。单体化的效果可以实现较强的GIS功能，模型边缘及屏幕分辨率一致性较强，附加相关属性信息，做查询统计，链接相关景点图文介绍信息及音频资料等，方便数据的管理应用。

(2)矢量缓存景点标注

为保证与“游甘肃”平台景点信息的一致性，对实景三维景区进行名称标注，尤其是进行精细化建模的亭台楼阁，作为重点展示区域，着重进行点位信息采集及矢量标注。

3.5 展示层

(1)服务漏洞测试扫描

作为面向公众访问的服务平台，安全漏洞扫描及渗透测试至关重要。对存在安全风险点的低危以上漏洞均进行修复，提升服务的安全性能。针对服务版本存在的问题实现修复更新，尤其在对敏感信息明文传输及防暴力破解机制方面进行通信加密。服务Apache Tomcat存在的版本安全漏洞，通过对iserver封装服务的拆解，以war包形式，运行服务，解决了服务端安全问题。

(2)三维REST服务发布

三维REST服务以资源的形式体现，可对服务器发布的场景和数据进行操作，提供三维场景的各种功能。三维REST资源层次结构图如图2所示。

(3)三维场景搭建

三维可视化表达通过三维球体来模拟地球，更为真实地表达现实世界中地理事物的位置、高度及形状等信息。场景构建分为球面场景与平面场景两种视图模式。球面场景是以模拟地球的球体三维空间形式对地球表层的场景进行展示，平面场景则使地球球面展开成平面，模拟整个大地类似一个平面的形式进行场景展示。本文中场景为球面场景，添加相关地形、影像、矢量、单体化模型等对象至场景中，完成数据的调整和处理，保存最终工作空间，场景纹理缓存方式为手机端纹理方式，如图3所示。

图2 三维REST资源层次结构图

图3 嘉峪关关城三维场景图

(4)移动端实景浏览

移动端发布服务提供初始位置、导航等按钮，方便游客对实景三维的操作，并进行中英文翻译，提供便于识别的操作方法。目前可通过“一部手机游甘肃”微信公众号一机游实现线上三维访问，如图4所示。相关开发代码示例如下：

if(viewer.navigationHelpButton) {

viewer.navigationHelpButton.viewModel.tooltip = "操作指南";

viewer.homeButton.viewModel.tooltip = "初始位置";

viewer.scene.screenSpaceCameraController.minimumZoomDistance = 70;

scene.open("https://jqjm.tourgansu.com/iserver/services/3D-publishYYQ/rest/realspace");

图4 移动端实景三维浏览示意图

4 结 论

通过对旅游景区实景三维建设关键技术的研究，实现了“游甘肃”18个示范景区实景三维建设及服务的线上访问，提高了游客体验效果，拓展了“游甘肃”平台服务的深度和广度。随着“一部手机游甘肃”平台的推广应用及游客需求的不断提高，实景三维用户体验和服务能力也将不断地完善和提高。后续也将会在以下几个方面展开研究：一是针对三维数据的优化处理，需进一步研究其数据压缩方式，克服数据量大导致的传输慢问题。二是移动设备端由于没有显卡设备，基于手机端三维浏览的显示速度一直跟不上，完全不能与PC端相提并论，需进一步完善手机端数据处理显示的方式，提高用户体验。