基于AR技术的沉浸式漫游体验平台

（中国社会科学院大学，北京 102445）

现阶段，旅游业不断成长发展，对地区经济增长发挥越来越重要的作用。各个地区、省、市大力开发潜在旅游资源，深入挖掘和激发已有旅游资源的底蕴与活力，希望通过旅游业与其他产业的联动促进地区发展。

实践证明，旅游业在经济拉动、社会就业以及文化环境等促进方面发挥巨大作用，对于促进地区平衡发展以及促进城乡平衡发展都具有独特作用。旅游景区加强技术建设，推进景区服务方式转变，促进旅游行业向智慧旅游的转型升级，为游客提供更有趣、更便捷以及更智慧的服务方案[1]。

随着5G跨越了技术门槛，逐渐走向商用，电子地图与GPS定位系统的优化和完善，使智能化导游服务系统逐渐成为现实。中国社会科学院大学研究团队将基于新媒体技术、移动终端和增强现实等技术，对通州区旅游文化的展示模式进行创新。随着智能导览技术的辅助，通州区旅游文化将会得到更深层次的挖掘和开发，促使通州区文化旅游为游客提供更优质的服务。通过特定大运河景区的研究和试点，能够为全国旅游景区发展提供经验借鉴。

1 功能设计

（1）完成通州运河的实景拍摄，完成运河三维模型的制作，模型精度满足虚实漫游的技术需要。

（2）完成虚拟漫游的姿态感知技术开发，能够通过陀螺仪系统进行读取用户的姿态信息，操作虚拟替身的视觉。在虚拟漫游中，用户的视角均通过手机陀螺仪控制旋转摄像机的方法，模拟用户的姿态行为[2]。

（3）完成漫游系统，漫游系统是整个虚拟现实系统的核心部分，通过所有子系统提供的接口，将属于其他子系统的内容与功能连接到该漫游系统中。漫游系统的主要功能是通过接收定位系统，提高定位信息，改变虚拟替身在虚拟世界中位置。

（4）完成地图系统触控交互接口，地图系统的主要功能是为了显示当前虚拟替身所在的位置，对虚拟替身的坐标位置进行校准。

（5）完成运河信息系统，运河信息系统是一个可扩展的系统，可以对用户的位置进行判定，当用户进入运河某个经典范围内，将会弹出相应的提示，展现运河文化景点的信息。

在具体操作过程中，首先应建立对应现实景点的虚拟三维建模，通过摄像机视角与移动终端相结合的方式，引入现实观览主体的虚拟角色，整合3D互动内容创作和游览运营平台。

通州大运河的虚拟漫游，能为游客提供真正的沉浸式游览体验，在展现运河全景的过程中能强化观览印象，为游客提供一次不同于以往从“视听”出发更强调“身临其境”的游览体验。

2 系统结构和功能设计

2.1 系统结构设计

系统流程图如图1所示。

图1 系统流程图

2.2 模块子系统功能设计

基于虚拟现实技术所带来的沉浸式漫游体验平台[3]，以通州大运河为例，将通州大运河现实景物内容、数字化导览平台、移动终端相结合，以实现基于移动位置服务的智能感知系统。

系统会根据用户移动终端所产生的数据指引提供自助式的智慧导览服务。

在游览过程中，通过定位功能，借助外围辅助设备在实景建筑物前显示同地理位置的相对应的数字模型和信息，为游客全方位展现通州大运河的四时美景，利于提升运河文化的传播效果。

系统具有以下功能：智能导航功能、基于LBS的AR显示功能以及基于LBS的手动精准定位功能。

（1）导航功能：导览功能提供用户导览地图，地图绿色标记点为大运河周边著名景点，为用户游览大运河提供提示性帮助。导览界面通过GPS实时获取用户位置，显示于界面上，用户可根据地图索引，游览运河美景。

（2）基于LBS的AR显示功能：在游览过程中，通过定位功能，借助外围辅助设备，当用户到达系统内置景点同地理位置范围内时[4-5]，点击LBS按钮即可显示相对应的数字模型和语音信息，为人们恢复旺季运河美景，以提升运河文化的传播效果[5]。

（3）基于LBS的手动精准定位功能：系统提供手动精准定位功能，用户可通过操作界面调整按钮，将虚拟模型调整到适合的位置，与现实场景进行比对。

3 系统实现

3.1 基于百度地图定位SDK的GPS定位实现及地图调用

应实现支持Android GPS定位。

首先，需要将百度地图的SDK库导入系统。将locSDK_6.13.jar、liblocSDK6a.so等拷入Android工程的libs文件夹下，再将百度地图SDK链接到工程库。

其次，到官网填写用于GPS定位的相关信息，用于获取秘钥。

在Android工程的配置文件里面设置相应的密钥和开发权限声明，如图2所示。

图2 权限声明

最后，在Baidu Map Location Activity.java中设定并完成GPS定位。

运河漫游的定位存在一定问题。因受户外天气影响，项目在实地踏勘过程中发现定位偏离较大。原因在于手机的定位原理应检测定位卫星颗数，当天气环境不好时，定位偏差会较大。

当手机GPS定位不准时，先判断当前的硬件设备是否具备陀螺仪功能，如果具备则使用陀螺仪进行方位校准。通过移动终端设备镜头拍摄的场景，判断距离运河的远近，适当调整用户在地图上的显示位置。

系统计划提供了多种触控交互方式，为了防止用户在位置校准时拖动地图位置，在地图界面上添加了地图锁定功能。

首先，基于触摸屏的单点触控功能，为减小用户自我校准时的误差，地图系统将提供地图的放大和缩小功能，为用户的快速定位、准确校准提供了便利。

其次，对于地图的操作，主要使用多点触控技术，不仅快捷，也符合人的自然操作习惯。

3.2 基于LBS及AR技术的三维模型展示

增强现实技术通过实时计算摄像机摄影位置与角度并叠加相关图像，使真实世界与虚拟世界有效连接。通过技术手段增强现实技术，使人们可以跨越时间空间限制，脱离现实事物的阻隔，打破视觉、听觉、味觉、触觉，技术的加持使得人体的感知得到了更广阔的延伸。

当通过调用百度地图API实现定位功能后，导出ARR包，供Unity调用，进行安卓与Unity的通信，根据地理位置，调用摄像头显示三维模型，实现增强现实效果，调用系统摄像头如图3所示。

图3 调用系统摄像头

3.3 基于Unity的模型精准定位实现

开发人员考虑到，当游客离实际景点位置距离较远时，虚拟模型会受到距离偏差太大的影响；当游客恰好在实际景点位置处出现虚拟模型，会影响用户观察效果。

系统设置应在游客距离实际景点处10 m直径范围内时，出现虚拟模型，可对虚拟模型进行位置调整，以便制造出更优良的观看效果。

为方便用户操作，系统在界面放置调整按钮，分为上下左右、旋转及尺寸调整，当用户点击相应按钮时，虚拟模型坐标等属性发生值的增减。

精准定位位置调整如图4所示。

图4 精准定位位置调整

4 系统效果

在实际测试时，选用的场景是在学校内，当GPS信号较强（室外）时，定位类型为61，移动设备能获取6～12颗卫星的数据，误差在10 m之内，定位比较精确。

由于GPS定位存在一定的误差，导航系统会产生反应迟缓现象，未来开发人员会结合移动设备的加速度计来控制虚拟模型与现实景点的同步移动。

为了展示系统运行效果，采用华为M5型号手机下载APP，截取一部分界面，如首页、访问界面，如图5所示。

图5 系统效果展示

5 结语

本文研究智能导游服务系统主要服务于通州大运河旅游景区，采用虚实结合展示大运河重要景点特色，帮助景区深入发掘通州大运河旅游资源的内在魅力，创新了旅游资源展示模式，升级旅游资源展示平台，为游客提供深层次沉浸式观览服务。

在系统构建的漫游中，深入体验旅游资源背后包含的文化内涵、走过的历史轨迹，使游客得到知识、感官等多层次体验，做到旅游资源的充分发挥与利用。该APP为通州大运河智能导览系统提供更加快捷、高效的宣传渠道。