铁门关市旅游文化宣传VR 系统设计与实现

张暑军 他国山

摘要：针对铁门关市当前的旅游文化现状，通过对虚拟现实技术与旅游文化宣传相结合进行研究分析，采用Web 前端技术以及SpringBoot 后端技术，综合实现了铁门关市旅游文化宣传的管理系统平台，构建了信息化、数字化的虚拟旅游系统，从技术上简化了管理人员对虚拟模型、参数等动态管理，提高了管理人员的工作效率。此举提升了铁门关市文化宣传力度，扩大了铁门关市对外宣传广度，增加了铁门关市社会经济效益。

关键词：虚拟现实；旅游文化；三维模型；虚拟引擎；浏览器

中图分类号：TP391 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）06-0071-03

0 引言

铁门关市是新疆生产建设兵团第二师的新建城市，采用师市合一管理体制。其旅游文化涵盖了丝绸之路、红色文化等元素，对于铁门关市的旅游文化宣传具有重要意义。随着我国旅游行业的迅速发展，传统旅游模式已无法满足现阶段游客的需求[1]。虚拟现实技术是一项现代化技术，利用计算机模拟实现，综合了计算机图像学、交互学、计算机遥感等多种学科及技术，通过虚拟体验平台和交互设备，能够让用户沉浸于虚拟环境中，实现视觉、听觉、触觉等多感官和多场景的虚拟体验[2]。随着虚拟现实技术的发展，人们对其的认识也日益深刻[3]。通过对虚拟现实技术在旅游文化中的应用研究分析，并设计实现基于虚拟现实技术的旅游文化宣传系统，将旅游文化宣传工作重心由景区景色转移到文化内涵宣传。

1 系统需求分析

铁门关市旅游文化宣传是铁门关市对外宣传的重要途径之一，通过对外进行旅游文化宣传能够提升铁门关市的知名度，增加旅游经济效益。为了实现数字化、信息化的旅游文化宣传，设计并实现基于虚拟现实技术的旅游文化宣传系统平台。该平台能够使旅游文化宣传的操作更加简便，向旅游客户提供沉浸式的虚拟旅游体验，使用户能够身临其境地感受旅游目的地的风景、文化和历史。系统整合了丰富的文化资源，包括历史背景、民俗风情、传说故事等，使用户在虚拟旅游中深入了解当地的文化特色。系统支持多种交互方式，如手势识别、语音控制等，使用户能够与虚拟环境进行自然交互，从而提升用户体验。此外，系统还具备导览功能，帮助旅游客户更好地了解铁门关市的虚拟旅游场景和文化信息，提供个性化的游览路线和解说服务。系统应具备良好的性能和稳定性，能够处理大量的3D模型和动画数据，以保证流畅的虚拟旅游体验。同时，系统的数据和安全性也需得到保障，以防止未经授权的访问和数据泄露。

针对系统管理人员，整个系统所涵盖的功能必须包括虚拟场景管理、虚拟对象管理以及相关多媒体数据的管理，如文字、图片、视频、音频等。这样可以让管理人员通过系统方便地增加、更新虚拟数据，使管理更加便利，也使得非计算机专业人士能够更方便地发布场景信息。系统的整体结构如图1所示，管理员管理资源服务器，而用户只能通过Web服务器访问，查看虚拟场景以及场景中的关联文字、图片、音视频等相关资源。

2 实现系统应用的相关技术

整个系统采用B/S模式，分为Web前端开发技术和后端开发技术。对于Web前端开发使用Vue.js渐进式框架，包括HTML5、CSS3、JavaScript等技术，后端管理系统则通过SpringBoot、Spring MVC、Spring DataJPA、Spring Security等Java技术提供API接口，实现前后端数据交互。虚拟现实技术是整个系统的核心，需要构建逼真、沉浸式的虚拟旅游场景。涉及场景建模、光照渲染、环境音效等方面的技术。通过高精度的3D模型和逼真的光照效果，营造出具有真实感的虚拟环境。

2.1 Vue.js 介绍

Vue.js是基于JavaScript、HTML和CSS开发的渐进式Web前端框架。应用Vue.js框架可以根据系统需求选择部分或全部采用，使开发人员更加灵活地掌握前端开发。

2.2 SpringBoot 体系

随着互联网的发展，Spring在Java领域的轻量级开发中扮演重要角色[4]。后端API 接口开发采用了SpringBoot技术体系，它是一个轻量级的企业应用开发框架，可整合Spring体系和其他第三方相关框架，实现企业级应用开发。SpringBoot通过starter将各种依赖整合在一起，使开发人员无须关注依赖的细节。

2.3 建模

虚拟现实技术的实现离不开三维建模工具。建模是通过三维制作软件在虚拟三维空间中构建具有三维数据的模型。流行的建模工具包括3Ds Max、Ma?ya、C4D等，用户可通过这些工具软件实现逼真效果的三维场景和物体虚拟设计。

2.4 虚拟引擎

设计好的三维模型只具备基本的动画展示，要实现交互功能还需要虚拟引擎工具。当前流行的虚拟引擎工具包括Unity 3D、Unreal Engine、IdeaVR等，它們利用计算机的计算和图形处理能力，将三维模型设计工具创建的场景、模型以及相关逻辑转化为用户可以感知和交互的虚拟世界。

2.5 WebGL（Web Graphics Library）

WebGL是一种基于JavaScript的交互式3D图形处理API接口，使三维虚拟场景能够在Web浏览器中实现与用户的交互。WebGL 基于OpenGL ES （OpenGL for Embedded Systems）标准，在浏览器中展示三维效果，开发人员可以使用底层的硬件加速进行图形渲染。它可以直接与HTML5标签Canvas进行集成，并通过GPU执行高性能图形计算。

3 系统设计

为了丰富虚拟旅游的文化内涵，需要将各种文化资源整合到系统中，包括历史背景、民俗风情、传说故事等内容。通过合理地组织这些资源，使游客在虚拟旅游中能够深入了解当地的文化特色。

3.1 系统设计主要考虑的几个方面

1）系统与用户的交互功能是提高用户体验的关键，因此，系统需要设计一系列的交互方式，包括基本的键盘、鼠标交互以及更高级的手势识别、语音控制等，从而实现用户在虚拟环境中的沉浸式交互体验。同时，提供场景导览功能，帮助用户更好地了解虚拟旅游场景和文化信息。

2）用户界面和导航设计对于整个系统的易用性和用户体验至关重要。设计时应考虑简洁直观的操作界面和友好的导航方式，使用户能够轻松地浏览和探索虚拟旅游场景。

3）为了提高虚拟环境的真实感，需要制作高精度的3D模型和动画。这涉及角色建模、动画制作、特效渲染等方面的技术。通过精细的模型和流畅的动画，使虚拟旅游场景更加生动和有趣。

4）声音和特效是增强虚拟旅游体验的重要手段。需要将环境音效、背景音乐以及特效整合到虚拟环境中，营造出更加逼真的场景氛围。同时，注意控制特效的使用，避免对用户体验产生负面影响。

系统基于虚拟现实技术，其整体研究利用虚拟现实技术，结合互联网及相关设备，达到呈现智慧化旅游景区深层次文化信息的效果[5]。系统设计中包括了自动导航，默认情况下顺着设计好的路线进行漫游[6]。根据需求分析将整个系统模块划分成多个子模块，包括基本功能的用户身份认证、三维资源管理、三维场景管理、三维模型所关联的文字、图像、音视频内容管理等，如图2所示。

3.2 每个子模块实现的具体功能

1）用户身份认证模块：负责对来访用户进行身份验证。对于不同身份的用户可考虑提供不同的访问机制，系统同时提供匿名用户的访问，方便新用户快速了解旅游概况。

2）三维场景管理模块：旨在方便系统管理员和内容管理员发布新的场景和虚拟物品。该模块允许管理人员在后端系统中动态添加需要展示的旅游场景。系统通过管理员对场景的设置，在Web浏览器端利用WebGL技术展示场景，实现与用户的交互。

3）三维资源管理：虚拟场景中需要放置供用户参观浏览的物件，这些虚拟物件可通过管理员后台动态布局和添加，无须对场景进行编辑修改，实现动态场景布局。

4）基于WebGL技术的场景展示模块：通过Unity3D、Unreal Engine等三维交互引擎设计和处理场景，实现浏览器端的动态场景展示和虚拟物体布局。

5）文字、图像、音视频资源管理模块：针对虚拟模型展示的虚拟物体提供相关介绍内容，包括文字性、图片、音频、视频等，丰富用户的游览体验，增进对每个场景、物体背后历史文化的了解。

6）系统访问日志采集模块：负责在系统运行过程中采集用户的习惯性数据，通过大数据技术分析用户特点，形成用户画像，使系统能够根据用户的兴趣爱好有针对性地提供服务。

4 系统实现的核心组件

通过对系统的分析和设计，明确了系统中包含的模块。针对系统整体结构及未来运行的环境，搭建了系统开发环境，将Web前端与后端分开实施，并依据设计中的统一数据交互接口实现了Web前端与后端的连接。虚拟场景交互开发使用了Unity 3D，并将运行平台切换为Web浏览器平台，以确保Unity生成的场景能够在浏览器中流畅运行。

在Unity 3D中实现了多个组件，以便虚拟场景能够根据管理员提供的相关数据动态布局场景中的元素，具体包括：

1）天空盒动态加载组件：负责根据管理员设置动态变更场景中的天空效果，目前采用了6张图片构建天空盒。

2）三维模型加载组件：每个场景中包含大量的三维模型，其中既包括静态模型，也包括动态模型。管理员可以根据需要动态改变，用户每次浏览场景时都会根据管理员的设置加载新的模型以及相关介绍内容。

3）三维模型基本参数设置组件：每个模型带有大量的参数需要配置。参数组件根据三维模型动态加载相关参数数据，以设置模型的相关信息，包括模型的纹理数据、位置、尺寸、动画等，这需要WebGL进行更多的计算。

4）场景交互组件：针对不同的模型，可以加载不同的文字、图片、音视频资源。交互过程中，可以实现动态资源预加载功能及流式资源加载。交互主要采取键盘、鼠标、语音、手势等方式，系统提供标准的交互接口，方便后期交互模式的扩展。

5）评分系统组件：用户浏览场景并获取有关场景中的文化知识。通过在三维场景中构建评分系统组件，让用户参与知识问答游戏，从而更深入地了解场景所展示的历史文化。根据评分平台的情况，可以给予用户奖励，增强用户体验及成就感。

6）导览组件：为了让新用户进入系统后快速掌握每个场景的概况，系统提供基本的导览组件。整个系统所展示出来的场景按照行政区划分，并提供默认的浏览引导。用户可以按照引导有顺序地了解景区历史文化。同时，提供自由浏览模式，根据大数据分析用户的浏览模式，实现动态推荐浏览引导。

系统开发完成后，按照需求分析和系统设计对系统进行全面测试和优化工作。通过对真实场景以及用户的行为模拟，找出并修复系统中存在的潜在问题。对系统进行持续优化，从而提升系统性能和响应速度，提高系统的稳定性和可靠性。针对系统的整体使用及维护，编写用户手册并向管理人員提供培训服务。系统提供的使用手册详细介绍了系统的使用方法和操作步骤，集中培训能够帮助用户更好地掌握系统的功能和特点。为了保持系统的持续运行和满足用户不断变化的需求，后期需要对系统进行维护和更新工作，并建立有效的维护机制和技术支持体系，及时解决用户反馈的问题，并不断优化和升级系统功能，以保持系统的领先性和竞争力。

5 结束语

基于虚拟现实技术的旅游文化宣传系统从铁门市整体特性出发，将虚拟现实技术与旅游景区、历史文化相结合，探索了铁门关市旅游宣传的数字化、信息化、虚拟化发展新模式。通过数字化和信息化技术，系统动态展示了旅游文化的相关内容，使用户能够随时随地了解铁门关市的旅游景点和历史文化。同时，通过在线管理，景区管理部门减少了技术依赖，管理员能够根据需要对景区布局在虚拟场景中进行更新，使景区文化的变化和发展及时得到宣传和推广。

参考文献：

[1] 周子平.基于虚拟显示技术的智慧旅游系统设计[J].现代电子技术，2021，44（8）：100-104.

[2] 田赛，艾萍.基于虚拟现实技术的开封旅游APP设计研究[J].工业设计，2021（2）：110-111.

[3] 张红，肖悦.辽宁省旅游产业开发对虚拟现实技术的应用研究[J].对外经贸，2023（12）：19-22，27.

[4] 马绍阳，王伟东，韩斌倩，等.基于Spring Boot+Vue的智能远程医疗平台的设计与实现[J]. 网络安全技术与应用，2024（1）：55-57.

[5] 黄筱佟，宫海晓，邸臻炜.基于MR技术的城市景区智慧旅游系统方案的应用研究[J]. 信息记录材料， 2021， 22（10）：180-181.

[6] 张玉婷.基于虚拟现实技术的三维校园漫游系统设计与实现[J].无线互联科技，2023，20（14）：91-93.

【通联编辑：谢媛媛】