基于增强现实技术AR打造景区智能导览系统
引言
增强现实技术又被称为 AR，是将虚拟信息与真实场景结合，把虚拟物体、场景文字等与真实场景叠加，使用户对真实世界有更强烈的感知，也称为混合现实，是在虚拟现实的基础上发展起来的新技术。此技术于 20 世纪 60 年代开始出现，发展至今，该技术的应用范围得到进一步改进，可以应用在 IPAD、智能手机等移动终端中，它已经真正融入生活的方方面面。近年来，随着生活质量的提高，旅游已经成为人们节假日生活的重要休闲方式。而景区传统的导览方式主要是以导游讲解为主，但是，专业从业人员讲解的传统形式已经难以满足人们的需求。随着大数据、数字化和移动技术的发展，智慧旅游将虚拟物体与旅游信息资源融合到实景中，以增强现实为技术核心，为旅游产业发展提供巨大助力。而设计智能景区的导览系统，不仅可以使人们更好地了解旅游景点的历史脉络、文化传承，还可以使游客体验更加丰富，增强旅游沉浸性。因此，基于增强现实的智能导览系统研究具有重要的现实意义。
本智能导览系统结合贵州省铜仁市梵净山景区真实情况，基于 Unity3D 引擎和 Vuforia 进行开发。使用本导览系统，实现用户视野中实景与多媒体导览信息智能融合，能够提升旅游的体验感，对梵净山景区数字化保护和展示有着重要的意义，从而提高游客对景区文化知识的认知与感悟。
一 基于增强现实的智能景区导览系统特点
（一）虚实结合
虚实结合是把现实世界场景信息与虚拟世界场景信息进行叠加，AR 只是给真实环境提供信息的补充，并不是取代真实的环境。如在景区导览系统中叠加解说、三维模型等，进而将传统的以静态为主的旅游方式转变为主动参与互动的模式。在景区游览过程中，通过 AR 技术能够帮助游客获得更加丰富的信息化、智能化、交互式体验，增加对景区信息和文化的理解与感知。
（二）实时交互
在景区导览中，通过 AR 系统提供的交互接口设备，可以实时地进行人机交互。使游客在旅游中获得互动感，将 AR 技术应用到景区导览系统中能够获得更多的信息。而交互方式有点选、旋转、拖动、增强现实标识物扫描、动画播放、音频播放、文字图片现实等功能。在信息获取上具有很强的时效性，能够使游客主动选择信息，而不是被动接收信息。在场景中运用智能手机在景区环境互动，不仅能在实景中游览，还能和虚拟场景，增加体验感。
（三）三维跟踪注册
跟踪是系统在真实场景中根据目标位置的变化，来实时获取传感器位姿 ，并按照使用者视角重新建立空间坐标系，将虚拟场景渲染到真实环境中准确位置的过程。三维注册定位，是虚拟场景准确定位到真实环境中的过程，是将计算机产生的虚拟物体在真实物体上进行实时精准的定位。
二 智能景区导览系统开发流程
（一）Vuforia简介
Vuforia 能够与 Unity3D 很好地兼容并实现开发功能，它是高通公司推出的针对移动设备开发的工具包。Vuforia 能够很好实现对物体、图片、标识物进行追踪，也可以将 3D 模型叠加到真实场景中，叠加虚拟信息，增强交互性和趣味性，为游客提供定位和导航服务。
（二）系统框架设计
以梵净山景区增强现实智能导览系统为例，系统开发框架如图 1 所示。
三 智能景区导览系统设计
（一）系统功能
景区功能包括为游客提供景区介绍的相关信息，场景管理、增强现实、动画等资源管理、导航四个功能模块。参观过程中包括景区讲解语音、图片、模型、视频动画，交互方式有点选、旋转、拖动、增强现实标识物扫描、动画播放、音频播放、文字图片现实等交互功能。
（二）系统设计实现
导览系统开发，首先需要到景区进行图像采集，制作图像识别数据库，并对资源进行分类和管理。运用 Vuforia 进行开发时要先进行云环境设置，首先需要在 Vuforia 官网注册开发者账号，并获得license key，接下来创建用于存放和管理标识物的，根据景区实际需求，从多个角度对标识物进行拍摄，然后上传到数据库安装实际需要选择识别图。最后从高通平台上下载数据库，这样识别库就建立好了。
首先，在 Unity3D 中进行 ARCamera 启用设置，完成基本环境的搭建。然后，进行 VuforiaConfiguration参数配置，将 Key 与识别库配置完成，接着完成配置识别组件和模型的绑定。与移动开发 VR 包导入所创建的 Unity3D 工程项目中。导入成功后在工程目录 Assets 目录下就会有 Vuforia 文件中包含的图片、音频等所有文件。
在系统的实现阶段，主要是景区数据采集之后进行编辑，如景区相关的解说音频和视频，制作景区模型及动画和特效制作。应用界面交互设计，此阶段主要是应用 Unity 引擎中 UGUI 来创建按钮、场景切换、具有交互性的游戏互动等功能。
整个开发过程中，最重要的是模型制作阶段，3DMAX 制作模型后，将模型进行材质贴图后，导出FBX 格式文件，如需模型制作好后，对相应的模型添加动画，而对模型的旋转、缩放等要通过编辑脚本，最后添加到模型上面，实现交互功能。在场景中添加视频和音频是用 Unity3D 的 Vidio playe 和 Audio Source 组件，通过添加组件后对其进行初始化设置后以控制播放的时间和长度。
根据梵净山智能导览系统框架，依据实地调研过程和数据采集情况，研究智能导览系统设计流程，如图 2 所示。
（三）系统总体设计
在调研的基础上，针对梵净山景区特点，为其设计了梵净山智能导览系统。
在识别库创建模块，多角度采集景点图像，上传识别库，生成 UnityPackage 资源包。游客对于比较感兴趣的景点可以用手机跟踪识别，实现增强现实的效果。
在 UGUI 交互模块，对呈现的虚拟物体和实景叠加时，通过添加互动组件，可以实现点击、旋转、缩放、移动的功能。通过添加滑块可以实现音乐、音效音量的调节。然后完成整个系统的测试。本系统开发完成后，对整个功能模块进行测试，如通过手机扫描梵净山蘑菇石，会出现音频对梵净山的介绍和文字的讲解。
在跟踪识别模块，游客对有兴趣景点进行观看时可进行扫描后感知整个场景视角的变化，通过图像识别、捕捉标识物对虚拟场景和信息实时调整，叠加融合到真实场景中户外模式与室内模式的跟踪匹配阶段，都是在识别定位中获得兴趣目标的定位信息以及增强信息后，持续地进行兴趣目标的跟踪，并把对应的增强信息叠加在兴趣目标的正确位置上。
智能导览模块系统会根据游客手机所在位置进行变化，位置发生移动后，地图位置随之更新，游客到达重要旅游节点时，会根据相应地点进行播报，并提示注意事项与是否开启增强现实体验模式，开启后游客可根据导游信息进行互动也可根据需要选择规划路线进行购物、休息等。
场景叠加模块中，在现实场景中叠加视频、动画、音频、文字、模型等虚拟信息。最后进行集成与发布预处理目标对象打包并导入到 Unity3D 移动增强现实开发系统，使游客满足景点介绍等信息功能的需求，并实现互动体验功能，增强娱乐性和体验感。
四 结语
为了研究梵净山智能景区自动导览系统，设计了增强现实自动导览系统总体框架，提出了使用3DMAX、Unity、Vuforia 来实现增强现实导览系统的开发，设计了移动终端增强现实自动导览系统的总体设计，开发了智能导览系统。实验表明，该方法是开发移动增强现实导览系统的最佳解决方案。
本导览系统实现了预期的功能，不仅可以为游客提供导览信息，显示多模式的虚实叠加功能如三维模型、动画、视频、文字等，为参观者带来了丰富的交互性体验如虚拟按钮、缩放、漫游等，解决了标志物识别准确率较低、受光线、物体遮挡影响较大、容易跟踪失败等问题，能够快速实现场景、视频等增强现实技术的叠加效果。智能导览的使用，更丰富了导览信息，也让游客能够更好地体验和解读文化景点。