基于增强现实技术的智慧旅游线路可视化系统设计_余锋.pdf

基于增强现实技术的智慧旅游线路可视化系统设计余 锋,陈远宁(安庆职业技术学院 安徽 安庆 2 4 6 0 0 3)摘 要:图片或视频宣传的直观性不强易造成景区景观实际与宣传差别过大,影响游客对景区游览的体验判断。针对上述问题,设计一种基于增强现实技术的智慧旅游线路可视化系统。该系统通过数据采集设备,采集布局资料以及图片和纹理等素材,并实施预处理,存储到存储模块当中。通过微处理器,借助3 d sM a x软件,建立智慧旅游线路场景模型。通过V I V EP R O2头戴式虚拟现实套装,操作虚拟人物在旅游线路上漫游,实现旅游线路可视化。结果表明:所设计系统的功能测试效果较好,性能表现较为优秀。关键词:增强现实技术;智慧旅游;线路可视化系统;测试与分析中图分类号:T P3 1 1.5 2 文献标志码:A 文章编号:2 0 9 5 9 6 9 9(2 0 2 2)0 6 0 0 7 9 0 50 引言近年来旅游行业兴盛,各大景区在互联网平台上进行在线宣传。然而,无论图片还是视频给人的直观性并不强,使得游客到达景区后发现实际与景区宣传差别很大,造成了严重的心理落差,失望情绪更大2。增强现实技术是指借助电脑等科学手段将现实投影到虚拟世界的一种技术。目前增强现实技术在很多领域都得到了广泛应用,智慧旅游就是其中之一3。增强现实技术为景区景观展示提供了新的展示和宣传手法,与以往相比,展示更加立体、逼真,宣传更加生动、客观4。将增强现实技术与智慧旅游相结合,设计一种基于增强现实技术的智慧旅游线路可视化系统,以期创新景区宣传模式,提高旅游经济水平。1 基于A R的智慧旅游线路可视化系统智慧旅游是近几年提出的一种新概念,包括智慧管理、智慧服务、智慧营销和智慧体验等多项功能,通过功能等实现旅游智能化。在智慧旅游当中,应用了很多先进技术,其中增强现实技术(A R)就是一种。将增强现实技术与智慧旅游相结合,创新了宣传手段,游客能够更为直观地预览景区景观,从而提升吸引力5。在此背景下,本研究就以增强现实技术为核心,开发一款智慧旅游线路可视化系统。1.1 系统框架搭建图1 系统总体框架智慧旅游线路可视化系统设计的目的是让用户能够进行景观虚拟漫游,加深对景区的了解,提高吸引力。为了使系统使用和升级方便、运行速度更加迅速、可视画面更加逼真,本系统借鉴B/S三层架第3 7卷 第6期2 0 2 2年1 2月 景德镇学院学报J o u r n a l o f J i n g D e Z h e nU n i v e r s i t y V o l.3 7N o.6D c e.2 0 2 2收稿日期:2 0 2 2 0 6 2 4基金项目:安徽省质量工程教学研究一般项目(2 0 2 0 j y x m 1 1 2 5);安徽省“双基”示范项目(2 0 2 0 S J J X S F K 1 5 9 5)作者简介:余 锋(1 9 8 3),女,安徽安庆人。副教授,硕士,从事法学及高等职业教育研究。构,设计系统框架,如图1所示6。数据层:主要是为上边层次提供数据服务,是系统最底层。应用层:主要是提供各种应用服务,执行各种业务逻辑,是系统的核心层。可视化层:主要是提供可视化服务,实现界面显示、人与场景交互以及操作控制等功能,是系统的最顶层7。1.2 系统硬件设计智慧旅游线路可视化系统关键硬件主要有四个,即数据采集设备、数据存储器、微处理器以及可视化设备。下面对这四个硬件选型及其功能进行具体分析。1.2.1数据采集设备智慧旅游线路可视化关键是将现实中的旅游线路映射到虚拟空间当中。虚拟旅游线路的建立是以现实世界中旅游线路相关数据作为基础的8。为此,数据采集是系统必不可少的功能之一。采集的数据类型包括地形、道路、建筑、基础设施和植被等布局资料以及建筑、植被和场景环境的图片和纹理等素材。其中部分资料来自景区管理平台的数据库,另外部分需要进行外业采集。外业采集需要的设备如下表1所示。表1 数据采集设备设备作用型号无人机搭载装置,与其他采集设备一起使用哈博森H 5 0 1 A摄像机采集景观和纹理等图像F o x t e c h F H 3 1 8 Z 1 8倍 变焦云台相机激光扫描仪采集地形、道 路、基 础设施、建筑、植被等数据O P T E CHC L 9 0G P S北斗定位仪采集位置信息NAVAC 8 01.2.2 数据存储器图2 存储模块数据存储器为数据层中关键硬件,作用是辅助数据库执行数据存储和读取任务9。本系统数据存储器为一块大容量的存储模块,如图2所示。该模块按照排定时间自动运行,只需选择时间和频率,将数据进行自动分类存储;支持按任意地址存储,简单AT指令读取,上位机一键读写;支持快速存储,简单AT指令读取,上位机一键读写。1.2.3 微处理器微处理器是系统的核心硬件,主要用于执行各种业务逻辑1 0。本系统微处理器为一块R P 2 0 4 0双核处理模块。该模块本身作为下位机支持树莓派、P C端(包括W i n d o w s系统、L i n u x系统、M a c系统)等多种开发平台,同时支持M i c r o p y t h o n、C、C+等多种程序语言开发,具有跨平台移植能力。主要功能如下:邮票孔设计,可直接焊接集成到底板中;U S B 1.1主机和设备支持;支持低功耗睡眠和休眠模式;支持A RM串行线调试(SWD)接口;2个S P I,2个I2C,2个UA R T,1 6个可控PWM通道;精准的片上时钟和定时器,片上加速浮点库;8个可编程l/O(P I O)状态机,用于自定义外设支持。1.2.4 可视化设备可视化设备即增强现实技术实现的物理设备,通过该设备用户进入虚拟空间当中,浏览虚拟场景中的 智 慧 旅 游 线 路1 1。本 系 统 可 视 化 设 备 为V I V EP R O2头戴式虚拟现实套装。该设备具体功能如下:定位器2.0*2(支持6 M*6 M大空间),操控手柄2.0*2;表2 V I V EP R O2可视化设备工作参数名称参数屏幕2个3.5英寸AMO L E D分辨率1 4 4 01 6 0 0像素刷新率9 0H z视场角1 1 0度音频输出H i r e sa u d i o认证头戴式设备音频输入内置麦克风连接口U S B C 3.0、D P 1.2、蓝牙传感器陀螺仪、距离感测器、瞳距感测器 5 K L C D屏幕,单眼分辨率2 4 4 82 4 4 8(双眼08 景德镇学院学报 2 0 2 2年第6期分辨 率4 8 9 62 4 4 8像 素)视 角1 2 0度,刷 新 率1 2 0 H z;H i R e sA u d i o认证的头戴式耳机3 D立体空间音效;支持2.0大空间扩展,更可扩展到1 0 M1 0 M。该可视化设备具体工作参数如下表2所示。1.3 系统软件设计系统软件设计,即设计系统业务逻辑程序1 2。本系统的关键业务逻辑程序有三个,包括基础数据采集与处理程序、智慧旅游线路场景建模程序、线路转换控制程序。下面对这三个程序进行具体分析。1.3.1 基础数据采集与处理程序数据采集是实现智慧旅游线路可视化的前提和基础1 3。为此,设计系统的数据采集与处理程序,如下图3所示。图3 基础数据采集与处理程序经过处理后,存入到数据库系统当中,用于后续程序的需要。1.3.2 智慧旅游线路场景建模程序智慧旅游线路场景建模,即在虚拟空间中建立与真实景区一样的道路场景,以供可视化实现1 4。场景建模的软件有很多,本研究中选择3 d sM a x软件,建模程序如下:步骤1:输入预处理好基础数据等;步骤2:建立地图模板;步骤3:在3 d sM a x软件工具中建立单独图层;步骤4:对旅游线路中存在的各个组成部分,包括道路、基础设施、建筑、植被等进行矢量化处理;步骤5:以地图模板 单独图层为基础,将各个组成部分叠加到地图模板上,完成基础;步骤6:对矢量地图进行修改和润色。过程如下:创建场景对象函数点,创建公式如下:S=(x,y,z)式中,S代表场景对象函数点;(x,y,z)代表对象的点坐标;(x,y,z)代表场景对象函数。将S代入到下述公式,得到三维点。Y=SZ3 式中,Z代表三维坐标转换矩阵;Y代表三维点。三维点按照顺时针顺序连接,由此创建面片。公式如下:G=YF 式中,G代表面片;F代表旋转矩阵。在面片上贴上纹理图;步骤7:为地图场景中设置材质类型等属性,完成智慧旅游线路场景建模。1.3.3 智慧旅游线路可视化控制程序当用户通过V I V EP R O2进入到建立的智慧旅游线路场景中后,控制自己的虚拟人物沿着线路进行可视化漫游是系统关键程序1 5。该程序首先创建一个动画相机,其次用户确定目标区域,这时系统给出旅游线路,最后通过键盘控制虚拟人物完成一段漫游1 6。动作与控制键对应情况如下表3所示。表3 动作与控制键对应表动作控制键开始A关闭B前进后退向左转向右转仰视C俯视D虚拟人物回到初始位置L通过上述系统框架、硬件设计、软件设计完成智慧旅游线路可视化系统设计。2 系统实现与测试以某个景区为例,测试可视化系统的功能与性能,目的是发现系统设计中存在的缺陷。该景区旅游线路图如下图4所示。182 0 2 2年第6期 余 锋,陈远宁:基于增强现实技术的智慧旅游线路可视化系统设计 图4 景区旅游线路图2.1 数据采集现场以无人机为载体,搭载摄像机,激光扫描仪以及G P S卫星定位仪等构建采集设备,采集景区旅游线路相关基础数据。无人机 工 作 采 集 参 数 设 置 如 下:相 对 航 高:1 2 0 m AG L(4 0 0 f t);飞行速度:5 m/s;激光器角度:6 4 F OV。2.2 场景建模借助3 d sM a x软件建立关于景区线路的虚拟场景,以用于可视化显示。2.3 智慧旅游线路可视化实现利用V I V EP R O2头戴式虚拟现实套装控制虚拟人物在虚拟场景中漫游,实现智慧旅游线路可视化。2.4 系统功能测试按照设定的旅游线路,控制虚拟人物完成一系列动作,以到达目标地点。这些操作动作与人物反应对照情况以及反应延迟情况如下表4所示。表4 操作动作与虚拟人物反应对照以及反应延迟情况表操作动作虚拟人物动作是否对应反应延迟/s开始是0.5 8前进5 s是0.4 2向左转是0.3 6前进1 0 s是0.5 7原地不动是0.3 3仰视7 s是0.4 2后退是0.4 1向左转是0.5 2向右转是0.5 5前进3 s是0.4 4向右转是0.4 7前进2 s是0.3 8原地不动是0.4 0操作动作虚拟人物动作是否对应反应延迟/s虚拟人物回到初始位置是0.2 4从表4中看出,虚拟人物反应与实际操作动作一致,且虚拟人物反应延迟均在1 s以下,说明可视化控制效果较好。2.5 系统性能测试通过增加系统虚拟用户数量,测试相同数据库数量级下,系统可视化服务响应时间,吞吐量表现以及事务请求处理能力。结果如下表5所示。从表5中看出,所设计系统的服务响应时间均在2 s以下,吞吐量最终达到6 0 0 0 B y t e/s以上,事务最终通过总数在9 0 0项以上,系统性能表现较为优秀,达到研究目标。表5 系统性能测试虚拟用户数服务响应时间/s吞吐量B y t e/s事务通过总数/项1 0 01.2 1 41 2 5 42 1 22 0 01.2 8 43 1 0 13 2 53 0 01.3 5 23 5 2 45 2 44 0 01.3 9 83 8 4 75 9 85 0 01.4 2 54 1 4 55 3 66 0 01.4 8 54 7 1 55 8 77 0 01.5 2 65 2 1 06 8 48 0 01.5 5 75 4 7 18 1 49 0 01.3 6 55 8 6 28 5 71 0 0 01.4 8 56 1 2 59 5 83 结束语综上所述,设计一种基于增强现实技术的智慧旅游线路可视化系统。该系统通过增强现实技术让旅游线路呈现在虚拟空间中,通过可视化设备进行场景的虚拟显示。通过测试,证明系统的有效性。本系统在交互性和安全威胁方面有待进一