增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在紙質(zhì)地圖中的應(yīng)用

□　鄧秋月（山西省地圖集編纂委員會辦公室，山西太原030002）

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在紙質(zhì)地圖中的應(yīng)用

□鄧秋月
（山西省地圖集編纂委員會辦公室，山西太原030002）

本文介紹了利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)對紙質(zhì)地圖進(jìn)行開發(fā)的建設(shè)目標(biāo)，并結(jié)合《山西省旅游圖》，詳細(xì)闡述了開發(fā)工作的內(nèi)容設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)總體架構(gòu)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。

紙質(zhì)地圖；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)；建設(shè)目標(biāo)；技術(shù)實(shí)現(xiàn)

0.引言

傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖作為地理信息的模擬載體，以輕便易攜帶、幅面完整、無需外設(shè)等優(yōu)點(diǎn)，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)、科研教育和百姓生活等各領(lǐng)域得到持續(xù)廣泛應(yīng)用。隨著電子地圖的應(yīng)用發(fā)展，尤其是以百度地圖、GOOGLEMAP等網(wǎng)絡(luò)地圖的異軍突起，紙質(zhì)地圖的劣勢凸顯：受版面限制，圖面信息量不夠豐富；地圖呈現(xiàn)形式單一，缺乏生動性；資訊單向，缺乏交互性；數(shù)據(jù)更新周期長，現(xiàn)勢性差等。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(AR)是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新興計(jì)算機(jī)應(yīng)用和人機(jī)交互技術(shù)，它借助計(jì)算機(jī)和可視化技術(shù)將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界。采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、地理信息技術(shù)、多媒體等多種技術(shù)對紙質(zhì)地圖進(jìn)行開發(fā)，設(shè)計(jì)出紙質(zhì)地圖與計(jì)算機(jī)、手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)的互通功能，在克服紙質(zhì)地圖不足的同時，實(shí)現(xiàn)了地圖全新的數(shù)字化體驗(yàn)，并引領(lǐng)紙質(zhì)地圖走向與各種媒介相結(jié)合的“全介質(zhì)”領(lǐng)域。

1.建設(shè)目標(biāo)

1.1功能目標(biāo)

●編制山西省旅游地圖。

●實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)地圖與手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)的互通功能。

●實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)地圖與實(shí)景信息、多媒體信息、地理信息的有機(jī)結(jié)合。

1.2技術(shù)目標(biāo)

將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、地理信息技術(shù)、多媒體技術(shù)等多種技術(shù)應(yīng)用于一身，實(shí)現(xiàn)了紙質(zhì)地圖與手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等的互通，豐富了紙質(zhì)地圖應(yīng)用功能，拓展了紙質(zhì)地圖應(yīng)用領(lǐng)域。

2.數(shù)據(jù)要求

數(shù)據(jù)要求如下表：

類型內(nèi)容要求紙質(zhì)地圖相關(guān)編制紙質(zhì)地圖需要的相關(guān)數(shù)據(jù)，或是利用現(xiàn)有的紙質(zhì)地圖能夠被攝像頭識別，并保證高識別率實(shí)景數(shù)據(jù)文字對興趣點(diǎn)進(jìn)行文字介紹圖片Jpg、bmp、png格式　對興趣點(diǎn)進(jìn)行展示音頻Mp3格式　對興趣點(diǎn)進(jìn)行介紹視頻Mp4、avi等視頻格式　對興趣點(diǎn)進(jìn)行展示三維模型3dsmax等格式,對建筑物進(jìn)行360°全方位展示

3.內(nèi)容設(shè)計(jì)

紙質(zhì)地圖包含如下內(nèi)容（見圖1）：

●二維碼下載增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)程序

圖1　紙質(zhì)地圖

通過手機(jī)或平板掃描二維碼下載增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)程序。

●網(wǎng)址下載增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)程序

在手機(jī)或平板中輸入增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)程序的下載網(wǎng)址，來下載程序。

●增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)程序使用幫助

●紙質(zhì)地圖本身的內(nèi)容

4.功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)具備實(shí)景模式和電子地圖兩種功能模式,具體功能如下：

4.1實(shí)景模式（見圖2）

圖2　實(shí)景模式

●電子標(biāo)簽

本系統(tǒng)在啟動實(shí)景模式后拍攝旅游地圖某頁面，能夠呈現(xiàn)該頁面重點(diǎn)區(qū)域的電子標(biāo)簽。

●虛擬按鈕

標(biāo)簽的下拉框中還加載了虛擬按鈕：“在地圖中查看”“載入圖片”“載入模型”“載入視頻”“載入文字”等，點(diǎn)擊按鈕進(jìn)行相應(yīng)的操作。

●多媒體圖片

點(diǎn)擊“載入圖片”，加載該興趣點(diǎn)對應(yīng)的圖片信息。

圖3　電子地圖模式

●多媒體視頻

點(diǎn)擊“載入視頻”，加載該興趣點(diǎn)對應(yīng)的視頻信息。

●注解文字

點(diǎn)擊電子標(biāo)簽展現(xiàn)文字介紹、虛擬按鈕等信息。

●三維場景

點(diǎn)擊“載入模型”，可以加載相應(yīng)位置的三維模型或是場景。

4.2電子地圖模式（見圖3）

●初始化定位模塊

打開電子地圖后，經(jīng)掃描紙質(zhì)地圖，自動定位至紙圖范圍內(nèi)，并用框線高亮標(biāo)顯示出該范圍。

●基本操作模塊

縮放（右下角有縮放控件）、平移、俯仰、旋轉(zhuǎn)、雙擊放大等基本操作功能。

●地圖分類模塊

將地圖底圖分為矢量圖、衛(wèi)星圖及交通流量三種。

a.選擇展示地圖的圖層為矢量圖或衛(wèi)星圖。

b.在矢量圖或衛(wèi)星圖上可以疊加交通流量圖，在地圖中顯示實(shí)時交通路況。

●poi搜索模塊

a.搜索圖集當(dāng)前頁面范圍（即高亮顯示區(qū)域）內(nèi)的手機(jī)屏幕顯示區(qū)域的poi興趣點(diǎn)，隨著地圖的平移、縮放，poi顯示結(jié)果不斷變化。

b.可以分類進(jìn)行搜索，如餐飲、娛樂、景點(diǎn)、酒店、購物等。

c.搜索完成后，地圖頁面標(biāo)示出搜索結(jié)果。單擊poi搜索結(jié)果的某一點(diǎn)，顯示該點(diǎn)信息，且地圖平移至該點(diǎn)，地圖以該點(diǎn)為中心。

d.搜索結(jié)果也以列表形式展現(xiàn)，點(diǎn)擊列表中的某一項(xiàng)，直接定位到該點(diǎn)，地圖以該點(diǎn)為中心，標(biāo)注圖標(biāo)，單擊圖標(biāo)彈出窗口，顯示該點(diǎn)詳細(xì)信息。

e.點(diǎn)擊某些關(guān)鍵詞查詢后的結(jié)果（如“餐廳”）可跳轉(zhuǎn)到Place詳情頁。

f.輸入搜索關(guān)鍵詞，會根據(jù)模糊的不完整的關(guān)鍵詞返回精確的建議搜索詞。

●路徑規(guī)劃

輸入起點(diǎn)與終點(diǎn)后，分別有公交、駕車和步行三種線路規(guī)劃搜索。

5.總體架構(gòu)（見圖4）

圖4　系統(tǒng)框架圖

系統(tǒng)的構(gòu)架可分為：網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用支持層、功能層和應(yīng)用層。應(yīng)用層由旅游地圖等專題、普通地圖組成，本系統(tǒng)針對旅游地圖開發(fā)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能：主要功能有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、圖層控制、數(shù)據(jù)瀏覽、空間量算等，所有的應(yīng)用都構(gòu)建在Unitiy3D和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開發(fā)包Vuforia之上，并通過ADO來訪問網(wǎng)絡(luò)端的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包含空間數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)和瓦片數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)用來返回空間查詢的結(jié)果并進(jìn)行定位，多媒體數(shù)據(jù)則對地圖中的地物進(jìn)行屬性描述，而瓦片數(shù)據(jù)則是對行政區(qū)劃圖進(jìn)行逐級切片，作為攝像頭的識別源來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能。

6.軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)（見圖5）

6.1技術(shù)路線

圖5　技術(shù)路線

本系統(tǒng)是一個涉及Unity3D平臺和Android操作系統(tǒng)的跨平臺綜合解決方案，采用Qualcomm Vuforia SDK和百度Map API軟件開發(fā)包，搭建一款針對Android智能手機(jī)的紙質(zhì)地圖增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互軟件。

本系統(tǒng)跨平臺的解決方案充分利用了Unity3D和Android系統(tǒng)兩者的優(yōu)點(diǎn)：

●Unity3D可視化編程界面支持大部分3D模型、骨骼動畫直接導(dǎo)入，可以輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實(shí)時三維動畫等類型互動內(nèi)容。

●Unity3D能夠進(jìn)行高效的腳本編輯，支持Qualcomm Vuforia組件，支持Java Script、C#、Boo腳本語言。能夠?qū)С鯡clipse工程文件，進(jìn)行Android平臺下的開發(fā)。

●Android根據(jù)本系統(tǒng)的需求，方便靈活地定制增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序，構(gòu)建合理的移動端解決方案。

●Android支持百度地圖API，能夠進(jìn)行電子地圖的一系列操作。

6.2系統(tǒng)建設(shè)

系統(tǒng)建設(shè)步驟如下：

●運(yùn)用3DSmax軟件建設(shè)興趣點(diǎn)三維模型，導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D平臺，建設(shè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)三維場景。

●將Qualcomm Vuforia SDK導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D平臺，構(gòu)建增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)跟蹤、識別、渲染功能入口。

●采用C#語言進(jìn)行動作腳本編輯，本系統(tǒng)運(yùn)行時涉及Unity3D平臺與Android系統(tǒng)的通信，開發(fā)設(shè)計(jì)中引入U(xiǎn)nity3D的消息機(jī)制，采用消息函數(shù)UnitySendMessage實(shí)現(xiàn)通信。

●以上工作完成后，即可從Unity3D平臺導(dǎo)出Eclipse工程文件，導(dǎo)入Eclipse軟件中設(shè)置工程類型為Libary，并生成類庫.jar文件。

●在Eclipse軟件中建設(shè)Android應(yīng)用程序工程，引入上一步驟生成的鏈接庫，導(dǎo)入baidumap.jar和AndroidSDK，并根據(jù)功能設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)用程序。此處要建立與Unity3D通信的接口函數(shù)，以實(shí)現(xiàn)交互功能。

●完成以上工作后即可發(fā)布應(yīng)用程序，安裝在手機(jī)終端進(jìn)行測試應(yīng)用。

7.結(jié)束語

采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)地圖的二次應(yīng)用，增加了紙質(zhì)地圖可互動的數(shù)字內(nèi)容，構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)化傳輸途徑，實(shí)現(xiàn)了紙質(zhì)地圖與數(shù)字地圖及地理信息系統(tǒng)的有機(jī)融合。該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于各類紙質(zhì)出版物，豐富各類信息的展示與傳輸模式。

【1】張茂軍.虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

【2】石教英.虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)及實(shí)用算法[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

P285

B

2095-7319（2015）06-0056-04

鄧秋月(1970-)，女,山西太原人,工程師,現(xiàn)在山西省地圖集編纂委員會辦公室工作,主要從事GIS系統(tǒng)研發(fā)及地圖成果編制。