基于AR的室內(nèi)實(shí)景導(dǎo)航系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

陳峰 鄧佳欣 吳雨霜

成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

引言：全球衛(wèi)星定位與導(dǎo)航系統(tǒng)在我國的應(yīng)用很廣泛，特別是在一些發(fā)展迅猛的大城市，高樓林立，道路曲折，衛(wèi)星定位與導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)成為了人們生活中至關(guān)重要的一部分。盡管它的應(yīng)用已經(jīng)很成熟，但是在室內(nèi)導(dǎo)航和精準(zhǔn)定位上還存在著不少的缺點(diǎn)。人類一天中有三分之二的時(shí)間在室內(nèi)度過，因?yàn)槭覂?nèi)復(fù)雜多變的構(gòu)造，室內(nèi)定位和導(dǎo)航服務(wù)發(fā)展進(jìn)程緩慢，因此，拓展更穩(wěn)定、精準(zhǔn)的室內(nèi)定位和導(dǎo)航服務(wù)能夠有效地提高居民的出行質(zhì)量。

一、目前室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)的現(xiàn)狀與研究

（一）目前室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)的現(xiàn)狀。目前，室外導(dǎo)航系統(tǒng)在騰訊地圖、高德地圖等幾大地圖定位導(dǎo)航服務(wù)的運(yùn)營商的鞏固之下，服務(wù)技術(shù)逐漸成熟。伴隨著社會(huì)和科技的發(fā)展，廣大用戶對(duì)于精準(zhǔn)定位和導(dǎo)航的需求也在逐步增加，不論是國內(nèi)還是國外，這一服務(wù)技術(shù)的提供者數(shù)不勝數(shù)。但室內(nèi)定位和導(dǎo)航服務(wù)的軟件和系統(tǒng)研究還處在起步和研究階段，即使有企業(yè)研究出了類似的室內(nèi)導(dǎo)航服務(wù)軟件，能夠被人廣泛使用和接受的也少之又少。室外導(dǎo)航系統(tǒng)雖然已經(jīng)處于成熟階段，但是因?yàn)槭覂?nèi)環(huán)境復(fù)雜，樓層路徑多變等一系列的原因，室外導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)業(yè)務(wù)無法向著室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)橫向發(fā)展[1]。

（二）室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)的研究。其實(shí)早在二十世紀(jì)九十年代，受到衛(wèi)星定位的影響，國外就已經(jīng)有公司研發(fā)出了首個(gè)室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)，但因?yàn)榉N種原因沒有得到廣泛應(yīng)用。二十一世紀(jì)初，國外幾個(gè)大型的互聯(lián)網(wǎng)公司也相繼研發(fā)出了各種可以展示室內(nèi)平面建筑提供導(dǎo)航站點(diǎn)線路的軟件[2]。我國政府也投入了大量的人力、物力以及財(cái)力研究和實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外兩用的精準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)。室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展迅速，國外的谷歌公司在2013年年底時(shí)所研究的室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋了大部分國家和主要地區(qū)，中國百度公司旗下的室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)也已經(jīng)在北京的大型商場(chǎng)開始應(yīng)用。

二、AR基礎(chǔ)下導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展及研究

（一）在AR基礎(chǔ)下室外導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展。AR的意思即增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，就是在屏幕上把虛擬世界投射或者套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)?，F(xiàn)如今，AR已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。隨著科技的不斷進(jìn)步，手機(jī)、電腦等移動(dòng)設(shè)備從一開始只能進(jìn)行文字交流到現(xiàn)在可以通過攝像頭和傳感器獲取生活中我們想看到的圖片和視頻信息。自從AR技術(shù)出世以來，研究AR技術(shù)的研究所和高校逐年增長。如谷歌公司所研創(chuàng)的眼鏡，能將客戶所需要的信息通過眼鏡鏡片上的顯示屏傳給客戶[3]。

（二）在AR基礎(chǔ)下室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)的現(xiàn)狀及研究。大型室內(nèi)建筑區(qū)域太大，室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜多變，例如大型商場(chǎng)或者地下商業(yè)街等，活動(dòng)范圍太大，人在進(jìn)入之后有時(shí)會(huì)迷路。室外導(dǎo)航系統(tǒng)基本無法做到準(zhǔn)確定位，也無法給行人提供準(zhǔn)確的路線。而國內(nèi)外所研發(fā)的很多室內(nèi)導(dǎo)航軟件，基本上只能提供瀏覽功能，在實(shí)景上還缺乏實(shí)時(shí)定位和導(dǎo)航能力，因此，無法解決室內(nèi)出行這一難題[4]。手機(jī)等移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以為室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)提供良好的媒介和技術(shù)上的支持，致力于研究和開發(fā)室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)的公司和機(jī)構(gòu)可以通過手機(jī)端上的傳感數(shù)據(jù)及衛(wèi)星信號(hào)的接收來進(jìn)行室內(nèi)定位及導(dǎo)航系統(tǒng)的研究。

三、基于AR的室內(nèi)實(shí)景導(dǎo)航的實(shí)現(xiàn)

（一）無線定位。不同的建筑其室內(nèi)環(huán)境及復(fù)雜程度就有所不同，遮擋信號(hào)的障礙物多了之后就無法準(zhǔn)確地給行人提供位置服務(wù)。無線功能則能為信號(hào)服務(wù)提供技術(shù)支持，一個(gè)有效而完整的定位模板是室內(nèi)系統(tǒng)是否準(zhǔn)確、實(shí)用的關(guān)鍵因素之一。無線定位的原理就是通過用戶的手機(jī)等移動(dòng)端接受無線信號(hào)，結(jié)合后臺(tái)的離線數(shù)據(jù)庫通過定位算法推算用戶位置。

（二）通過電子地圖實(shí)現(xiàn)。建立電子地圖是室內(nèi)實(shí)景導(dǎo)航中最基礎(chǔ)的模塊，同時(shí)，它也是用戶在使用時(shí)同后臺(tái)交互最直接的方式之一。電子地圖可以實(shí)現(xiàn)放大、縮小、選取樓層位置等功能，還能提供室內(nèi)導(dǎo)航外的其他功能，留下可交互和反饋的接口。電子地圖的可以通過直接的圖像向用戶展示所需信息，在操作電子地圖時(shí)，用戶可以先通過地圖對(duì)感興趣的商鋪進(jìn)行預(yù)覽，也可直接從地圖的搜索框搜尋所需信息，室內(nèi)樓層切換可以由用戶自行任意選擇，相對(duì)應(yīng)的，電子地圖也會(huì)進(jìn)行切換。地圖所形成的結(jié)構(gòu)部分主要是為整個(gè)電子地圖的運(yùn)作提供技支持。

（三）實(shí)景導(dǎo)航部分。這一部分主要是在定位和導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上AR技術(shù)和實(shí)景圖像及圖片。用戶在搜索出準(zhǔn)確的出行路線之后，導(dǎo)航過程中用戶不斷移動(dòng)位置，通過手機(jī)移動(dòng)數(shù)據(jù)端接收數(shù)據(jù)，顯示路線中相對(duì)應(yīng)的實(shí)景圖片，這些圖都是用戶在所站立或者移動(dòng)的位置上能看到的景象。隨著用戶不斷向目的地前進(jìn)，實(shí)景圖片也要隨之更新。在不斷更新的實(shí)景圖片中通過AR技術(shù)加入導(dǎo)航箭頭和估算直行及轉(zhuǎn)彎距離，讓用戶在不認(rèn)識(shí)路的情況下也能順利到達(dá)，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)度。

結(jié)束語：在室內(nèi)定位和導(dǎo)航系統(tǒng)上加入AR技術(shù)在給我們的生活帶來便利的同時(shí)還能增加用戶的體驗(yàn)感。室內(nèi)實(shí)景導(dǎo)航還有很大的進(jìn)步和研發(fā)空間，隨著科技的進(jìn)步，這一技術(shù)終會(huì)在不久后實(shí)現(xiàn)。