基于三維激光和AR技術(shù)的智慧旅游微縮模型場景設(shè)計(jì)

陳兆倩 王洪雁

摘? 要： 針對傳統(tǒng)的智慧旅游微縮模型場景設(shè)計(jì)方法中微縮場景設(shè)計(jì)精度低的問題，提出一種基于三維激光和AR技術(shù)的智慧旅游微縮模型場景設(shè)計(jì)方法。利用三維激光掃描技術(shù)獲得旅游場景的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，使用統(tǒng)計(jì)量描述場景特征，根據(jù)場景特征采用目標(biāo)作用距離計(jì)算方法計(jì)算微縮模型場景距離。在此基礎(chǔ)上，采用分層制作的方法，將旅游場景分為多個模塊與子場景，結(jié)合得到的模型場景距離，得出智慧旅游微縮模型場景。實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果表明，此次提出的基于三維激光和AR技術(shù)的智慧旅游微縮模型場景設(shè)計(jì)方法比傳統(tǒng)的方法微縮場景設(shè)計(jì)精度高，實(shí)際應(yīng)用意義更強(qiáng)。

關(guān)鍵詞： 微縮模型; 場景設(shè)計(jì); 三維激光; AR技術(shù); 場景距離計(jì)算; 場景構(gòu)建; 智慧旅游

中圖分類號： TN249?34; TP311? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2020）10?0163?03

Smart tourism miniature model scene design based on 3D laser and AR technology

CHEN Zhaoqian1， WANG Hongyan2

（1. Wuxi Taihu University， Wuxi 214064， China; 2. College of Information Engineering， Dalian University， Dalian 116622， China）

Abstract： A method of smart tourism miniature model scene design based on 3D laser and AR technology is proposed to improve the precision of miniature scene in the traditional smart tourism miniature model scene design method. The 3D point cloud data of tourism scenes are obtained by means of 3D laser scanning technology， the scene features are described with statistic， and the scene distances of miniature model are calculated by means of the target operating distance calculation method according to the scene features. On this basis， the tourism scene is divided into several modules and sub?scene by means of the method of hierarchical production， and the smart tourism miniature model scene is obtained by combining the obtained model scene distance. The experimental results show that the proposed method of smart tourism miniature model scene design based on 3D laser and AR technology has higher precision in the miniature scene design than that of the traditional method， which has stronger practical application.

Keywords： miniature model; scene design; 3D laser; AR technology; scene distance calculation; scene construction; smart tourism

0? 引? 言

交通快速發(fā)展以及人民生活水平提高，為旅游業(yè)發(fā)展提供了更廣闊的發(fā)展空間。同時，計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，旅游業(yè)與信息技術(shù)的結(jié)合為其發(fā)展提供了新的契機(jī)。與傳統(tǒng)旅行業(yè)相比，智慧旅游能夠?yàn)橛慰吞峁└迂S富的服務(wù)信息，用戶獲取信息更加便捷。但是，智慧旅游微縮模型場景創(chuàng)建上，出現(xiàn)場景設(shè)計(jì)精度低的問題，針對目前存在問題，提出一種三維激光和AR技術(shù)應(yīng)用到智慧旅游微縮模型場景設(shè)計(jì)方法。微縮模型場景是指現(xiàn)實(shí)中已存在，或已有過描述的場景按照一定比例等比縮小制作出來，給游客一種不同的視覺感受。微縮模型場景有助于游客全面、整體地觀察景區(qū)，并且具有一定的裝飾性。

此次基于三維激光和AR技術(shù)的智慧旅游微縮模型場景設(shè)計(jì)方法從微縮模型場景距離計(jì)算和微縮模型場景構(gòu)建兩方面完成智慧旅游微縮模型場景的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果表明，此次設(shè)計(jì)的基于三維激光和AR技術(shù)的智慧旅游微縮模型場景設(shè)計(jì)方法比傳統(tǒng)方法的微縮場景設(shè)計(jì)精度高，具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。

1? 微縮模型場景距離計(jì)算

為使微縮模型場景展現(xiàn)更加準(zhǔn)確、直觀，對微縮模型場景距離計(jì)算。在對微縮模型場景距離計(jì)算之前，利用三維激掃描技術(shù)獲取旅游場景三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)[1]，分析旅游場景結(jié)構(gòu)特征，繪制大致草圖，確定建筑模型的規(guī)模大小、色彩[2]以及綠化等要素，減少場景面數(shù)。導(dǎo)入旅游文件，統(tǒng)一文件單位[3]，保證場景后期拼合的無縫隙銜接。同時，在每個模型、貼圖上設(shè)置有序的英文名稱，防止后期修改時出現(xiàn)錯誤。

由于景區(qū)建模數(shù)據(jù)量較大，旅游場景中任何目標(biāo)大小不同，首先使用統(tǒng)計(jì)量描述場景特征[4]，場景特征計(jì)算原理如圖1所示。

據(jù)上述場景特征計(jì)算原理，采用描述特征方法計(jì)算特征維度，以降低場景特征維度，計(jì)算公式為：

[hnik=cazη]? ?（1）

式中：[hnik]為旅游場景基本參數(shù);[caz]為統(tǒng)計(jì)量計(jì)算因子;[η]為場景數(shù)據(jù)特征。

據(jù)上述計(jì)算降低場景特征維度，加快網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練速度[5]，在此基礎(chǔ)上，將坐標(biāo)點(diǎn)加載到三維場景中，確定各場景距離。采用實(shí)際場景點(diǎn)目標(biāo)作用距離計(jì)算方法，計(jì)算微縮模型場景下的目標(biāo)作用距離為：

[R=ΔT0NDg·DXFd·?β] （2）

式中：[NDg]為目標(biāo)觀察方向的正交界面內(nèi)投影面積;[DXFd]為目標(biāo)與背景溫差[6];[?β]為目標(biāo)與成像距離;[ΔT0]為水平瞬時現(xiàn)場。

通過上述計(jì)算得到的坐標(biāo)，確定實(shí)際場景與模型場景的平面位置，將載入的場景位置進(jìn)行加載和解析[7]，將相關(guān)位置信息存儲到相應(yīng)數(shù)組中，得到微縮模型中各個場景之間的距離，為實(shí)際的智慧旅游微縮模型場景設(shè)計(jì)中提供依據(jù)。

2? 微縮模型場景構(gòu)建

根據(jù)上述得到的微縮模型場景距離[8]，構(gòu)建智慧旅游微縮模型場景，由于制作過程中占用計(jì)算機(jī)過多資源，采用分層制作[9]方法，根據(jù)旅游地貌和基礎(chǔ)設(shè)施等不同模塊，建立多個子場景[10]，將子場景合并，形成最后的智慧旅游微縮模型場景。設(shè)計(jì)框架如圖2所示。

首先對旅游地圖矢量化[11]處理，具體過程為：

1） 建立地圖模板[12]

將地圖掃描成位圖文件[13]，采用FLASH導(dǎo)入功能，將位圖導(dǎo)入到FLASH中，將其放置在單獨(dú)圖層中，根據(jù)地圖實(shí)際大小調(diào)整尺寸。

2） 繪制矢量地圖

新建圖層作為矢量地圖圖層，以模板地圖為依據(jù)，將模板中的建筑物、道路、湖泊等文字做矢量化處理，以相應(yīng)顏色對應(yīng)，最后將整個模板圖層刪除。

3） 完善矢量地圖

對矢量地圖進(jìn)行修改和潤色。獲得矢量圖后，構(gòu)建智慧旅游微縮模型場景，場景交互結(jié)構(gòu)如圖3所示。

在上述旅游地圖矢量處理完成的基礎(chǔ)上，構(gòu)建智慧旅游微縮模型場景，具體的構(gòu)建過程如下：

1） 創(chuàng)建三維點(diǎn)，將對象的點(diǎn)x，y，z坐標(biāo)代入引擎公式

[B=vse·X·Y·Z]

中，[vse]為場景對象函數(shù)點(diǎn)。通過上述公式獲得函數(shù)點(diǎn)，將各個點(diǎn)存入點(diǎn)數(shù)組中。

2） 創(chuàng)建面片，將上述坐標(biāo)代入

[B=fsX·Y·Z]

中，判斷[fs]位置，根據(jù)不同位置需要，設(shè)置不同位置參數(shù)，得到三維點(diǎn)，將三維點(diǎn)按照順時針順序連接，以此存儲到面數(shù)組中。

3） 利用貼圖坐標(biāo)點(diǎn)信息，創(chuàng)建坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)組，各個面上3個點(diǎn)對應(yīng)3個坐標(biāo)點(diǎn)。

4） 按照對象參數(shù)，設(shè)置材質(zhì)類型等屬性，完成智慧旅游微縮模型場景構(gòu)建。

將所有場景文件收集打包，運(yùn)行該文件，對各個功能測試，修改不完善的地方。以此完成基于三維激光和AR技術(shù)的智慧旅游微縮模型場景的構(gòu)建，根據(jù)該模型實(shí)現(xiàn)微縮模型場景的設(shè)計(jì)。

3? 實(shí)驗(yàn)對比

為證明基于三維激光和AR技術(shù)的智慧旅游微縮模型場景設(shè)計(jì)方法的有效性，以某地智慧旅游地所提供的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，選取其中某一處旅游場景作為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加具有說明性，將傳統(tǒng)方法與此次的基于三維激光和AR技術(shù)的智慧旅游微縮模型場景設(shè)計(jì)方法進(jìn)行對比。

在實(shí)驗(yàn)過程中，從某地旅游數(shù)據(jù)中選取一張旅游場景圖片[x]，將該圖片縮放到大小為[qn×ln]，使其最小邊等于256，將該圖片隨機(jī)裁剪為[256×256]大小的塊，用[xt]表示。然后在[xt]和它的水平變換中抽取5個[256×256]的圖片塊，得到10個圖片塊。

根據(jù)上述計(jì)算給出的圖片作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別使用兩種方法繪制該旅游場景的網(wǎng)格線。

在實(shí)際的場景創(chuàng)建中，存在一些看不見的物體，會直接影響微縮模型場景設(shè)計(jì)的精度。為保證旅游微縮模型場景設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的場景還原度高，對比傳統(tǒng)場景設(shè)計(jì)方法和本文的微縮模型場景設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)精度。實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果如表1所示。

分析表1可知，本文的微縮模型場景設(shè)計(jì)方法網(wǎng)格線少，基本保持在50條以下，反應(yīng)旅游場景結(jié)構(gòu);而傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)出的建筑結(jié)構(gòu)網(wǎng)格線較多，基本在50條網(wǎng)格線以上，結(jié)構(gòu)不明顯，會直接影響微縮模型場景的實(shí)際設(shè)計(jì)效果?；谠搶Ρ冉Y(jié)果，將兩種方法的設(shè)計(jì)精度進(jìn)行對比分析，結(jié)果如圖4所示。

分析圖4可知，本文微縮模型場景設(shè)計(jì)方法在網(wǎng)格線數(shù)量為20條時，精度達(dá)到80%左右，并且隨著網(wǎng)格線數(shù)量增加，精度仍然能夠保持在80%左右，受網(wǎng)格線數(shù)量影響較小;而傳統(tǒng)微縮模型設(shè)計(jì)方法在網(wǎng)格線數(shù)量為20條時，精度為60%左右，隨著網(wǎng)格線數(shù)量的增加，呈逐漸下降趨勢，說明傳統(tǒng)方法受網(wǎng)格線數(shù)量影響較大，導(dǎo)致設(shè)計(jì)精度較低。

4? 結(jié)? 語

針對傳統(tǒng)的智慧旅游微縮模型場景設(shè)計(jì)方法場景分類準(zhǔn)確率低和設(shè)計(jì)精度低的情況，提出基于三維激光和AR技術(shù)的智慧旅游微縮模型場景設(shè)計(jì)方法。利用三維激光掃描技術(shù)獲取旅游場景三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)計(jì)算微縮模型場景距離，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建微縮模型場景，實(shí)現(xiàn)智慧旅游微縮模型場景的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果表明，此次提出的基于三維激光和AR技術(shù)的智慧旅游微縮模型場景設(shè)計(jì)方法比傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)精度更高。

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