基于Cesium的虛擬旅游系統(tǒng)研究

吳 泳，黃天勇，聞 平

（1.河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211100；2.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì) 研究院有限公司，云南 昆明 650051）

旅游業(yè)是非常具有發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)。2019年“五一”假日期間，國(guó)內(nèi)旅游接待總?cè)藬?shù)達(dá)到1.95億人次，實(shí)現(xiàn)旅游收入1 176.7億元。龐大的旅游市場(chǎng)給管理者自身經(jīng)營(yíng)與管理帶來(lái)了很多問(wèn)題，傳統(tǒng)滯后的系統(tǒng)已無(wú)法滿足旅游業(yè)的發(fā)展，旅游產(chǎn)業(yè)信息化、智能化迫在眉 睫[1]。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)旅游業(yè)的信息化發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行了研究。一個(gè)成熟的旅游系統(tǒng)需通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、借助便攜的終端上網(wǎng)設(shè)備，實(shí)時(shí)發(fā)布景區(qū)信息，使游客主動(dòng)感知目的地的旅游資源、旅游活動(dòng)、景區(qū)情況等，從而合理安排出行計(jì)劃[2-3]。同時(shí)，綜合性的系統(tǒng)工程應(yīng)涉及旅游行業(yè)的方方面面，其中的重中之重就是在基礎(chǔ)設(shè)施的源頭將服務(wù)作為核心看待，以信息數(shù)據(jù)的交互為主線，由此衍生設(shè)計(jì)的相關(guān)應(yīng)用也應(yīng)將游客的出行體驗(yàn)放在首 位[4]。本文以云南省建水縣為例，利用傾斜測(cè)量、Ajax異步傳輸、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)與景區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，將數(shù)據(jù)以可視化的方式呈現(xiàn)在網(wǎng)頁(yè)端，從而構(gòu)建了一個(gè)輕量便捷、功能齊全的虛擬旅游系統(tǒng)，以期通過(guò)新技術(shù)手段與多媒體交互的方式建設(shè)虛擬旅游目的地，恢復(fù)景區(qū)的歷史風(fēng)貌，講述景區(qū)的文化和故事，將景區(qū)的文化之美、歷史之美、風(fēng)景之美、生活之美、人文之美傳達(dá)給游客。

1 技術(shù)路線與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

1.1 技術(shù)路線

隨著傾斜測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)專(zhuān)門(mén)的軟件對(duì)無(wú)人機(jī)采集的影像數(shù)據(jù)和外業(yè)得到的像控點(diǎn)信息進(jìn)行處理，即可在短時(shí)間內(nèi)獲得目標(biāo)區(qū)域的真三維模型[5]。這種利用傾斜測(cè)量技術(shù)得到的實(shí)景三維模型具有真紋理、真三維、清晰、直觀等特點(diǎn)，非常適合作為虛擬旅游的源數(shù)據(jù)，使游客足不出戶就可感知旅游目的地的全景風(fēng)貌；但其展示需要專(zhuān)業(yè)軟件的支持，局限性較大。為了解決上述問(wèn)題，本文選取Cesium作為系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。Cesium是一款基于Javascript編寫(xiě)的開(kāi)源三維GIS引擎，通過(guò)專(zhuān)門(mén)的軟件可將傾斜測(cè)量數(shù)據(jù)、BIM模型、矢量數(shù)據(jù)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Cesium支持的3D Tiles格式，無(wú)需安裝任何插件即可在Web端進(jìn)行集成展示與交互，同時(shí)支持手機(jī)、平板等移動(dòng)端的瀏覽[6-7]。

本文利用B/S架構(gòu)構(gòu)建虛擬旅游系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)獲取景區(qū)的天氣情況、客流量情況、停車(chē)場(chǎng)車(chē)位信息等，并以可視化的方式呈現(xiàn)給游客，輔助游客調(diào)整出行方式和游玩路線規(guī)劃，大大提高了游客的旅游質(zhì)量和效率。系統(tǒng)的技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線圖

1.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

1.2.1 實(shí)景三維模型的生產(chǎn)與加工

傾斜測(cè)量技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展十分迅速的一項(xiàng)高新技術(shù)，作業(yè)流程一般分為3個(gè)部分：①利用飛行器獲取足量影像數(shù)據(jù)，通常選擇無(wú)人機(jī)作業(yè)，有時(shí)也使用小型飛機(jī)，飛行器一般搭載一個(gè)垂直、4個(gè)傾斜的傳感器設(shè)備進(jìn)行影像采集；②外業(yè)人員利用GPS-RTK進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量，獲得精確的像控點(diǎn)點(diǎn)位信息，像控點(diǎn)目標(biāo)選擇的好壞以及指示點(diǎn)位的準(zhǔn)確程度將直接影響成果的精度；③利用Smart3D軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到目標(biāo)區(qū)域的實(shí)景三維模型。

未經(jīng)處理的模型一般存在較多問(wèn)題，如區(qū)域內(nèi)有很多懸浮物、部分遮擋地區(qū)產(chǎn)生空洞、水面不平整、地面上的地物發(fā)生扭曲、建筑物紋理模糊等，導(dǎo)致生產(chǎn)的實(shí)景三維模型表現(xiàn)效果不佳。利用武漢天際航公司開(kāi)發(fā)的DP-Modeler軟件可對(duì)模型進(jìn)行二次加工，對(duì)修改難度較大的建筑單體化建模，最終得到逼真、清晰、直觀的實(shí)景三維模型展示供游客欣賞，如圖2所示。

圖2 實(shí)景三維模型

1.2.2 景區(qū)數(shù)據(jù)的獲取

通過(guò)人工矢量化可得到景區(qū)的矢量數(shù)據(jù)，并賦予數(shù)據(jù)屬性信息；再利用ArcGIS Server進(jìn)行發(fā)布，可在Cesium中加載展示，從而實(shí)現(xiàn)景區(qū)門(mén)票、地理位置、歷史特色等信息的查詢與展示功能。景區(qū)采用身份證或二維碼方式出、入園，可實(shí)時(shí)記錄總瀏覽人數(shù)、在園人數(shù)、出園人數(shù)等，方便景區(qū)合理安排現(xiàn)場(chǎng)管理人員維持秩序，游客妥善制定游玩計(jì)劃，錯(cuò)峰出行。停車(chē)場(chǎng)等公共資源區(qū)域布設(shè)攝像頭，停車(chē)位登記車(chē)主信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)情況，避免停車(chē)場(chǎng)擁擠無(wú)序而發(fā)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 三維漫游

系統(tǒng)的三維漫游采用自主漫游和定點(diǎn)移動(dòng)兩種方式。三維漫游功能旨在讓游客置身于實(shí)景三維模型之中，總覽整個(gè)景區(qū)的景色，同時(shí)結(jié)合文字介紹與導(dǎo)游音頻，從而豐富游客的游前體驗(yàn)、激發(fā)游客的游玩熱情。

1）自主漫游功能主要針對(duì)大范圍區(qū)域設(shè)計(jì)，讓游客自主選擇移動(dòng)視角和路線以達(dá)到虛擬旅游的目的。利用Cesium中封裝的scene.primitives.add方法在地圖中添加一個(gè)模型，并設(shè)置相機(jī)和模型的偏移參數(shù)；通過(guò)鍵盤(pán)監(jiān)聽(tīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)模型移動(dòng)的控制，同時(shí)更新數(shù)據(jù)并刷新模型位置。具體鍵盤(pán)監(jiān)聽(tīng)功能如表1所示。

表1 自主漫游鍵盤(pán)監(jiān)聽(tīng)功能

2）定點(diǎn)漫游功能主要針對(duì)重點(diǎn)地物瀏覽設(shè)計(jì)，如寺廟、塔、橋、雕塑等單一或少量經(jīng)過(guò)精細(xì)修模的實(shí)景三維模型。定點(diǎn)漫游實(shí)際上是三維場(chǎng)景中一種非常普通的動(dòng)畫(huà)效果，通過(guò)設(shè)置一個(gè)中心點(diǎn)，固定與目標(biāo)點(diǎn)的距離與俯角，不斷地改變相機(jī)姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)聚焦中心點(diǎn)環(huán)繞瀏覽。

2.2 景點(diǎn)信息展示

各景區(qū)簡(jiǎn)介的可視化表達(dá)主要通過(guò)調(diào)用Cesium的相關(guān)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。Cesium提供的Entity方法可用于創(chuàng)建實(shí)體，在系統(tǒng)中被用于實(shí)現(xiàn)景點(diǎn)描述功能。利用PinBuilder方法生成自定義地圖圖釘，并作為畫(huà)布元素的實(shí)用程序類(lèi)。Entity方法具有ID、Name、Availability、Show、Description、Position以及相關(guān)形狀選擇等很多屬性，其中Description屬性用于景點(diǎn)描述，Position屬性用于設(shè)置實(shí)體創(chuàng)建位置，相關(guān)形狀選擇Billboard并設(shè)置為PinBuilder，則可指定實(shí)體的具體呈現(xiàn)形式，如圖3所示。

圖3 景點(diǎn)信息展示

景區(qū)的詳細(xì)信息則通過(guò)矢量數(shù)據(jù)和Echarts插件來(lái)實(shí)現(xiàn)。將人工矢量化得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行拉伸處理，即可得到建筑物白模，再賦予其屬性信息，便可在Cesium中進(jìn)行展示和查詢。Echarts提供了柱狀圖、折線圖、餅圖等多種表格樣式，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，方便游客對(duì)旅游景區(qū)的掌握，如圖4所示。

圖4 景區(qū)詳細(xì)信息查詢

2.3 景區(qū)信息實(shí)時(shí)發(fā)布

1）景區(qū)的天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)通過(guò)天氣網(wǎng)提供的API接口實(shí)現(xiàn)，該接口成熟、穩(wěn)定、更新及時(shí)，被國(guó)內(nèi)很多門(mén)戶網(wǎng)站使用。調(diào)用該接口可獲取目標(biāo)區(qū)域的天氣情況、紫外線強(qiáng)度、穿衣指數(shù)和風(fēng)力風(fēng)向等數(shù)據(jù)，游客則可依據(jù)實(shí)時(shí)更新的天氣情況對(duì)出行計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，如圖5所示。

圖5 天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)

2）景區(qū)預(yù)警系統(tǒng)主要由景區(qū)的智能化出、入園系統(tǒng)支持。游客通過(guò)二維碼或身份證等方式出入園，景區(qū)可實(shí)時(shí)掌握在園人數(shù)、出園人數(shù)以及目前總瀏覽人數(shù)。接收到實(shí)時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，前端通過(guò)Ajax技術(shù)動(dòng)態(tài)更新頁(yè)面，并利用Cesium Heatmap.js插件以熱力圖的方式在網(wǎng)頁(yè)端進(jìn)行表達(dá)，簡(jiǎn)單直接地呈現(xiàn)各景點(diǎn)的擁擠情況。景區(qū)預(yù)警系統(tǒng)可使管理者合理分配資源，對(duì)各景點(diǎn)進(jìn)行人力調(diào)整，妥善維持景區(qū)治安；同時(shí)可使游客更好地規(guī)劃游玩時(shí)間，錯(cuò)峰出行，避免浪費(fèi)等待時(shí)間，如圖6所示。

圖6 景區(qū)預(yù)警系統(tǒng)

3）停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)主要借助?？低昗eb插件Web Components.exe實(shí)現(xiàn)。該插件是一個(gè)?？礑VR監(jiān)控在線觀看插件，僅支持B/S網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)，能在網(wǎng)頁(yè)上實(shí)現(xiàn)預(yù)覽、回放、云臺(tái)控制等功能。同時(shí)在Cesium中創(chuàng)建Entity-polygon多邊形面的實(shí)體，通過(guò)設(shè)置經(jīng)緯度將其創(chuàng)建在地圖中具體的停車(chē)場(chǎng)位置上，設(shè)置其材質(zhì)為實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻，即可將監(jiān)控投影到相應(yīng)的區(qū)域。該系統(tǒng)還可登記每個(gè)車(chē)位的使用情況和車(chē)主信息，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，在前端呈現(xiàn)停車(chē)場(chǎng)車(chē)位的相關(guān)情況。停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)可減輕管理人員的管理壓力，使游客合理選擇適當(dāng)?shù)某鲂蟹绞揭约坝心康牡?、快速地找到?chē)位，如圖7所示。

圖7 停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，人們的物質(zhì)文化生活也愈發(fā)豐富。旅游業(yè)作為支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè)之一，具有廣闊的市場(chǎng)和巨大的發(fā)展?jié)摿?。在物?lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等高新技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，如果各旅游景區(qū)能把握機(jī)遇，加快自身信息化、智能化發(fā)展的步伐，打造出具有自身特色的品牌服務(wù)，就能率先搶占市場(chǎng)、擴(kuò)大客源、打響知名度。本文研究并設(shè)計(jì)了云南省建水縣的旅游系統(tǒng)，旨在充分利用現(xiàn)有資源，以數(shù)字化的形式將建水縣的風(fēng)景名勝呈現(xiàn)在游客面前。該系統(tǒng)具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，但功能尚不夠全面，還需后期持續(xù)更新完善。