三維數(shù)字化技術(shù)在山西旅游文創(chuàng)等方面的研究與探索

潘琛 田永剛 王曉燕

摘要：當前，計算機技術(shù)發(fā)展迅猛，計算機虛擬技術(shù)在我們生產(chǎn)生活的不同領(lǐng)域上不斷發(fā)展，讓我們認識到其重要的作用，這使得其應(yīng)用提供了有利條件。本文主要研究的是如何將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到旅游產(chǎn)業(yè)中，如何利用三維數(shù)字化技術(shù)進行旅游的宣傳展示、文創(chuàng)產(chǎn)品研發(fā)、景區(qū)旅游線路規(guī)劃等內(nèi)容，通過本文對重點技術(shù)的分析以及具體實現(xiàn)，希望可以進一步推動虛擬現(xiàn)實技術(shù)在山西數(shù)字旅游領(lǐng)域中應(yīng)用與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：山西;數(shù)字旅游;擬現(xiàn)實技術(shù);實踐應(yīng)用

中圖分類號：TP393? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）03-0091-02

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality），即“VR技術(shù)”，主要就是利用計算機平臺，構(gòu)建出一個基于數(shù)字平臺的三維空間虛擬世界，將人類視覺能感應(yīng)到的事物進行虛擬化，給用戶一種身臨其境的代入感。在VR技術(shù)中，除了包含了計算機仿真技術(shù)、CG技術(shù)，此外，還涉及了三維顯示、人工智能、機器傳感等多種技術(shù)應(yīng)用，VR技術(shù)是建立在計算機基礎(chǔ)上的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。而數(shù)字旅游近年來受到越來越多的人關(guān)注，作為“數(shù)字中國”體系建設(shè)發(fā)展重要組成部分，結(jié)合視覺三維數(shù)字化技術(shù)，探索基于三維數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的旅游在山西旅游發(fā)展上的一些可能幫助及其意義。

1 數(shù)字旅游中的相關(guān)技術(shù)

1.1 LOD技術(shù)

LOD（Level of Detail）技術(shù)指距離較近的視點，所展現(xiàn)的三維模型使用較多的多邊形，而距離視點較遠的三維模型則使用較少的多邊形[1]。在VR技術(shù)中，通過需要引進細節(jié)層次表示技術(shù)，從而達到降低圖形系統(tǒng)負載，保證交互的實時性效率。引入LOD技術(shù)方法后，能夠很好地平衡圖形負載，減少計算機資源開銷，提高了仿真的效果。而在數(shù)字旅游中，主要就是利用LOD技術(shù)展現(xiàn)大面積的三維地形。在LOD技術(shù)作用下，一般有兩種生成方法：一是在事先定義好的顯示精度下，經(jīng)過層次三角形方法、四叉樹方法預先生成數(shù)據(jù);二是跟隨視點變換而進行的實時生成，此種方式，只要場景清晰度足夠，便可最大化減少數(shù)據(jù)量。

1.2 360°虛擬全景圖技術(shù)

此項技術(shù)是通過使用拍攝裝置進行360度獲取一組或多組的圖像，并經(jīng)過特殊算法成一個全景的圖像文件，并在后期通過專門的軟件來進行互動呈現(xiàn)圖像。這一技術(shù)在目前很多領(lǐng)域都有所涉獵，預訂酒店時，人們可以在App中看到酒店的全貌，進行環(huán)繞式瀏覽。但360°虛擬全景圖技術(shù)目前只適用于小范圍的全景場合，所以很適合在室內(nèi)場景、旅游風景等方面使用[2]。

1.3 三維建模技術(shù)

VRML虛擬現(xiàn)實建模技術(shù)的廣泛應(yīng)用，定義了三維數(shù)字化系統(tǒng)中的一些元素，如場景光源、模型動畫、幾何圖形、模型材質(zhì)等，通過將上述數(shù)據(jù)體現(xiàn)在三維空間中。在創(chuàng)建三維數(shù)字化空間中通過VRML語言進行創(chuàng)建，并通過計算機多媒體技術(shù)讓創(chuàng)建的三維數(shù)字化環(huán)境有動畫、音頻、視頻及圖像等功能。

例如，在建筑設(shè)計界非常流行的Google SketchUp軟件，該三維建模軟件簡單易學，整體操作界面非常簡潔清晰，與其他復雜的設(shè)計軟件相比，非常簡單易學，受到了眾多設(shè)計者的青睞。該軟件可以為物體表面敷貼材質(zhì)、貼圖[3]，當中還有很多輔助設(shè)施模型，比如足球場、樹、草、路燈等，在設(shè)計工作中可以直接應(yīng)用，這在很大程度上簡化了建模工作量，在短時間內(nèi)快速建立三維模型。

1.4 數(shù)字地球平臺技術(shù)

事實上，VRG1S（Virtual Reality Geographic lnformation System）屬于虛擬現(xiàn)實技術(shù)和地理信息系統(tǒng)融合后的產(chǎn)物，現(xiàn)階段，這一技術(shù)也成了當前研究的熱點內(nèi)容。當VR技術(shù)與G1S技術(shù)結(jié)合后，可以在真正意義上，實現(xiàn)旅游可視化，提高視覺效果。而數(shù)字地球平臺，作為一種應(yīng)用服務(wù)和決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)了地球空間在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表達以及數(shù)據(jù)輸出等方面一體化運行。利用多分辨率空間影像數(shù)據(jù)，依托空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，利用三維可視化技術(shù)，可以更好地為人們提供全新的空間信息。由此，可以構(gòu)想，對于三維數(shù)字旅游的實現(xiàn)，可以充分利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，結(jié)合數(shù)字地球平臺，由此便可實現(xiàn)[4]。

2 三維數(shù)字化技術(shù)在山西旅游文創(chuàng)中的具體實現(xiàn)

2.1 三維數(shù)字化技術(shù)路線

虛擬視覺VR技術(shù)有獨特的可視化技術(shù)的優(yōu)勢，能構(gòu)建出虛擬旅游系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要面向用戶、商家以及相關(guān)的旅游管理部門。通過三維數(shù)字化構(gòu)建線上旅游系統(tǒng)，能實現(xiàn)線上呈現(xiàn)真實的旅游環(huán)境，其中包括真實的地理位置、周邊的環(huán)境、虛擬景點、文物仿真、生活服務(wù)設(shè)施等，比如商店、酒店、餐館、文化娛樂設(shè)施、加油站等。

2.1.1 構(gòu)建平臺

隨著虛擬數(shù)字化平臺的發(fā)展，多家的虛擬數(shù)字化平臺得到了長足的發(fā)展，這也進一步推動了數(shù)字旅游的發(fā)展，這也給旅游的開發(fā)與利用提供了更廣闊的空間。目前可以借助以Google Earth為代表的場景虛擬化系統(tǒng)進行相關(guān)項目的開發(fā)。Google Earth軟件的推出，融合了衛(wèi)星影像、G1S、VR技術(shù)，實現(xiàn)了多項技術(shù)一體化運行。用戶在Google數(shù)字地球平臺中，可以獲取到任何國家，任何地區(qū)的高精度衛(wèi)星影像圖。此外，Google Earth軟件自身也具備了非常豐富的G1S功能，當中包含了多種位置的矢量信息，比如地區(qū)邊界、地勢、景點、路況、服務(wù)設(shè)施等。用戶利用KML語言，可以通過類似Google Earth這樣的平臺上進行地標的管理和模型的創(chuàng)建。另一方面還可以在Google Earth平臺上直接構(gòu)建虛擬旅游環(huán)境，通過加載真實的地理信息及實景貼圖，以及室內(nèi)室外的真實景象實況構(gòu)建相應(yīng)的模型，從而為游客提供更加真實的體驗[5]。

2.1.2 KML語言與數(shù)據(jù)制作

Google Earth 平臺上的3D模型主要是由SketchUp這個軟件來進行制作。SketchUP不僅可以進行幾何體模型的直接創(chuàng)建，其生成文件也可以直接導入CAD進行處理紋理，具有非常多的功能，在操作上非常簡單便利。在該軟件作用下，當模型加載完成后，導入Google Earth平臺后，平臺會將數(shù)字模型附加坐標和視點坐標等相關(guān)數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建成一個完整的地標，并以KML文件格式進行存檔。KML就是建立在XML語法和文件格式的標簽語言，主要作用就是對地理信息進行描述、保存。同時，KML也會對Google Earth的顯示效果進行控制。

2.2 虛擬現(xiàn)實場景建模

2.2.1 SketchUp軟件進行三維建模

在建模方面，SketchUP軟件可以對旅游的景點、文物、生活服務(wù)設(shè)施進行建模，主要利用到的建模工具有3DMAX、X3D、VRML等，而對于實體表面的處理，主要利用實體圖像數(shù)據(jù)獲取紋理文件等，在這些技術(shù)作用下，生成與現(xiàn)實實物一致的三維模型文件。此外，對于旅游景區(qū)內(nèi)的一些矢量數(shù)據(jù)，例如景區(qū)地形數(shù)據(jù)、建筑物、道路等，這些都可以借助DEM來重建，結(jié)合正射影像數(shù)據(jù)，最終構(gòu)建成非常逼真、生動的三維虛擬景觀。

以山西晉祠旅游景區(qū)建筑圣母殿為例，該部分是虛擬場景中的主體，利用SketchUp軟件對實體建筑進行建模，需要經(jīng)歷以下幾個步驟：（1）建模的前提基礎(chǔ)便是獲取地形和影像數(shù)據(jù)。在實際操作過程中，主要是通過使用Google SketchUp軟件進行建筑物三維建模。通過在Google Earth平臺上獲取對應(yīng)的地形、影像數(shù)據(jù)，而后借助成型的地形圖，從而得到對應(yīng)的二維矢量地圖。（2）對于建模數(shù)據(jù)的獲取，需要從建筑圖紙、建筑物的三維視圖中獲取，包含建筑外觀、幾何形狀。（3）針對模型的層次結(jié)構(gòu)，需要從建筑具體的結(jié)構(gòu)入手，包含了柱、房頂、門窗、墻體、地面等幾個部分，針對不同的結(jié)構(gòu)分別建模[6]。而后在GoogleSketchUp中創(chuàng)建對應(yīng)的三維模型。（4）為簡化數(shù)據(jù)量，要在建模后對模型進行優(yōu)化，減少冗余的多邊形面，從而達到簡化整個場景數(shù)據(jù)的目的。（5）針對建筑門、窗等較為細致的區(qū)域，主要利用紋理映射法，通過使用紋理貼圖來替代對應(yīng)的實際多邊面部分。

2.2.2 通過VRML進行三維數(shù)字化建模

首先，所有的對象建?？梢杂?wrl文件格式直接導出。對單獨的相關(guān)的模型文件進行合成，使其盡量成為一個整體模型，從而簡化模型數(shù)量，減少計算、存儲資源的開銷。

其次，交互功能。比如當游覽者在線上進行參觀時，到了展廳的大門，通過單擊大門的按鈕，實現(xiàn)虛擬大門的開啟、關(guān)閉動作。而此部分的控制實現(xiàn)，就是運用了VRML的相關(guān)傳感技術(shù)。而在電視播放的控制方面，是通過相應(yīng)的代碼實現(xiàn)的。此外，借助TouchSensor節(jié)點實現(xiàn)了游覽者點擊展廳內(nèi)的景點介紹時，不僅可以身臨其境地體驗到景區(qū)的場景，同時，也可以通過音頻播放聽到對應(yīng)的解說，另外，利用平面?zhèn)鞲衅鳎梢詽M足游客移動某些旅游物品的需求，進而獲得真實的體驗。

3 結(jié)束語

綜上所述，隨著VR技術(shù)的不斷發(fā)展、日益成熟，為數(shù)字旅游系統(tǒng)的開發(fā)提供了有力支撐。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)作用下，在真正意義上，實現(xiàn)了傳統(tǒng)數(shù)字旅游景點由平面轉(zhuǎn)變?yōu)槿S立體模式，真實還原了旅游景點的各項資源，帶給用戶更加逼真、鮮活的體驗和感受，開啟了實時交互游覽時代。VR技術(shù)與數(shù)字旅游系統(tǒng)的結(jié)合，可以更好地幫助景區(qū)管理單位對景區(qū)進行旅游線路規(guī)劃、旅游信息收集及分析、旅游相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行決策、相關(guān)文創(chuàng)產(chǎn)品研發(fā)提供技術(shù)支持等，符合時代發(fā)展下對旅游電子商務(wù)發(fā)展需求，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1] 張圣科.AR技術(shù)在數(shù)字旅游中的運用[J].信息與電腦（理論版），2019，31（19）：32-33.

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[3] 帖經(jīng)煒.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的數(shù)字旅游研究與應(yīng)用[D].山西大學，2011.

[4] 任怡萱，苗放，曾建剛.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)字旅游中的應(yīng)用研究[J].計算機時代，2009（10）：23-26.

[5] 楊揚.數(shù)字旅游系統(tǒng)中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究[D].西安電子科技大學，2006.

[6] 張圣科.AR技術(shù)在數(shù)字旅游中的運用[J].信息與電腦（理論版），2019，31（19）：32-33.

【通聯(lián)編輯：光文玲】