基于Virtools的武當(dāng)山虛擬旅游系統(tǒng)分析

王瑜

摘要：武當(dāng)山虛擬旅游系統(tǒng)利用Virtools平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)，結(jié)合了計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、三維模型技術(shù)，GIS技術(shù)和Internet技術(shù)，在分析其主要功能模塊組成的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)構(gòu)建中的存在關(guān)鍵問題進(jìn)行了探討。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)虛擬旅游景區(qū)導(dǎo)航、信息查詢、食宿預(yù)訂和網(wǎng)上商城等功能，且真實(shí)感強(qiáng)、交互性好，具有較好的仿真效果。

關(guān)鍵詞：virtools；VR旅游；虛擬現(xiàn)實(shí)；系統(tǒng)分析

中圖分類號：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0114-02

Abstract：The virtual tourism system of Wudang Mountains based on Virtools platform design and development， combined with the technology of virtual reality， 3D model technology， GIS technology and Internet technology， based on the analysis of the composition of the main function module， the key problems existing in the construction of the system were discussed. The system can realize the functions of virtual tourist attractions navigation， information query， room and board reservation， online shopping mall， etc.， and has a strong sense of reality， good interaction and good simulation effect.

Key Words：Virtools； VR travel； virtual reality； Systems analysis

虛擬旅游區(qū)漫游系統(tǒng)本質(zhì)上是計(jì)算機(jī)仿真與虛擬技術(shù)的結(jié)合，它通過三維建模軟件將旅游區(qū)內(nèi)所有建筑、環(huán)境小品甚至相關(guān)室內(nèi)場景、人物角色等仿制出來，再配合虛擬技術(shù)通過顯示器加以呈現(xiàn)，用戶可以在網(wǎng)絡(luò)上以全新的視角瀏覽和體驗(yàn)整個場景，及時全面的了解整個旅游區(qū)內(nèi)的相關(guān)信息。漫游系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)虛擬與現(xiàn)實(shí)的完美融合，采用人機(jī)互動的方式，不僅形象逼真、生動有趣，使參觀者有身臨其境的感覺，更有助于旅游區(qū)擴(kuò)大宣傳覆蓋面，提高旅游區(qū)的知名度和認(rèn)可度，高效低成本地展示其旅游資源，拓展其新的營銷模式。

1 需求分析及開發(fā)平臺簡介

1.1 武當(dāng)山虛擬旅游系統(tǒng)的需求分析

武當(dāng)山位于中國湖北省十堰市境內(nèi)，雄立漢江上游南岸，東經(jīng)110°14′～110°57′，北緯32°23′～32°33′，面積312平方公里，是聯(lián)合國世界文化遺產(chǎn)、中國國家重點(diǎn)風(fēng)景名勝區(qū)、著名的道教圣地和AAAAA級旅游區(qū)。武當(dāng)山景區(qū)屬于自然景觀和人文景觀完美結(jié)合的山岳型風(fēng)景名勝區(qū)，以其絢麗多姿的自然景觀、規(guī)模宏大的古建筑群、源遠(yuǎn)流長的道教文化和博大精深的武當(dāng)武術(shù)著稱于世，被譽(yù)為“亙古無雙勝境，天下第一仙山”。

隨著虛擬旅游技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以武當(dāng)山景區(qū)為例構(gòu)建虛擬旅游系統(tǒng)，系統(tǒng)以Virtools為開發(fā)平臺，結(jié)合GIS技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和Internet技術(shù)，采用統(tǒng)一過程和面向?qū)ο笙嘟Y(jié)合的方法來分析其架構(gòu)及模塊組成，設(shè)計(jì)出的虛擬旅游系統(tǒng)可為用戶適時提供逼真的三維模擬場景和動態(tài)旅游信息，這不僅能滿足旅游者全方位了解武當(dāng)山旅游資源的要求，也為相關(guān)職能部門的科學(xué)管理提供了依據(jù)。

1.2 Virtools開發(fā)平臺簡介

目前用于實(shí)現(xiàn)虛擬場景渲染的軟件和技術(shù)比較多，如Web3D、Vega、VRML等都能夠創(chuàng)建大型的虛擬旅游場景，但相比之下Virtools更有優(yōu)勢。它功能強(qiáng)大、操作簡單，內(nèi)置了超過500組的行為交互模塊Building Blocks，常見的三維模型、動畫、視頻、聲音等媒體文件都能被輕易的整合在一起，普通的使用者不需要學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)，只需要用鼠標(biāo)拖放腳本的方式，將這些行為模塊與對象（Object）和角色（Character）相關(guān)聯(lián)，以流程圖的形式，決定BB執(zhí)行的先后順序，就可以制作出令人炫目的視覺效果和豐富多彩的互動作品。同時，Virtools具有良好的開放性，允許設(shè)計(jì)人員利用SDK（Software Development Kit）和Virtools專用腳本語言VSL（Virtools Scripting Language）所提供的動態(tài)鏈接庫，通過相應(yīng)的API接口，創(chuàng)建新的行為模塊或修改已有行為模塊的參數(shù)設(shè)置、渲染引擎等，從而得到自定義的交互行為腳本和應(yīng)用程序，項(xiàng)目可生成EXE文件，也可以輸出成網(wǎng)頁格式或與Flash網(wǎng)頁結(jié)合在一起，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)、教育教學(xué)和游戲開發(fā)中。

2 系統(tǒng)開發(fā)流程及模塊設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)開發(fā)流程

首先要收集景區(qū)內(nèi)的地形地貌數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和景觀建筑數(shù)據(jù)，然后對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，處理好相互之間位置大小的關(guān)系，參照一定的比例進(jìn)行三維地形建模和三維實(shí)體景觀建模，同時需要構(gòu)建相應(yīng)的模型庫、遙感影像庫、屬性數(shù)據(jù)庫和多媒體數(shù)據(jù)庫等，最后利用Virtools軟件對其進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，由于Virtools擁有相當(dāng)數(shù)量的渲染插件，具備很強(qiáng)大的整合能力，因此能夠快速地提高構(gòu)建效率，保證虛擬場景的真實(shí)性，相關(guān)的開發(fā)流程如圖1所示。

2.2 主要功能模塊設(shè)計(jì)

虛擬旅游系統(tǒng)不僅僅只是為游客提供虛擬場景的漫游，還應(yīng)該包含景區(qū)導(dǎo)航、信息服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)商城、食宿預(yù)訂和游客互動等五個功能模塊，系統(tǒng)界面可通過MFC類庫和其他第三方軟件進(jìn)行搭建，相關(guān)模塊的功能設(shè)計(jì)為：

2.2.1 景區(qū)導(dǎo)航模塊

在旅游景區(qū)中，游客選中的區(qū)域?qū)⒃诳梢暬貓D上自動定位并顯示導(dǎo)航信息，將地理信息系統(tǒng)GIS技術(shù)運(yùn)用其中，利用圖表、聲音、動畫和視頻等方式為其勾勒出虛擬旅游路戲，尤其是為自駕游、個人游的用戶提供極大的方便，使得旅游服務(wù)更加的完善，使游客不論身在何處都能清楚的知道自己周邊道路的基本情況，提高旅游服務(wù)的質(zhì)量和信息的完整性[1]。

2.2.2 信息服務(wù)模塊

信息查詢包括的內(nèi)容很廣，首先要建立旅游信息咨詢服務(wù)平臺，將旅游景區(qū)的最佳行程、公交站點(diǎn)、天氣變化、餐飲酒店預(yù)定等情況進(jìn)行整合，通過網(wǎng)上在線解答、熱線電話或短信、微信等方式及時發(fā)布，使游客在第一時間能找到自己最需要的內(nèi)容；其次還要注重通知公告的作用，利用其權(quán)威性，將一些最緊急、最重要的信息簡潔快速的傳達(dá)到每個用戶；最后還應(yīng)該有一些介紹景區(qū)文化、風(fēng)俗習(xí)慣等依靠文字和圖片為載體的專題內(nèi)容，使游客加深對景區(qū)的了解。

2.2.3 網(wǎng)絡(luò)商城模塊

與電子商務(wù)相結(jié)合，將景區(qū)內(nèi)各種農(nóng)副產(chǎn)品、工藝品在虛擬平臺上進(jìn)行銷售，減少物流成本和中間商的利益，增加價格的透明度，這不僅可以提高景區(qū)的銷售收入，更加符合當(dāng)前消費(fèi)者的消費(fèi)習(xí)慣，引導(dǎo)旅游消費(fèi)向著健康方向發(fā)展，還可以增加景區(qū)的知名度，推動景區(qū)旅游模式的多元化。

2.2.4 食宿預(yù)訂模塊

旅游景區(qū)內(nèi)的酒店餐飲一般來說都比較成熟，但在信息共享和發(fā)布等方面還存在明顯不足，通過該模塊，一方面酒店餐館可以集中將自己的價格、入住率、客座數(shù)量等信息進(jìn)行公示，便于游客進(jìn)行選擇比較，另一方面游客也可以提前對這些酒店餐館有所了解，根據(jù)自己的需要方便快捷地進(jìn)行預(yù)訂，公開透明的價格有利于將自己的消費(fèi)控制在合理的水平，這不僅能有效的防止欺詐游客的現(xiàn)象發(fā)生，對提高景區(qū)的信譽(yù)度，樹立景區(qū)良好的服務(wù)形象也有很大的幫助。

2.2.5 游客互動模塊

網(wǎng)絡(luò)交流平臺作為一種非常成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以將其應(yīng)用在虛擬旅游系統(tǒng)上，設(shè)置互動交流中心以后，游客可以在其中通過發(fā)布或回復(fù)主題的形式來交流旅游體驗(yàn)、分享旅游樂趣，即時的進(jìn)行信息發(fā)布和共享，還可以對旅游景點(diǎn)的管理和建設(shè)提供必要的意見以供相關(guān)職能部門決策參考。

3 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 路線規(guī)劃設(shè)計(jì)

虛擬旅游系統(tǒng)路線的規(guī)劃設(shè)計(jì)包括沿指定路線完成基本的游覽功能和景點(diǎn)路線的自主選擇兩個方面內(nèi)容。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該充分考慮到用戶對系統(tǒng)的熟悉程度。如果用戶對系統(tǒng)并不熟悉，就需要給他們指定合適的路線，配上相應(yīng)景點(diǎn)的解說，用戶只需要點(diǎn)擊開始就可以瀏覽整個場景，如果用戶比較熟悉系統(tǒng)，他們就會希望按自己的意愿完成對整個場景的參觀，這時可采用人工智能中啟發(fā)式搜索A*算法對導(dǎo)航路徑進(jìn)行優(yōu)化篩選[2]，使瀏覽者即使身處陌生復(fù)雜的三維環(huán)境中，也可以快速準(zhǔn)確地尋到目標(biāo)或者按照理想的路徑進(jìn)行漫游。

3.2 場景三維模型的建立

要完成虛擬旅游系統(tǒng)，三維模型的構(gòu)建是必不可少的基礎(chǔ)，三維建模按旅游資源的類型可分為自然景觀建模和人文景觀建模兩部分，需要采用不同的建模方法。

對自然景觀建模就是對地表進(jìn)行三維建模，首先要通過景區(qū)地形等高線進(jìn)行空間內(nèi)插處理生成DEM模型，然后利用前期得到的高分辨率遙感影像或航拍圖片對其進(jìn)行校正處理，保證其與DEM高程數(shù)據(jù)完全吻合，最后再使用LOD技術(shù)以及高效地形模型渲染算法對其進(jìn)行渲染，從而生成完整的地形模型[3]。這樣系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，就可以根據(jù)位置和視野的不斷變化一邊預(yù)先讀取一邊進(jìn)行渲染，從而最大程度的保證系統(tǒng)的流暢性。

對人文景觀的建模主要是對景區(qū)內(nèi)的建筑、花草樹木，環(huán)境小品等實(shí)體進(jìn)行建模，出于響應(yīng)速度和制作成本的考慮，模型不能過于繁瑣，要用一些簡單的框架來代替復(fù)雜形態(tài)。場景建模可采用3DS MAX和AutoCAD配合使用，將模型構(gòu)建的過程以組件拼裝的方式進(jìn)行，根據(jù)實(shí)際情況，隨時刪除看不見的面、重合的面以及點(diǎn)、線等，提高建模效率，同時為了保證一定的真實(shí)性，相關(guān)視覺上的不足可用貼圖的方式來進(jìn)行彌補(bǔ)[4]，利用前期拍攝的音視頻資料為模型的每一部分都找到合適的材質(zhì)和紋理，合理使用燈光效果，盡可能的與真實(shí)景觀保持一致。

3.3 虛擬人物角色的建立

虛擬旅游系統(tǒng)要求能使游客在進(jìn)行瀏覽或參觀的過程中有身臨其境的感覺，真正領(lǐng)略沉浸式虛擬環(huán)境帶來的樂趣，因此可在場景中加入人物角色，游客只需通過操控人物角色的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)身和跑步就能更好地控制整個漫游過程。人物角色的構(gòu)建可利用3D動畫領(lǐng)域的骨骼蒙皮技術(shù)創(chuàng)建出虛擬人物的軀體，經(jīng)過表皮加工以后得到逼真的虛擬人體模型，而人物角色動作的構(gòu)建則要在已建立人體模型庫的基礎(chǔ)上，按照H-Anim標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的人體關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的簡化，設(shè)置虛擬人體動作的關(guān)鍵幀，并通過腳本語言JavaScript對已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的虛擬人物的動作進(jìn)行管理和控制，所有基本動作的構(gòu)建要單獨(dú)分開，復(fù)雜動作則通過動畫混合技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)建。建立好的虛擬人物角色在調(diào)入Virtools軟件中以后，還要對其添加相應(yīng)的行為模塊，除各種動作以外，還包括重力、視角、陰影及碰撞檢測等方面的設(shè)置，就可以在虛擬場景中實(shí)現(xiàn)虛擬替身、虛擬漫游等功能，在一定程度上增強(qiáng)了虛擬場景的交互性。

3.4 虛擬場景的傳輸下載

虛擬旅游系統(tǒng)最終運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)之上，對于IPAD和智能手機(jī)這種小存儲空間的移動終端來說，大規(guī)模的數(shù)據(jù)傳輸顯然不合實(shí)際，因此可采用基于P2P的網(wǎng)絡(luò)漸進(jìn)式下載機(jī)制，不僅節(jié)省存儲空間，還可以大幅緩解漫游過程中數(shù)據(jù)流傳輸對網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)器造成的壓力。在實(shí)際運(yùn)用過程中，場景空間的渲染以視點(diǎn)最大可視距離的限制為準(zhǔn)，用戶在虛擬場景中行走的時候，并不需要事先將所有場景全部進(jìn)行渲染，而是隨著視點(diǎn)的平移逐漸下載場景后再渲染，從而減少用戶每次請求場景的數(shù)據(jù)量，也大大減少了對本地存儲空間的需求；而對于場景中的模型來說，因其數(shù)量龐大，種類繁多，容量參差不齊，解決網(wǎng)絡(luò)延時的辦法就是對模型進(jìn)行多分辨率建模，同樣以最大可視距離為準(zhǔn)，在不降低視覺效果的同時，根據(jù)模型與人物視點(diǎn)的距離和視線的偏移角度按需下載不同分辨率的模型數(shù)據(jù)，以提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。

4 結(jié)語

虛擬旅游是建立在現(xiàn)實(shí)旅游景觀的基礎(chǔ)上，通過模擬和超越構(gòu)建一個虛擬的旅游環(huán)境，使得參與虛擬旅游的旅游者能夠如同身臨其境般進(jìn)行虛擬旅游活動。以Virtools為開發(fā)平臺，結(jié)合GIS技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和Internet技術(shù)，采用統(tǒng)一過程和面向?qū)ο笙嘟Y(jié)合的方法，對武當(dāng)山景區(qū)虛擬旅游系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)能為游客提供導(dǎo)航、導(dǎo)游、導(dǎo)覽、導(dǎo)購等服務(wù)，不僅有利于相關(guān)職能部門的科學(xué)管理，也為廣大消費(fèi)者的網(wǎng)上旅游提供了一個良好的平臺。

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