邊 策
(國家林業(yè)和草原局調(diào)查規(guī)劃設計院,北京 100013)
隨著生態(tài)旅游的發(fā)展和環(huán)境教育的需要,環(huán)境解說環(huán)節(jié)變得十分重要。雖然許多生態(tài)旅游區(qū)有環(huán)境解說,但解說媒介還僅限于導游、解說牌等,形式單一。即使資金投入較多的生態(tài)旅游區(qū)增添了多媒體設備、解說出版物等,其效果也不盡人意。可見,當前環(huán)境解說遠遠不能滿足生態(tài)旅游發(fā)展的需要。
通過一系列的線上問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn),大部分經(jīng)常進行旅游或者生態(tài)旅游的游客了解AR技術,并且對于將AR這一新技術應用于環(huán)境解說中持正面態(tài)度。86.5%的游客愿意去生態(tài)旅游區(qū)旅游并接受環(huán)境教育,82.2%的游客愿意把有趣的AR體驗活動分享給親朋好友。
因此將目前新興的AR技術作為一種媒介形式運用到環(huán)境解說中,使其變得生動、有趣,吸引游客的注意,使游客與解說資源產(chǎn)生互動,并沉浸到其中。這種注重游客的體驗的解說形式是值得使用和推廣的。
2.1.1 增強現(xiàn)實技術
增強現(xiàn)實(Augmented Reality,簡稱“AR”)(圖1),是由計算機系統(tǒng)提供信息,在現(xiàn)實世界的基礎上疊加虛擬的物體、元素,營造一個虛擬場景,使用戶增加對現(xiàn)實世界感知的技術,是把真實世界和虛擬世界進行“無縫”銜接的新技術。通過這種技術,實現(xiàn)人們對真實世界認知的補充,感受在現(xiàn)實世界中無法親身經(jīng)歷的體驗。
AR技術自問世以來,至今已有近30年的歷史。AR有廣義和狹義兩種不同的概念。廣義概念中的AR被定義為“用模擬線索增強自然場景并反饋給操作者”,而狹義概念中的AR則被定義為“是一種參與者戴著透明的頭盔顯示器以清晰看到真實世界的虛擬現(xiàn)實的形式”。根據(jù)Milgram等人提出的“米爾格拉姆真實虛擬連續(xù)集”定義,這是一種從完全真實的環(huán)境到完全虛擬環(huán)境的模式,這個連續(xù)集中真實環(huán)境與虛擬環(huán)境之間的空間被稱為混合現(xiàn)實(mixed reality,簡稱“MR”),是真實到虛擬的統(tǒng)一體(圖2)[2,3]。
圖1 增強現(xiàn)實
圖2 真實到虛擬的統(tǒng)一體
目前,AR技術已經(jīng)應用到許多領域,如醫(yī)學、教育、軍事、游戲、建筑、設計、營銷、會展等。作為一門新興的技術,已經(jīng)越來越深入我們的生活。尤其是在打破傳統(tǒng)教育模式中比較凸顯,它以簡潔、直觀的互動方式,滿足人們的發(fā)掘和探索的心理需求。比如,利用AR技術對圓明園進行數(shù)字重建,使斷壁殘垣得以復原(圖3)?;贏R技術的圓明園數(shù)字重建可以在完整保持遺址風貌的基礎上,在遺址現(xiàn)場全面、立體、精致地再現(xiàn)圓明園無與倫比的園林藝術,同時展現(xiàn)中華民族古典文化的博大精深以及對現(xiàn)代科技的發(fā)展和應用[4]。
2.1.2 增強現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實的區(qū)別
虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality,簡稱“VR”)(圖4)也稱人工環(huán)境,是一項利用計算機技術合成圖像、聲音、氣味等,使用戶產(chǎn)生逼真的三維的視、聽、嗅覺等感覺,人們作為參與者對這個形成的虛擬世界進行體驗。該技術集成了計算機圖形技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技術、網(wǎng)絡并行處理等技術的最新發(fā)展成果。
圖3 真實場景及游人通過定點式AR系統(tǒng)所見效果
圖4虛擬現(xiàn)實
通俗地說,在VR中,人們感受到的場景和人物全是假的,是借助一種技術手段把人們帶入一個虛擬的世界。而在AR中,人們所感受到的場景和人物一部分是真一部分是假,是把虛擬的信息帶入到現(xiàn)實世界中。AR和VR的區(qū)別大致可概括為以下兩點(表1)。
(1)適合運用兩種技術的場地不同。VR技術適合在室內(nèi)運用,可通過顯示屏營造一個完全虛擬的空間,畫面的生成和渲染由相連的計算機、游戲機或手機操作產(chǎn)生,使人們有身臨其境的感覺。
AR技術在室內(nèi)、室外都可以運用,可通過計算機等高科技設備,突破真實環(huán)境的限制,在真實的世界中疊加虛擬內(nèi)容,對真實的環(huán)境以及其中的內(nèi)容進行詳細地解釋與渲染,讓人們能夠在真實環(huán)境中,產(chǎn)生某種特別的體驗。
(2)兩種技術的主宰者不同。VR是指用計算機生成的一種特殊環(huán)境,人可以通過使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個環(huán)境中,并操作、控制環(huán)境,實現(xiàn)特殊的目的,即人是VR技術中的主宰者。
不同的是,AR技術的環(huán)境是真實環(huán)境,只是技術依靠計算機。人們利用環(huán)境特點,使用特殊的功能、裝置來進行不同的渲染,不同的環(huán)境特點有不同的渲染效果,最終達到人與環(huán)境互動的目的。因此,AR是人依據(jù)環(huán)境進行功能的設定,是人和環(huán)境互動的。
由此看來,AR技術是VR技術的延伸,是在VR的基礎上發(fā)展起來的新技術。
表1增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實的區(qū)別比較
區(qū)別項虛擬現(xiàn)實技術增強現(xiàn)實技術運用場地室內(nèi)室內(nèi)、室外主宰者人主宰人和環(huán)境互動
AR技術有很多特征,其中虛實結(jié)合、實時交互和三維跟蹤是它的三大基本特征。
2.2.1 虛實結(jié)合
AR技術是通過真實環(huán)境疊加虛擬景象產(chǎn)生的,類似于X光透視。這項技術最大的特點就是虛擬與現(xiàn)實的融合,它可以將顯示器屏幕擴展到真實環(huán)境,在現(xiàn)實對象中將計算機窗口與圖標相互疊映,由眼睛凝視或手勢指點進行操作。AR技術的增強效果是沒有隔離感的,能夠讓人們在操作的時候感覺到虛擬景象和真實環(huán)境是融合在一起的。比如,在生態(tài)旅游區(qū)的環(huán)境解說系統(tǒng)中,將地圖信息直接嵌入現(xiàn)實景觀,能夠引導游客進行參觀。
2.2.2 實時交互
AR技術還注重實時和互交,可有效地做到虛實互動。AR技術的互交性不再是具備明確的位置,它能夠擴展到整個環(huán)境,從簡單的人面對屏幕交流發(fā)展到將自己融合于周圍的空間與對象中。在有AR技術的現(xiàn)實場景中,人們可以通過實時互交對某個具體事物進行即時而詳盡地了解。比如,在生態(tài)旅游區(qū)中,游客只需要“看”或“點擊”一株植物、一個小品、一種生態(tài)技術等,就能顯示這些事物的信息。
2.2.3 三維跟蹤
三維跟蹤,也叫三維注冊,是指實時地辨別攝像機與場景之間的相對空間方位。三維跟蹤是AR的核心技術[5]。依靠此技術,可以把虛擬的圖像和文字與現(xiàn)實世界中的場景相結(jié)合。因此,在生態(tài)旅游區(qū)的環(huán)境解說系統(tǒng)中,通過三位跟蹤技術,能夠準確地對真實環(huán)境中的物體、場景進行定位、分類,使得給游客提供的自然環(huán)境知識準確無誤并自然地呈現(xiàn)在人們的面前,給人們身臨其境的感覺。
環(huán)境解說(environmental interpretation)是一種融教育、信息傳遞、管理為一體的交流服務過程,是一種特殊的解說,憑借原始事物以及游客自身經(jīng)歷,借助各種媒體,通過激勵、交流、引導和娛樂等方式,揭示當?shù)鼐拔锏囊饬x和相互關系,培養(yǎng)人們對面然遺產(chǎn)、資源及環(huán)境保護的道德和價值觀。
環(huán)境解說系統(tǒng)(environmental interpretation system)是以人與環(huán)境的關系為主線,以環(huán)境教育為核心,以環(huán)境保護為目標,通過環(huán)境解說要素資源的有效配置,實現(xiàn)各種要素之間的良性互動。
環(huán)境解說系統(tǒng)由三要素構成,即解說資源、解說媒介和解說受眾。本文討論的AR技術就是解說媒介——多媒體設備中的一種支持技術。構建環(huán)境解說系統(tǒng)是為了處理好人與環(huán)境的關系,彰顯環(huán)境教育的重要性,并通過環(huán)境解說提升人們的環(huán)境保護的意識與自覺性,明確保護環(huán)境是環(huán)境解說的主要目標。
環(huán)境解說系統(tǒng)在生態(tài)旅游中起著關鍵作用,尤其是像具有AR技術的多媒體設備這樣的解說媒介,具有和游客的互動環(huán)節(jié),能夠使游客和解說資源發(fā)生相互依賴的行為,使得信息有效傳遞。這種情景式、沉浸式、交互式的體感學習方式,能夠培養(yǎng)受眾的自主性、能動性和創(chuàng)造性,在環(huán)境解說系統(tǒng)中起到了重要的作用。AR技術在環(huán)境解說中可以發(fā)揮以下3個方面的作用。
3.2.1 能夠增強環(huán)境解說的趣味性
AR技術能夠增加環(huán)境教育活動的趣味性。游客在生態(tài)旅游區(qū)接受環(huán)境教育時,接受環(huán)境解說的方式不再是以前瀏覽景區(qū)簡介和參觀博物館等一些簡單枯燥的形式,取而代之的是根據(jù)AR技術營造的更加新穎的解說方式。解說方式增加了趣味性,環(huán)境教育也就變得寓教于樂。游客使用這種具有新技術的科技產(chǎn)品,不僅為了獲得有用的信息,還為了享受使用的經(jīng)歷和體驗[6]。
3.2.2 有利于環(huán)境解說中的互動
環(huán)境教育的重要特點之一就是互動。具有AR技術的解說媒介與傳統(tǒng)的非解說人員媒介(標牌、解說出版物等)相比,更增添了受眾與媒介之間的交流和互動,使受眾自然而然地接受知識,并主動提出疑問或?qū)で蟾顚用娴膯栴},而非以往被動地接受灌輸式講解,卻不能牢記。AR技術建立起來的虛擬導游,與游客的互動更加頻繁,拉近了與旅游者之間的距離[7]。
3.2.3 有助于環(huán)境解說的普及
隨著AR技術的發(fā)展,更多的環(huán)境解說可以逐漸普及這一技術。生態(tài)旅游區(qū)AR技術的普及分為兩個方面,一方面是AR技術的解說媒介,作為一種較先進的解說媒介,增強戶外教學,適用于戶外類型的學習,在各個生態(tài)旅游區(qū)具有較好的普及性;另一方面是隨著電子設備的廣泛發(fā)展,很多AR軟件只需使用智能手機或平板電腦,不需要額外的專門設備,能讓越來越多的人接觸AR技術。
運用AR技術,以它的3種作用為出發(fā)點,規(guī)劃生態(tài)旅游區(qū)環(huán)境解說系統(tǒng)。在進行規(guī)劃時,存在著運用什么設備、如何識別、顯示什么內(nèi)容等問題。帶著這些問題,可以總結(jié)出以下3個要點。
3.3.1 設備的選擇
若使用AR技術來進行生態(tài)旅游,首先要考慮讓用戶使用什么設備體驗。目前市場上的AR設備主要有頭戴設備、手持設備、固定設備、佩戴設備等,不同的設備有其不同的特點(表2)。頭戴設備主要指頭戴AR智能眼鏡,它的優(yōu)點是基于第一視角的交互更自然[1],但其價格昂貴,市場普及度較低。手持設備主要指智能手機或平板電腦,它幾乎人人具備、攜帶方便,但可能存在硬件設備的兼容性問題。固定設備主要指全息投影儀,它能給觀眾帶來更震撼的場面、更身臨其境的體驗,但其價格也很昂貴,而且不能移動。佩戴設備主要指AR隱形眼鏡,這是一款正在研發(fā)中的高級AR設備,它整合了攝像頭、運動感應器、傳輸器和顯示屏,擺脫了頭戴AR眼鏡的笨重,但造價極為昂貴。
可見,手機和平板電腦易于攜帶,普及度高,成本低,是規(guī)劃生態(tài)旅游解說系統(tǒng)時的首選設備。AR智能眼鏡和全息投影儀可在景區(qū)資金條件允許的情況下,在適合的景點處添加。
表2 主要AR設備比較
3.3.2 識別技術的應用
通俗的講,環(huán)境解說就是向受眾講解解說資源,那么基于AR技術的環(huán)境解說能夠表達地更豐富、講解地更加淋漓盡致。若要使AR更加自然和逼真,識別便是關鍵環(huán)節(jié)之一。在這個環(huán)節(jié)中需要重點考慮識別技術的選擇和識別標志物的設置。
3.3.2.1 識別技術的選擇
一般情況下,識別技術分為二維碼識別、圖像識別和基于位置的識別(LBS)技術。二維碼識別是目前最常見的識別技術,在解說資源處設置一個已經(jīng)生成好的二維碼,游客只需用手持設備掃一掃就可以獲得解說資源的相關信息(圖5)。例如:游客掃描一株植物吊牌上的二維碼,得到它的拉丁名、科、屬、形態(tài)特征、生長習性等信息。這項技術中二維碼的生成、制作簡單,但是其表現(xiàn)力較弱,限制較大,用戶必須專門尋找二維碼進行掃描。
圖5 二維碼識別
圖像識別是指根據(jù)解說資源制作的帶有其特征的圖像,游客使用手持設備掃描這個圖像就能獲得生動的信息(圖6)。如,掃描一個博物館明信片上的文物圖案,能看到一個立體的旋轉(zhuǎn)的文物展示,并伴有這個文物的語音解說。該技術比較成熟,能夠生動地展示解說資源,但需要事先定義圖像,而且功能擴展可能被限制。
基于位置服務的識別技術(Location Based Services,簡稱“LBS”),是指通過電信移動運營商的無線電通訊網(wǎng)絡或外部定位方式,獲取移動終端用戶的位置信息,在地理信息系統(tǒng)平臺的支持下,為用戶提供相應服務的一種增值業(yè)務,如“隨便走”APP,可根據(jù)用戶的位置顯示周圍酒店、景點、商戶、公交車站等信息,用戶可以點擊了解詳細信息,并跟隨導航到達目的地(圖7)。基于LBS的解決方案在展示效果、豐富性、便利性方面都有較大的優(yōu)勢,但對于使用地區(qū)的網(wǎng)絡穩(wěn)定性有較高要求。
圖7 基于位置服務的識別
3.3.2.2 識別標志物的設置
大部分的識別技術都需要預先設置識別標志物,識別標志物就是游客掃描的對象,它可以是實物也可以是虛擬的。實物即二維碼或圖像,虛擬標志物即LBS技術中接受GPS定位的裝置。二者都需設置在解說資源附近的適當位置。目前二維碼識別和圖像識別較容易,一般的解說系統(tǒng)可用這兩種技術來識別。而LBS識別技術較復雜,卻是未來AR技術發(fā)展的一個趨勢,在生態(tài)旅游區(qū)各方面條件允許的情況下也可使用,需要做到網(wǎng)絡信號穩(wěn)定、定位準確。
3.3.3 數(shù)據(jù)的傳輸
數(shù)據(jù)是解說資源信息的表現(xiàn)形式和載體,包含符號、文字、圖片、語音、視頻等內(nèi)容。比如2016年,廈門曾厝垵引入AR技術,游客只需要下載“卡播”APP,即可在游覽購物的同時,到不同的商家掃描增強現(xiàn)實標志物,觀看卡播上呈現(xiàn)的視頻故事[8];中國首家景區(qū)AR——神農(nóng)架《AR觀山》,將傳統(tǒng)景區(qū)游客被動式的信息填塞向游客自主體驗的方向轉(zhuǎn)換[9]。由于好的體驗效果通常需要傳輸大量的數(shù)據(jù),因此需要預先確定向用戶傳遞什么樣的數(shù)據(jù)以及這些數(shù)據(jù)如何收集、存儲及下發(fā)給用戶,即數(shù)據(jù)的收集、數(shù)據(jù)的存儲與下發(fā)兩個主要問題。
3.3.3.1 數(shù)據(jù)的收集
構建一個生態(tài)旅游區(qū)的解說系統(tǒng)需要龐大的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的來源有兩種方式(圖8)。一種是由官方完全自主建立數(shù)據(jù)庫,在使用數(shù)據(jù)的同時不斷的更新和補充;另一種是官方建立基礎數(shù)據(jù)庫,使用過程中除了用官方發(fā)布的數(shù)據(jù)進行更新補充外,允許用戶在進行旅游的過程中自主完善和補充數(shù)據(jù),由專業(yè)人員對用戶提供的數(shù)據(jù)進行審核后上傳數(shù)據(jù)庫。
圖8數(shù)據(jù)的收集方式
兩種數(shù)據(jù)的收集方式各有特點,由官方直接建立數(shù)據(jù)庫,其準確性能夠獲得較好的保證。若允許用戶自行上傳,必然會存在不準確的數(shù)據(jù),需要聘請專業(yè)人員進行審核,但能大幅提升用戶在體驗環(huán)境解說時的互動效果。在進行解說系統(tǒng)的規(guī)劃時,可以根據(jù)生態(tài)旅游區(qū)的實際情況來確定數(shù)據(jù)的收集方式。
3.3.3.2 數(shù)據(jù)的存儲與下發(fā)
預設的數(shù)據(jù)存儲于服務器中,服務器的部署方式通常有兩種,集中式部署和分布式部署。集中式部署是較傳統(tǒng)的部署方式,指一個地區(qū)(如:北京市)的所有生態(tài)旅游區(qū)共用一臺服務器,所有環(huán)境解說及其他方面的數(shù)據(jù)庫都儲存在這臺服務器上,管理更新數(shù)據(jù)較方便,但單一服務器負載大,同時網(wǎng)絡傳輸速度會對游客的體驗產(chǎn)生較大影響。分布式部署指的是在一個地區(qū)中,每個生態(tài)旅游區(qū)有自己的服務器,分別管理自己區(qū)域的數(shù)據(jù),這樣的多臺服務器分擔存儲,負荷較小,能夠提高運行速度,易于管理。在實際配置中,應當根據(jù)當?shù)氐那闆r選擇合適的方案,滿足環(huán)境解說系統(tǒng)的需要。
服務器中的數(shù)據(jù)需要通過某種方式下發(fā)到用戶端,可以根據(jù)數(shù)據(jù)量的大小選擇一次性下發(fā)或分部下發(fā)的模式。一次性下發(fā)是指用戶在進入景區(qū)前下載APP時將游覽過程中可能用到的數(shù)據(jù)同時下載到設備中,分部式下發(fā)則是在用戶游覽的過程中,根據(jù)用戶實際需要將對應的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡逐次下發(fā)給用戶。一次性下發(fā)的優(yōu)勢在于對網(wǎng)絡的即時響應速度要求低,在游覽過程中的體驗穩(wěn)定,但數(shù)據(jù)量大,在下載APP時的體驗較差。分部式下發(fā)在下載APP時需要下載的數(shù)據(jù)量小,但是對游覽過程中的網(wǎng)絡響應速度有較高要求,若網(wǎng)絡響應速度不快,則無法及時獲得需要的數(shù)據(jù),嚴重影響用戶的體驗。兩種方式各有利弊,可以根據(jù)景區(qū)的網(wǎng)絡環(huán)境和數(shù)據(jù)量綜合考慮,組合使用,選擇最為合理的方案。
數(shù)據(jù)的傳輸需要網(wǎng)絡作為媒介,以哪種網(wǎng)絡下發(fā)數(shù)據(jù)到用戶同樣在環(huán)境解說環(huán)節(jié)起著至關重要的作用。常用的網(wǎng)絡一般分兩種,廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)。廣域網(wǎng)(Wide Area Network,簡稱“WAN”)是指一種跨地區(qū)的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡,通常包含一個國家或地區(qū),如萬維網(wǎng)。局域網(wǎng)(Local Area Network,簡稱“LAN”)是在某一區(qū)域內(nèi)(如一個學校、一家公司內(nèi)),將多臺計算機、外部設備等互聯(lián)組成一個計算機組的通信網(wǎng)。WAN的涉及范圍廣,但信號受環(huán)境影響大,容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。如果生態(tài)旅游區(qū)設置了無線局域網(wǎng)(WLAN),供游客連接使用,那么網(wǎng)絡信號不穩(wěn)定的問題就解決了。但建立WLAN體系需要額外的建設成本,需要根據(jù)項目資金情況綜合考慮,選擇適宜的方案。
生態(tài)環(huán)境保護的基本問題,是正確認識和處理人與自然的關系。保護生態(tài)環(huán)境關鍵在于人們能否樹立科學的自然觀和生態(tài)觀。隨著AR技術的不斷進步,這種技術會更加廣泛地應用于環(huán)境解說領域,在環(huán)境解說中必將發(fā)揮越來越重要的作用。
AR技術在環(huán)境解說系統(tǒng)中具有獨特而不可替代的作用?;贏R技術的環(huán)境解說系統(tǒng),能有效地增強受眾與解說資源的良性互動,寓教于樂,使游客在受到教育的同時,積極傳播環(huán)保知識,為生態(tài)環(huán)境保護事業(yè)做出特殊的貢獻。在對以AR技術為基礎的環(huán)境解說系統(tǒng)進行規(guī)劃時,除了注重AR技術中設備的選擇、識別技術的應用、數(shù)據(jù)的傳輸?shù)葞讉€技術要點外,根據(jù)生態(tài)旅游區(qū)不同的特色和性質(zhì),提出以下幾點建議。
在國內(nèi)選擇一些生態(tài)旅游點建設AR技術的環(huán)境解說基地,并以此作為試點,收集各種數(shù)據(jù)、總結(jié)經(jīng)驗,做一套切實可行的基于AR技術的環(huán)境解說系統(tǒng)。試點成功后,在全國的生態(tài)旅游區(qū)進行普及和推廣。最好設計一款專門的APP,適用于全國的景區(qū),但又能展現(xiàn)每個景區(qū)的特色。APP的功能不要僅限于環(huán)境解說部分,還要帶有游覽中的其他功能,如標志并指示景點、餐廳、洗手間等景區(qū)場所,提升游客的游覽體驗。
為了使游客在離開景區(qū)后也能夠繼續(xù)獲得解說資源的知識、接受環(huán)境教育,可以制造一些AR技術衍生品。如有關生態(tài)旅游區(qū)景點或植物資源的明信片等,用手機掃描AR明信片,能在屏幕上獲取景點或植物、動物的三維模型。再伴有有趣的聲音、文字或特效等,讓人們近距離地觀察和研究景區(qū)的植物和動物,培養(yǎng)人們對自然的濃厚興趣,不斷強化人們保護生態(tài)環(huán)境的意識。
構建一個基于AR技術的環(huán)境解說系統(tǒng),在技術的開發(fā)、應用、維護等環(huán)節(jié)中,需要更多的專業(yè)人才。在資金充裕的情況下,引進高科技人才是重中之重,并對保護地的管理人員、周邊社區(qū)居民進行培訓,讓他們熟悉AR技術并了解其如何運用,另一方面促進保護區(qū)的有效管理,一方面讓當?shù)鼐用駞⑴c管理、促進就業(yè),增加社區(qū)居民的收入。