張軍愛,王昭君
(1.伊犁師范大學(xué)“一帶一路”發(fā)展研究院,新疆 伊寧 835000;2.伊犁師范大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,新疆 伊寧 835000;3.伊犁師范大學(xué)資源與生態(tài)研究所,新疆 伊寧 835000;4.伊犁師范大學(xué)旅游與歷史文化學(xué)院,新疆 伊寧 835000)
《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》 指出,要加快發(fā)展現(xiàn)代服務(wù)業(yè),推進(jìn)服務(wù)業(yè)數(shù)字化建設(shè)。2021 年12 月22 日,國務(wù)院印發(fā)了《“十四五”旅游業(yè)發(fā)展規(guī)劃》,文件強調(diào),我國將全面進(jìn)入大眾旅游時代,旅游業(yè)發(fā)展仍處于重要戰(zhàn)略機遇期。要引導(dǎo)開發(fā)數(shù)字化旅游體驗產(chǎn)品,推動旅游資源借助數(shù)字化活起來。要加快推動大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈及5G、北斗系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality,VR)、增強現(xiàn)實(Augmented Reality,AR) 等新技術(shù)在旅游領(lǐng)域的應(yīng)用普及,增強旅游產(chǎn)品的體驗性和互動性。國家相關(guān)文件的出臺,為虛擬旅游提供了政策保障與支持,也是推動我國旅游業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要政策保障。旅游業(yè)是現(xiàn)代服務(wù)業(yè)至關(guān)重要的一環(huán),是實現(xiàn)人民幸福感、獲得感的重要指標(biāo)[1-2]。
隨著計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)字化轉(zhuǎn)型正在重塑旅游企業(yè)和旅游消費者之間的溝通空間,信息化旅游者對旅游供給側(cè)創(chuàng)新發(fā)展新型旅游模式的呼聲也越來越高,推進(jìn)旅游業(yè)智能化發(fā)展勢在必行[3]。虛擬旅游作為一種新型“互聯(lián)網(wǎng)+旅游”模式,是利用視覺、聽覺和觸覺等多種感官,在虛擬環(huán)境中模擬現(xiàn)實中旅游真實場景,為用戶帶來沉浸式體驗的一種旅游模式,虛擬旅游在后疫情時代旅游業(yè)創(chuàng)新發(fā)展中具有廣闊的應(yīng)用前景[4-6]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的代表,是不斷推動旅游業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的新引擎。該技術(shù)將深入旅游業(yè)各個領(lǐng)域,對傳統(tǒng)旅游模式進(jìn)行迭代升級,必將對旅游行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[7]。
位于新疆焉耆盆地的博斯騰湖,是我國最大的內(nèi)陸淡水吞吐湖[8]。博斯騰湖擁有豐富的水產(chǎn)、蘆葦、濕地等自然資源,是新疆最大的漁業(yè)生產(chǎn)基地、全國四大葦區(qū)之一和國家濕地公園。2014 年博斯騰湖景區(qū)被評為國家5A 級旅游景區(qū),2016 年入選“十三五”國家遺產(chǎn)名錄。博斯騰湖不僅有旖旎的自然風(fēng)光,還有悠久的歷史與獨具特色的民族風(fēng)情,旅游資源豐富,類型多樣。但博斯騰湖地處邊陲,深居內(nèi)陸,離我國東部發(fā)達(dá)地區(qū)主要客源地理位置較遠(yuǎn),其璀璨的旅游資源并不為大眾所熟知。實現(xiàn)博斯騰湖旅游數(shù)字化為博斯騰湖旅游發(fā)展帶來了新契機。利用VR 技術(shù)實現(xiàn)博斯騰湖旅游資源的全景在線展示,加大旅游宣傳,塑造旅游品牌影響力,是實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措。
720°全景技術(shù)是一種基于圖像處理技術(shù)生成的虛擬現(xiàn)實技術(shù),它是把相機環(huán)繞景物前、后、左、右、上、下720°拍攝的一組照片拼接成一個全景圖像,并在專用網(wǎng)頁展示的一種計算機圖形學(xué)技術(shù)[9]。720°全景主要是通過圖片的縫合,實現(xiàn)對真實場景的三維虛擬展示。用戶可以通過鼠標(biāo)或鍵盤對圖片進(jìn)行上下、左右移動,并可以任意選擇視角進(jìn)行放大和縮小。720°全景可如親臨現(xiàn)場般對景物進(jìn)行環(huán)視、俯瞰和仰視,具有強烈的影像透視效果。720°全景可通過專業(yè)的VR 眼鏡和穿戴設(shè)備實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實互動,具有較強的沉浸感與交互性。目前,720°全景技術(shù)的種類已經(jīng)從簡單的柱形全景,發(fā)展到球形全景、立方體全景、對象全景、球形視頻等。常見的720°全景開發(fā)軟件包括國外的Pano2VR、Krpano、 QuickTime VR、 IPIX、 PixMaker、 Corel Photo-Paint、Ptgui 等,國內(nèi)可通過720 云、全景客、全景生活等軟件實現(xiàn)全景影像的開發(fā)[10]。
全景漫游就是通過計算機技術(shù)模擬出一個可交互的三維空間場景。全景漫游系統(tǒng)以數(shù)字化的方式模擬現(xiàn)實真實場景,本研究使用Pano2VR 軟件作為全景漫游開發(fā)工具,Pano2VR 是一款專業(yè)的全景圖像制作軟件,它可以將拍攝的全景圖片轉(zhuǎn)換為交互式虛擬體驗[11]。Pano2VR 軟件的主要功能是將多種格式的全景圖片轉(zhuǎn)換成720°全景漫游的圖像文件并進(jìn)行顯示。Pano2VR 軟件具有一系列豐富的功能,包括圖像校正和矯正,創(chuàng)建具有真實3D 效果的全景體驗,以及支持全景圖像預(yù)覽和全景系統(tǒng)熱點的制作,以增強交互性。作為全景圖像制作的主流軟件,Pano2VR 可以兼容不同平臺的圖像顯示功能,是一款非常專業(yè)的三維虛擬圖像轉(zhuǎn)換軟件。該軟件還可以將平面、圓柱體、球體、立方體、交點、T形、條形圖像作為輸入對象,支持多分辨率漸進(jìn)式變焦,并能重新優(yōu)化引擎以生成更流暢的畫面,兼容JPEG 、TIFF、PNG、BigTIFF、Photoshop PSD/PSB 等圖片格式加載并以HTML5/CSS3 格式輸出。
全景圖像拼接技術(shù)是一種用于將多張圖像合并成一張完整全景圖像的技術(shù)。該技術(shù)主要通過圖像拼接工具根據(jù)圖像特征提取、特征匹配、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和圖像合并等關(guān)鍵步驟分析圖像中的相似特征自動合成完整的全景圖像[12-13]?,F(xiàn)有的圖像拼接應(yīng)用軟件很 多,如Ptgui、Photoshop、Pixtra PanoStitcher、PanoramaStudio、Pano2QTVR 等。其中,Ptgui 是一款知名的多功能全景圖像拼接軟件。Ptgui 軟件可以識別批量導(dǎo)入照片重疊區(qū)域的像素特征,然后通過自動裁剪縫合拼接出全景圖。Ptgui 軟件操作簡單,圖形處理速度快,是目前應(yīng)用最為廣泛的全景圖像處理工具之一。全景圖像拼接技術(shù)在計算機視覺、圖像處理領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,如在無人機航拍、地圖制作、VR 技術(shù)應(yīng)用等方面都有廣泛的應(yīng)用。利用全景圖像拼接技術(shù)可以生成更加精細(xì)、逼真的全景圖像,提高圖像處理的效率、增強全景漫游系統(tǒng)的畫面效果。
HTML5 是一種用于創(chuàng)建網(wǎng)頁的標(biāo)準(zhǔn)化語言,是HyperText Markup Language(HTML) 的最新版本[14]。HTML 由于其操作簡便、平臺的獨立性強、可擴展性強等特點受到了用戶的青睞。HTML5 是新一代的HTML 標(biāo)準(zhǔn),HTML5 改善了以前HTML 標(biāo)準(zhǔn)中的諸多問題,使得系統(tǒng)功能更加健全,大大提升了用戶的體驗感。HTML5 還增加了許多新功能,如音頻和視頻播放、圖像嵌入、客戶端數(shù)據(jù)存儲、文件共享等。此外,HTML5 還具有離線使用網(wǎng)頁的功能,即用戶可以在沒有網(wǎng)絡(luò)連接的情況下訪問已緩存的網(wǎng)頁。HTML5 網(wǎng)頁全景漫游技術(shù)是使用HTML5 技術(shù)和JavaScript 語言實現(xiàn)全景漫游效果的技術(shù)。這種技術(shù)在運行中使用HTML5 Canvas 元素和WebGL 技術(shù)[15-16]。首先,與傳統(tǒng)的Flash 技術(shù)相比,HTML5 網(wǎng)頁全景漫游技術(shù)不需要用戶安裝任何插件,可以在任何支持HTML5 的設(shè)備上流暢運行;其次,HTML5 支持移動設(shè)備瀏覽,能夠提供更好的全景體驗。此外HTML5 網(wǎng)頁技術(shù)還支持對全景圖片的自定義編輯,以滿足不同用戶個性化需求。
1) 全景場景確定。研究根據(jù)景區(qū)調(diào)研,在景區(qū)導(dǎo)覽圖的輔助下選取了博斯騰湖大河口景區(qū)最具代表性的21 個場景(見圖1) 進(jìn)行了實地現(xiàn)場勘查,在高德地圖的輔助下選取最佳拍攝位置。
圖1 博斯騰湖大河口景區(qū)全景場景地圖
2) 無人機選擇與調(diào)試。拍攝無人機選用DJIPhantom4pro+四旋翼無人機,該機內(nèi)置GPS/GLONASS 雙衛(wèi)星定位組件,且支持實時圖傳、智能避障、指點飛行、視覺追蹤等功能,可在景區(qū)復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行拍攝。該機懸停精度可達(dá)垂直:±0.1 m,水平:±0.3 m,最大可支持4 000×3 000 像素的高分辨率照片拍攝,且其內(nèi)置的“三腳架”模式最高可承受10 m/s 的風(fēng)速,該機穩(wěn)定的性能為高清照片的拍攝提供了保障。
3) 實地拍攝。將無人機飛行至需要拍的場景,保持高度為50~80 m 之間,保證無人機拍攝場景360°范圍內(nèi)不受阻擋,選擇無人機智能“三腳架”空中智能懸停功能,以無人機正面朝向為基準(zhǔn),依次調(diào)整無人機云臺下水平0°、下俯視30°、下俯視60°依次旋轉(zhuǎn)無人機45°連續(xù)拍攝24 張照片,然后選擇鏡頭垂直0°與180°朝向依次拍攝2 張照片,最終得到26 張照片,完成一個景點拍攝。此拍攝法保證了每張圖片與相鄰圖片之間不超過20%的重復(fù)率,為全景圖片順利拼接與最大限度還原真實場景奠定了基礎(chǔ)。
1) 圖片篩查。無人機拍攝完成的照片由于角度變化會出現(xiàn)明暗不同的情況,需要工作人員對每個場景的照片逐一篩查,對曝光不足等原因拍攝的不合格照片需要使用Photoshop 軟件進(jìn)行處理,如提高圖像清晰度,增加對比度、色彩飽和度等。
2) Ptgui 全景拼接。將篩查完的照片按場景逐一輸入Ptgui 軟件中,讓軟件自動對齊、拼接、縫合并輸出全景照片,在此過程中Ptgui 軟件內(nèi)置算法會逐一分析每張圖片重合的影像區(qū)域,并對圖像進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、畸變矯正、投影變換、匹配點選取、拼接融合等操作,最終合為一張完整的全景圖(見圖2)。全景圖生成后由于無人機無法捕捉到天空的照片,造成天空視角的缺失,因此,在后期圖像合成過程中需要對天空影像進(jìn)行加工處理。
圖2 Ptgui 圖像拼接后生成的全景圖
3) 亮度與顏色的均衡處理。因為相機和光照強度的差異會造成一幅圖像內(nèi)部、圖像之間亮度的不均勻,導(dǎo)致拼接后的圖像會出現(xiàn)明暗交替,這會影響全景漫游圖像的美觀度。亮度與顏色的均衡處理是一種圖像處理技術(shù),它是使用相機的光照模型來校正一幅圖像的亮度和對比度,消除圖像色偏的不均勻性。亮度與顏色的均衡處理利用相鄰兩幅圖像重疊區(qū)域之間的關(guān)系,建立相鄰兩幅圖像之間直方圖映射表,通過映射表對兩幅圖像做整體的映射變換,最終實現(xiàn)整體的亮度和顏色的一致性。
1) 全景圖導(dǎo)入與輸出。將Ptgui 軟件拼接與后期處理好的全景場景圖片依次添加至Pano2VR 軟件后,系統(tǒng)會自動判別圖像輸入類型并生成720°全景漫游全景圖。由于Pano2VR 軟件內(nèi)置HTML 輸出功能,用戶可選擇flash 或HTML 輸出格式,并將文件擴展名修改為.swf 保存即可。
2) 皮膚設(shè)計。全景皮膚設(shè)計為全景漫游系統(tǒng)設(shè)計外觀和用戶交互界面,為用戶提供良好的體驗。皮膚設(shè)計主要包括界面皮膚設(shè)計與沙盤皮膚設(shè)計兩種。界面皮膚設(shè)計可以修改皮膚名稱與外部化皮膚圖片,用戶也可以對皮膚進(jìn)行個性化編輯。沙盤皮膚設(shè)計需要單獨制作沙盤地圖并做好景點標(biāo)記、游覽路線等信息錄入工作,將沙盤地圖導(dǎo)入皮膚編輯器后,將相應(yīng)的全景場景添加到沙盤所對應(yīng)的節(jié)點中。
3) 場景熱點創(chuàng)建。全景漫游系統(tǒng)場景熱點是在全景場景中添加一個虛擬標(biāo)記,用于向用戶提供相關(guān)信息或者跳轉(zhuǎn)到其他場景。Pano2VR 軟件支持多種多媒體交互設(shè)計,用戶可以在全景場景中添加音頻、視頻、圖片、flash 動畫等多種效果,提升場景的渲染效果。其次,用戶還可以添加氣球、光影、天氣模擬、直升機模擬等多種動態(tài)效果來增加場景的豐富性。在創(chuàng)建熱點時,首先,需要在全景圖上選擇所需要創(chuàng)建熱點的位置,然后根據(jù)軟件的熱點屬性對熱點進(jìn)行設(shè)置,如熱點的大小、形狀、顏色、文字標(biāo)題等。再次,需要設(shè)置熱點功能,如打開網(wǎng)頁、展示信息、跳轉(zhuǎn)到其他場景等。最后,進(jìn)行場景輸出,利用Pano2VR 軟件的輸出功能,將制作好的VR 場景輸出到本地電腦或發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上,以便其他人進(jìn)行訪問。
博斯騰湖全景漫游系統(tǒng)采用MVC 架構(gòu)下的HTML5、JavaScript 腳本語言進(jìn)行開發(fā)。系統(tǒng)構(gòu)架見圖3。
圖3 博斯騰湖全景漫游系統(tǒng)架構(gòu)
1) 數(shù)據(jù)層。系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要包括兩部分:全景數(shù)據(jù)與信息數(shù)據(jù)。全景數(shù)據(jù)庫,主要儲存前期采集的景區(qū)全景數(shù)據(jù)信息,包括景區(qū)導(dǎo)覽、場景數(shù)據(jù)、景點位置等。信息數(shù)據(jù)主要包括場景所要添加的屬性數(shù)據(jù),如文字、圖片、視頻展示等數(shù)據(jù)。
2) 邏輯層。邏輯層是連接系統(tǒng)數(shù)據(jù)層和用戶應(yīng)用層的橋梁,負(fù)責(zé)虛擬現(xiàn)實各種功能的模塊化設(shè)計與開發(fā)。通過邏輯層構(gòu)建的各種全景游覽功能模塊,系統(tǒng)可以快速地檢索到景區(qū)的全景數(shù)據(jù)、熱點數(shù)據(jù)和地圖導(dǎo)覽等數(shù)據(jù),為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。邏輯層使用Java+SpringMVC+MyBatis+Nginx 等程序進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)設(shè)計,以Web Service 服務(wù)的方式為前端各場景提供所需媒體素材的編輯、保存以及發(fā)布。邏輯層采用SpringMVC 搭建Web設(shè)計,這使得系統(tǒng)的框架層次更加清晰,可擴展性更強,降低了系統(tǒng)的耦合度。此外,針對全景瀏覽與編輯等核心功能,系統(tǒng)采用Photo-SPHE-VIEWER.js 來管理全景的渲染和顯示。項目數(shù)據(jù)通過MyBatis 提供便捷的交互界面,采用NGINX 服務(wù)器解決項目網(wǎng)站的請求與發(fā)送。場景交互和媒體數(shù)據(jù)存儲通過文件傳輸協(xié)議(File Transfer Protocol,F(xiàn)TP)實現(xiàn),用戶在使用過程中的所有數(shù)據(jù)也遠(yuǎn)程傳輸?shù)紽TP 服務(wù)器,實現(xiàn)遠(yuǎn)程下載和上傳,保證用戶數(shù)據(jù)的安全性。
3) 用戶層。用戶層系統(tǒng)主要分為3 個模塊,包括全景導(dǎo)覽、智能服務(wù)與社交模塊。全景導(dǎo)覽主要功能包括全景地圖導(dǎo)覽、場景切換與多路線漫游,是實現(xiàn)系統(tǒng)漫游的主干板塊;智能服務(wù)模塊可實現(xiàn)景區(qū)語音講解、景區(qū)景點信息推送與第三方支持的景區(qū)線路導(dǎo)航等功能,可增加用戶的游玩興趣與交互體驗;社交模塊主要為用戶社交與分享服務(wù),用戶可以將個人軌跡分享給好友,也可以在全景漫游系統(tǒng)里留下個人標(biāo)記,增加系統(tǒng)與用戶的互動。該層主要采用HTML5+CSS3+JS+Vue.js 等編程技術(shù)來開發(fā)前端靜態(tài)頁面,通過CSS3 技術(shù)設(shè)計了靜態(tài)頁面的基本樣式和實現(xiàn)了各種交互效果。
根據(jù)博斯騰湖景區(qū)規(guī)劃設(shè)計方案,工作人員通過實地勘察考證,根據(jù)景區(qū)主要景點布局確定全景圖像采集點,按照景區(qū)參觀路線確定全景游覽布局。場景采集分為空中與地面兩部分進(jìn)行??罩胁糠种饕詿o人機俯瞰的方式采集景點全貌,地面部分采用GOPRO 全景相機對各個場景地面細(xì)節(jié)進(jìn)行拍攝。所有全景圖片采集完后,采用Photoshop 軟件對采集圖片進(jìn)行了前期篩查處理,在利用ptugi軟件對圖片進(jìn)行全景拼接,隨后利用Pano2VR 軟件實現(xiàn)全景漫游功能(見圖4)。
圖4 系統(tǒng)全景漫游功能實現(xiàn)
系統(tǒng)融入了智慧旅游服務(wù)功能,為游客提供“全過程、個性化”的旅游綜合信息服務(wù)。智能服務(wù)有三大功能實現(xiàn)。
1) 景區(qū)講解功能。系統(tǒng)會根據(jù)用戶切換的場景提供語音講解服務(wù)(見圖5),包括景點的歷史、特征、藝術(shù)價值等,輔以柔和的音樂,帶給游客身臨其境的沉浸感。除此之外,游客還可以通過點擊場景中視頻、圖片、文字、鏈接等按鈕查看更多的景點信息,極大增強了景點內(nèi)容的豐富性與游客的互動性。
圖5 景區(qū)講解功能
2) 景區(qū)熱點推送。系統(tǒng)連接景區(qū)智慧旅游服務(wù)平臺,實時為游客推送景區(qū)相關(guān)信息,如景區(qū)天氣信息、客流量信息、旅游舒適度指數(shù)等,為游客旅游決策提供依據(jù)(見圖6)。
圖6 景區(qū)熱點推送
3) 線路導(dǎo)航。通過電信提供的基于位置服務(wù)(Location Based Service,LBS) 接口為用戶提供定位、導(dǎo)航功能,生成最佳的旅游行線路,并實時記錄用戶軌跡(見圖7)。
圖7 線路導(dǎo)航
社交功能主要實現(xiàn)用戶之間數(shù)據(jù)互動與提供共享服務(wù),將三維全景、博客、社會網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、三維虛擬社區(qū)等服務(wù)有效結(jié)合,目的是為用戶提供在系統(tǒng)進(jìn)行文字、照片、音視頻記錄等在線分享服務(wù),實現(xiàn)游客之間多方位實時互動。
1) 互動分享。系統(tǒng)可獲取好友分享的軌跡、音視頻、圖片、博客、日志等信息,用戶可將自己的游覽經(jīng)歷通過微信、QQ 等社交平臺分享給好友,實現(xiàn)信息共享,方便好友之間經(jīng)驗交流與互動(見圖8)。
圖8 互動分享
2) 個人標(biāo)記。系統(tǒng)會實時記錄用戶個人軌跡,可以在系統(tǒng)中添加游覽標(biāo)記,也可以發(fā)布游記心情,并向景區(qū)提供投訴與建議,可以幫助景區(qū)建設(shè)更好的產(chǎn)品體系和提供更高服務(wù)品質(zhì)(見圖9)。
圖9 個人標(biāo)記
本文將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與旅游業(yè)相結(jié)合,以博斯騰湖旅游與景區(qū)為例,探索了旅游業(yè)網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化發(fā)展的新模式。研究在前期對博斯騰湖旅游景區(qū)進(jìn)行了圖像采集、圖片處理、Ptugi 拼接、Pano2VR全景漫游生成的基礎(chǔ)上開發(fā)了博斯騰湖景區(qū)全景漫游系統(tǒng),系統(tǒng)采用MVC 架構(gòu)下的HTML5、Java-Script 腳本語言對博斯騰湖全景漫游系統(tǒng)進(jìn)行了開發(fā)設(shè)計,實現(xiàn)了用戶端的全景漫游、智慧服務(wù)與社會交往等功能,為用戶提供了一個在線旅游、智慧服務(wù)、交際交往的便捷平臺。全景虛擬技術(shù)在旅游業(yè)智慧化、虛擬化發(fā)展方面有廣闊的應(yīng)用前景。本研究目前有許多待改進(jìn)的地方,如如何將虛擬漫游技術(shù)與3D 仿真技術(shù)相融合,帶給游客更加逼真的體驗;將虛擬現(xiàn)實與智慧旅游、GIS 技術(shù)相結(jié)合,解決旅游業(yè)長期面臨的信息孤島問題;在滿足大眾化智能旅游需求的同時,推動個性化、定制化虛擬旅游服務(wù)的發(fā)展。旅游業(yè)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合正處在深入發(fā)展階段,相信在計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的推動下,虛擬旅游將逐步向著大眾化方向邁進(jìn),實現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實的深度融合。