張暑軍 他國山

摘要：針對鐵門關市當前的旅游文化現(xiàn)狀，通過對虛擬現(xiàn)實技術與旅游文化宣傳相結合進行研究分析，采用Web 前端技術以及SpringBoot 后端技術，綜合實現(xiàn)了鐵門關市旅游文化宣傳的管理系統(tǒng)平臺，構建了信息化、數(shù)字化的虛擬旅游系統(tǒng)，從技術上簡化了管理人員對虛擬模型、參數(shù)等動態(tài)管理，提高了管理人員的工作效率。此舉提升了鐵門關市文化宣傳力度，擴大了鐵門關市對外宣傳廣度，增加了鐵門關市社會經(jīng)濟效益。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實；旅游文化；三維模型；虛擬引擎；瀏覽器

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）06-0071-03

0 引言

鐵門關市是新疆生產(chǎn)建設兵團第二師的新建城市，采用師市合一管理體制。其旅游文化涵蓋了絲綢之路、紅色文化等元素，對于鐵門關市的旅游文化宣傳具有重要意義。隨著我國旅游行業(yè)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)旅游模式已無法滿足現(xiàn)階段游客的需求[1]。虛擬現(xiàn)實技術是一項現(xiàn)代化技術，利用計算機模擬實現(xiàn)，綜合了計算機圖像學、交互學、計算機遙感等多種學科及技術，通過虛擬體驗平臺和交互設備，能夠讓用戶沉浸于虛擬環(huán)境中，實現(xiàn)視覺、聽覺、觸覺等多感官和多場景的虛擬體驗[2]。隨著虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展，人們對其的認識也日益深刻[3]。通過對虛擬現(xiàn)實技術在旅游文化中的應用研究分析，并設計實現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實技術的旅游文化宣傳系統(tǒng)，將旅游文化宣傳工作重心由景區(qū)景色轉移到文化內(nèi)涵宣傳。

1 系統(tǒng)需求分析

鐵門關市旅游文化宣傳是鐵門關市對外宣傳的重要途徑之一，通過對外進行旅游文化宣傳能夠提升鐵門關市的知名度，增加旅游經(jīng)濟效益。為了實現(xiàn)數(shù)字化、信息化的旅游文化宣傳，設計并實現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實技術的旅游文化宣傳系統(tǒng)平臺。該平臺能夠使旅游文化宣傳的操作更加簡便，向旅游客戶提供沉浸式的虛擬旅游體驗，使用戶能夠身臨其境地感受旅游目的地的風景、文化和歷史。系統(tǒng)整合了豐富的文化資源，包括歷史背景、民俗風情、傳說故事等，使用戶在虛擬旅游中深入了解當?shù)氐奈幕厣?。系統(tǒng)支持多種交互方式，如手勢識別、語音控制等，使用戶能夠與虛擬環(huán)境進行自然交互，從而提升用戶體驗。此外，系統(tǒng)還具備導覽功能，幫助旅游客戶更好地了解鐵門關市的虛擬旅游場景和文化信息，提供個性化的游覽路線和解說服務。系統(tǒng)應具備良好的性能和穩(wěn)定性，能夠處理大量的3D模型和動畫數(shù)據(jù)，以保證流暢的虛擬旅游體驗。同時，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和安全性也需得到保障，以防止未經(jīng)授權的訪問和數(shù)據(jù)泄露。

針對系統(tǒng)管理人員，整個系統(tǒng)所涵蓋的功能必須包括虛擬場景管理、虛擬對象管理以及相關多媒體數(shù)據(jù)的管理，如文字、圖片、視頻、音頻等。這樣可以讓管理人員通過系統(tǒng)方便地增加、更新虛擬數(shù)據(jù)，使管理更加便利，也使得非計算機專業(yè)人士能夠更方便地發(fā)布場景信息。系統(tǒng)的整體結構如圖1所示，管理員管理資源服務器，而用戶只能通過Web服務器訪問，查看虛擬場景以及場景中的關聯(lián)文字、圖片、音視頻等相關資源。

2 實現(xiàn)系統(tǒng)應用的相關技術

整個系統(tǒng)采用B/S模式，分為Web前端開發(fā)技術和后端開發(fā)技術。對于Web前端開發(fā)使用Vue.js漸進式框架，包括HTML5、CSS3、JavaScript等技術，后端管理系統(tǒng)則通過SpringBoot、Spring MVC、Spring DataJPA、Spring Security等Java技術提供API接口，實現(xiàn)前后端數(shù)據(jù)交互。虛擬現(xiàn)實技術是整個系統(tǒng)的核心，需要構建逼真、沉浸式的虛擬旅游場景。涉及場景建模、光照渲染、環(huán)境音效等方面的技術。通過高精度的3D模型和逼真的光照效果，營造出具有真實感的虛擬環(huán)境。

2.1 Vue.js 介紹

Vue.js是基于JavaScript、HTML和CSS開發(fā)的漸進式Web前端框架。應用Vue.js框架可以根據(jù)系統(tǒng)需求選擇部分或全部采用，使開發(fā)人員更加靈活地掌握前端開發(fā)。

2.2 SpringBoot 體系

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，Spring在Java領域的輕量級開發(fā)中扮演重要角色[4]。后端API 接口開發(fā)采用了SpringBoot技術體系，它是一個輕量級的企業(yè)應用開發(fā)框架，可整合Spring體系和其他第三方相關框架，實現(xiàn)企業(yè)級應用開發(fā)。SpringBoot通過starter將各種依賴整合在一起，使開發(fā)人員無須關注依賴的細節(jié)。

2.3 建模

虛擬現(xiàn)實技術的實現(xiàn)離不開三維建模工具。建模是通過三維制作軟件在虛擬三維空間中構建具有三維數(shù)據(jù)的模型。流行的建模工具包括3Ds Max、Ma?ya、C4D等，用戶可通過這些工具軟件實現(xiàn)逼真效果的三維場景和物體虛擬設計。

2.4 虛擬引擎

設計好的三維模型只具備基本的動畫展示，要實現(xiàn)交互功能還需要虛擬引擎工具。當前流行的虛擬引擎工具包括Unity 3D、Unreal Engine、IdeaVR等，它們利用計算機的計算和圖形處理能力，將三維模型設計工具創(chuàng)建的場景、模型以及相關邏輯轉化為用戶可以感知和交互的虛擬世界。

2.5 WebGL（Web Graphics Library）

WebGL是一種基于JavaScript的交互式3D圖形處理API接口，使三維虛擬場景能夠在Web瀏覽器中實現(xiàn)與用戶的交互。WebGL 基于OpenGL ES （OpenGL for Embedded Systems）標準，在瀏覽器中展示三維效果，開發(fā)人員可以使用底層的硬件加速進行圖形渲染。它可以直接與HTML5標簽Canvas進行集成，并通過GPU執(zhí)行高性能圖形計算。

3 系統(tǒng)設計

為了豐富虛擬旅游的文化內(nèi)涵，需要將各種文化資源整合到系統(tǒng)中，包括歷史背景、民俗風情、傳說故事等內(nèi)容。通過合理地組織這些資源，使游客在虛擬旅游中能夠深入了解當?shù)氐奈幕厣?/p>

3.1 系統(tǒng)設計主要考慮的幾個方面

1）系統(tǒng)與用戶的交互功能是提高用戶體驗的關鍵，因此，系統(tǒng)需要設計一系列的交互方式，包括基本的鍵盤、鼠標交互以及更高級的手勢識別、語音控制等，從而實現(xiàn)用戶在虛擬環(huán)境中的沉浸式交互體驗。同時，提供場景導覽功能，幫助用戶更好地了解虛擬旅游場景和文化信息。

2）用戶界面和導航設計對于整個系統(tǒng)的易用性和用戶體驗至關重要。設計時應考慮簡潔直觀的操作界面和友好的導航方式，使用戶能夠輕松地瀏覽和探索虛擬旅游場景。

3）為了提高虛擬環(huán)境的真實感，需要制作高精度的3D模型和動畫。這涉及角色建模、動畫制作、特效渲染等方面的技術。通過精細的模型和流暢的動畫，使虛擬旅游場景更加生動和有趣。

4）聲音和特效是增強虛擬旅游體驗的重要手段。需要將環(huán)境音效、背景音樂以及特效整合到虛擬環(huán)境中，營造出更加逼真的場景氛圍。同時，注意控制特效的使用，避免對用戶體驗產(chǎn)生負面影響。

系統(tǒng)基于虛擬現(xiàn)實技術，其整體研究利用虛擬現(xiàn)實技術，結合互聯(lián)網(wǎng)及相關設備，達到呈現(xiàn)智慧化旅游景區(qū)深層次文化信息的效果[5]。系統(tǒng)設計中包括了自動導航，默認情況下順著設計好的路線進行漫游[6]。根據(jù)需求分析將整個系統(tǒng)模塊劃分成多個子模塊，包括基本功能的用戶身份認證、三維資源管理、三維場景管理、三維模型所關聯(lián)的文字、圖像、音視頻內(nèi)容管理等，如圖2所示。

3.2 每個子模塊實現(xiàn)的具體功能

1）用戶身份認證模塊：負責對來訪用戶進行身份驗證。對于不同身份的用戶可考慮提供不同的訪問機制，系統(tǒng)同時提供匿名用戶的訪問，方便新用戶快速了解旅游概況。

2）三維場景管理模塊：旨在方便系統(tǒng)管理員和內(nèi)容管理員發(fā)布新的場景和虛擬物品。該模塊允許管理人員在后端系統(tǒng)中動態(tài)添加需要展示的旅游場景。系統(tǒng)通過管理員對場景的設置，在Web瀏覽器端利用WebGL技術展示場景，實現(xiàn)與用戶的交互。

3）三維資源管理：虛擬場景中需要放置供用戶參觀瀏覽的物件，這些虛擬物件可通過管理員后臺動態(tài)布局和添加，無須對場景進行編輯修改，實現(xiàn)動態(tài)場景布局。

4）基于WebGL技術的場景展示模塊：通過Unity3D、Unreal Engine等三維交互引擎設計和處理場景，實現(xiàn)瀏覽器端的動態(tài)場景展示和虛擬物體布局。

5）文字、圖像、音視頻資源管理模塊：針對虛擬模型展示的虛擬物體提供相關介紹內(nèi)容，包括文字性、圖片、音頻、視頻等，豐富用戶的游覽體驗，增進對每個場景、物體背后歷史文化的了解。

6）系統(tǒng)訪問日志采集模塊：負責在系統(tǒng)運行過程中采集用戶的習慣性數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)技術分析用戶特點，形成用戶畫像，使系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的興趣愛好有針對性地提供服務。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)的核心組件

通過對系統(tǒng)的分析和設計，明確了系統(tǒng)中包含的模塊。針對系統(tǒng)整體結構及未來運行的環(huán)境，搭建了系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，將Web前端與后端分開實施，并依據(jù)設計中的統(tǒng)一數(shù)據(jù)交互接口實現(xiàn)了Web前端與后端的連接。虛擬場景交互開發(fā)使用了Unity 3D，并將運行平臺切換為Web瀏覽器平臺，以確保Unity生成的場景能夠在瀏覽器中流暢運行。

在Unity 3D中實現(xiàn)了多個組件，以便虛擬場景能夠根據(jù)管理員提供的相關數(shù)據(jù)動態(tài)布局場景中的元素，具體包括：

1）天空盒動態(tài)加載組件：負責根據(jù)管理員設置動態(tài)變更場景中的天空效果，目前采用了6張圖片構建天空盒。

2）三維模型加載組件：每個場景中包含大量的三維模型，其中既包括靜態(tài)模型，也包括動態(tài)模型。管理員可以根據(jù)需要動態(tài)改變，用戶每次瀏覽場景時都會根據(jù)管理員的設置加載新的模型以及相關介紹內(nèi)容。

3）三維模型基本參數(shù)設置組件：每個模型帶有大量的參數(shù)需要配置。參數(shù)組件根據(jù)三維模型動態(tài)加載相關參數(shù)數(shù)據(jù)，以設置模型的相關信息，包括模型的紋理數(shù)據(jù)、位置、尺寸、動畫等，這需要WebGL進行更多的計算。

4）場景交互組件：針對不同的模型，可以加載不同的文字、圖片、音視頻資源。交互過程中，可以實現(xiàn)動態(tài)資源預加載功能及流式資源加載。交互主要采取鍵盤、鼠標、語音、手勢等方式，系統(tǒng)提供標準的交互接口，方便后期交互模式的擴展。

5）評分系統(tǒng)組件：用戶瀏覽場景并獲取有關場景中的文化知識。通過在三維場景中構建評分系統(tǒng)組件，讓用戶參與知識問答游戲，從而更深入地了解場景所展示的歷史文化。根據(jù)評分平臺的情況，可以給予用戶獎勵，增強用戶體驗及成就感。

6）導覽組件：為了讓新用戶進入系統(tǒng)后快速掌握每個場景的概況，系統(tǒng)提供基本的導覽組件。整個系統(tǒng)所展示出來的場景按照行政區(qū)劃分，并提供默認的瀏覽引導。用戶可以按照引導有順序地了解景區(qū)歷史文化。同時，提供自由瀏覽模式，根據(jù)大數(shù)據(jù)分析用戶的瀏覽模式，實現(xiàn)動態(tài)推薦瀏覽引導。

系統(tǒng)開發(fā)完成后，按照需求分析和系統(tǒng)設計對系統(tǒng)進行全面測試和優(yōu)化工作。通過對真實場景以及用戶的行為模擬，找出并修復系統(tǒng)中存在的潛在問題。對系統(tǒng)進行持續(xù)優(yōu)化，從而提升系統(tǒng)性能和響應速度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。針對系統(tǒng)的整體使用及維護，編寫用戶手冊并向管理人員提供培訓服務。系統(tǒng)提供的使用手冊詳細介紹了系統(tǒng)的使用方法和操作步驟，集中培訓能夠幫助用戶更好地掌握系統(tǒng)的功能和特點。為了保持系統(tǒng)的持續(xù)運行和滿足用戶不斷變化的需求，后期需要對系統(tǒng)進行維護和更新工作，并建立有效的維護機制和技術支持體系，及時解決用戶反饋的問題，并不斷優(yōu)化和升級系統(tǒng)功能，以保持系統(tǒng)的領先性和競爭力。

5 結束語

基于虛擬現(xiàn)實技術的旅游文化宣傳系統(tǒng)從鐵門市整體特性出發(fā)，將虛擬現(xiàn)實技術與旅游景區(qū)、歷史文化相結合，探索了鐵門關市旅游宣傳的數(shù)字化、信息化、虛擬化發(fā)展新模式。通過數(shù)字化和信息化技術，系統(tǒng)動態(tài)展示了旅游文化的相關內(nèi)容，使用戶能夠隨時隨地了解鐵門關市的旅游景點和歷史文化。同時，通過在線管理，景區(qū)管理部門減少了技術依賴，管理員能夠根據(jù)需要對景區(qū)布局在虛擬場景中進行更新，使景區(qū)文化的變化和發(fā)展及時得到宣傳和推廣。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】