鐵門關市旅游文化宣傳VR 系統設計與實現

張暑軍 他國山

摘要：針對鐵門關市當前的旅游文化現狀，通過對虛擬現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，綜合實現了鐵門關市旅游文化宣傳的管理系統平臺，構建了信息化、數字化的虛擬旅游系統，從技術上簡化了管理人員對虛擬模型、參數等動態管理，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濟效益。

關鍵詞：虛擬現實；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。隨著我國旅游行業的迅速發展，傳統旅游模式已無法滿足現階段游客的需求[1]。虛擬現實技術是一項現代化技術，利用計算機模擬實現，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境中，實現視覺、聽覺、觸覺等多感官和多場景的虛擬體驗[2]。隨著虛擬現實技術的發展，人們對其的認識也日益深刻[3]。通過對虛擬現實技術在旅游文化中的應用研究分析，并設計實現基于虛擬現實技術的旅游文化宣傳系統，將旅游文化宣傳工作重心由景區景色轉移到文化內涵宣傳。

1 系統需求分析

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，增加旅游經濟效益。為了實現數字化、信息化的旅游文化宣傳，設計并實現基于虛擬現實技術的旅游文化宣傳系統平臺。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地的文化特色。系統支持多種交互方式，如手勢識別、語音控制等，使用戶能夠與虛擬環境進行自然交互，從而提升用戶體驗。此外，系統還具備導覽功能，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。系統應具備良好的性能和穩定性，能夠處理大量的3D模型和動畫數據，以保證流暢的虛擬旅游體驗。同時，系統的數據和安全性也需得到保障，以防止未經授權的訪問和數據泄露。

針對系統管理人員，整個系統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據的管理，如文字、圖片、視頻、音頻等。這樣可以讓管理人員通過系統方便地增加、更新虛擬數據，使管理更加便利，也使得非計算機專業人士能夠更方便地發布場景信息。系統的整體結構如圖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文字、圖片、音視頻等相關資源。

2 實現系統應用的相關技術

整個系統采用B/S模式，分為Web前端開發技術和后端開發技術。對于Web前端開發使用Vue.js漸進式框架，包括HTML5、CSS3、JavaScript等技術，后端管理系統則通過SpringBoot、Spring MVC、Spring DataJPA、Spring Security等Java技術提供API接口，實現前后端數據交互。虛擬現實技術是整個系統的核心，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境。

2.1 Vue.js 介紹

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

2.2 SpringBoot 體系

隨著互聯網的發展，Spring在Java領域的輕量級開發中扮演重要角色[4]。后端API 接口開發采用了SpringBoot技術體系，它是一個輕量級的企業應用開發框架，可整合Spring體系和其他第三方相關框架，實現企業級應用開發。SpringBoot通過starter將各種依賴整合在一起，使開發人員無須關注依賴的細節。

2.3 建模

虛擬現實技術的實現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據的模型。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執行高性能圖形計算。

3 系統設計

為了豐富虛擬旅游的文化內涵，需要將各種文化資源整合到系統中，包括歷史背景、民俗風情、傳說故事等內容。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地的文化特色。

3.1 系統設計主要考慮的幾個方面

1）系統與用戶的交互功能是提高用戶體驗的關鍵，因此，系統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，從而實現用戶在虛擬環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。需要將環境音效、背景音樂以及特效整合到虛擬環境中，營造出更加逼真的場景氛圍。同時，注意控制特效的使用，避免對用戶體驗產生負面影響。

系統基于虛擬現實技術，其整體研究利用虛擬現實技術，結合互聯網及相關設備，達到呈現智慧化旅游景區深層次文化信息的效果[5]。系統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]。根據需求分析將整個系統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、三維模型所關聯的文字、圖像、音視頻內容管理等，如圖2所示。

3.2 每個子模塊實現的具體功能

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：旨在方便系統管理員和內容管理員發布新的場景和虛擬物品。該模塊允許管理人員在后端系統中動態添加需要展示的旅游場景。系統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布局和添加，無須對場景進行編輯修改，實現動態場景布局。

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，實現瀏覽器端的動態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）系統訪問日志采集模塊：負責在系統運行過程中采集用戶的習慣性數據，通過大數據技術分析用戶特點，形成用戶畫像，使系統能夠根據用戶的興趣愛好有針對性地提供服務。

4 系統實現的核心組件

通過對系統的分析和設計，明確了系統中包含的模塊。針對系統整體結構及未來運行的環境，搭建了系統開發環境，將Web前端與后端分開實施，并依據設計中的統一數據交互接口實現了Web前端與后端的連接。虛擬場景交互開發使用了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中實現了多個組件，以便虛擬場景能夠根據管理員提供的相關數據動態布局場景中的元素，具體包括：

1）天空盒動態加載組件：負責根據管理員設置動態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，其中既包括靜態模型，也包括動態模型。管理員可以根據需要動態改變，用戶每次瀏覽場景時都會根據管理員的設置加載新的模型以及相關介紹內容。

3）三維模型基本參數設置組件：每個模型帶有大量的參數需要配置。參數組件根據三維模型動態加載相關參數數據，以設置模型的相關信息，包括模型的紋理數據、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，可以實現動態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后快速掌握每個場景的概況，系統提供基本的導覽組件。整個系統所展示出來的場景按照行政區劃分，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歷史文化。同時，提供自由瀏覽模式，根據大數據分析用戶的瀏覽模式，實現動態推薦瀏覽引導。

系統開發完成后，按照需求分析和系統設計對系統進行全面測試和優化工作。通過對真實場景以及用戶的行為模擬，找出并修復系統中存在的潛在問題。對系統進行持續優化，從而提升系統性能和響應速度，提高系統的穩定性和可靠性。針對系統的整體使用及維護，編寫用戶手冊并向管理人員提供培訓服務。系統提供的使用手冊詳細介紹了系統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的功能和特點。為了保持系統的持續運行和滿足用戶不斷變化的需求，后期需要對系統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，并不斷優化和升級系統功能，以保持系統的領先性和競爭力。

5 結束語

基于虛擬現實技術的旅游文化宣傳系統從鐵門市整體特性出發，將虛擬現實技術與旅游景區、歷史文化相結合，探索了鐵門關市旅游宣傳的數字化、信息化、虛擬化發展新模式。通過數字化和信息化技術，系統動態展示了旅游文化的相關內容，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，景區管理部門減少了技術依賴，管理員能夠根據需要對景區布局在虛擬場景中進行更新，使景區文化的變化和發展及時得到宣傳和推廣。

參考文獻：

[1] 周子平.基于虛擬顯示技術的智慧旅游系統設計[J].現代電子技術，2021，44（8）：100-104.

[2] 田賽，艾萍.基于虛擬現實技術的開封旅游APP設計研究[J].工業設計，2021（2）：110-111.

[3] 張紅，肖悅.遼寧省旅游產業開發對虛擬現實技術的應用研究[J].對外經貿，2023（12）：19-22，27.

[4] 馬紹陽，王偉東，韓斌倩，等.基于Spring Boot+Vue的智能遠程醫療平臺的設計與實現[J]. 網絡安全技術與應用，2024（1）：55-57.

[5] 黃筱佟，宮海曉，邸臻煒.基于MR技術的城市景區智慧旅游系統方案的應用研究[J]. 信息記錄材料， 2021， 22（10）：180-181.

[6] 張玉婷.基于虛擬現實技術的三維校園漫游系統設計與實現[J].無線互聯科技，2023，20（14）：91-93.

【通聯編輯：謝媛媛】