基于Cesium的虚拟旅游系统研究

吴 泳，黄天勇，闻 平

（1.河海大学 地球科学与工程学院，江苏 南京 211100；2.中国电建集团昆明勘测设计 研究院有限公司，云南 昆明 650051）

旅游业是非常具有发展潜力的产业。2019年“五一”假日期间，国内旅游接待总人数达到1.95亿人次，实现旅游收入1 176.7亿元。庞大的旅游市场给管理者自身经营与管理带来了很多问题，传统滞后的系统已无法满足旅游业的发展，旅游产业信息化、智能化迫在眉 睫[1]。国内外众多学者对旅游业的信息化发展与应用进行了研究。一个成熟的旅游系统需通过互联网、借助便携的终端上网设备，实时发布景区信息，使游客主动感知目的地的旅游资源、旅游活动、景区情况等，从而合理安排出行计划[2-3]。同时，综合性的系统工程应涉及旅游行业的方方面面，其中的重中之重就是在基础设施的源头将服务作为核心看待，以信息数据的交互为主线，由此衍生设计的相关应用也应将游客的出行体验放在首 位[4]。本文以云南省建水县为例，利用倾斜测量、Ajax异步传输、数据库等技术与景区进行实时数据交互，将数据以可视化的方式呈现在网页端，从而构建了一个轻量便捷、功能齐全的虚拟旅游系统，以期通过新技术手段与多媒体交互的方式建设虚拟旅游目的地，恢复景区的历史风貌，讲述景区的文化和故事，将景区的文化之美、历史之美、风景之美、生活之美、人文之美传达给游客。

1 技术路线与数据准备

1.1 技术路线

随着倾斜测量技术的发展，通过专门的软件对无人机采集的影像数据和外业得到的像控点信息进行处理，即可在短时间内获得目标区域的真三维模型[5]。这种利用倾斜测量技术得到的实景三维模型具有真纹理、真三维、清晰、直观等特点，非常适合作为虚拟旅游的源数据，使游客足不出户就可感知旅游目的地的全景风貌；但其展示需要专业软件的支持，局限性较大。为了解决上述问题，本文选取Cesium作为系统的开发平台。Cesium是一款基于Javascript编写的开源三维GIS引擎，通过专门的软件可将倾斜测量数据、BIM模型、矢量数据、点云数据等多源异构数据转换为Cesium支持的3D Tiles格式，无需安装任何插件即可在Web端进行集成展示与交互，同时支持手机、平板等移动端的浏览[6-7]。

本文利用B/S架构构建虚拟旅游系统，可实时获取景区的天气情况、客流量情况、停车场车位信息等，并以可视化的方式呈现给游客，辅助游客调整出行方式和游玩路线规划，大大提高了游客的旅游质量和效率。系统的技术路线如图1所示。

图1 技术路线图

1.2 数据准备

1.2.1 实景三维模型的生产与加工

倾斜测量技术是近年来发展十分迅速的一项高新技术，作业流程一般分为3个部分：①利用飞行器获取足量影像数据，通常选择无人机作业，有时也使用小型飞机，飞行器一般搭载一个垂直、4个倾斜的传感器设备进行影像采集；②外业人员利用GPS-RTK进行像控点测量，获得精确的像控点点位信息，像控点目标选择的好坏以及指示点位的准确程度将直接影响成果的精度；③利用Smart3D软件进行数据处理，得到目标区域的实景三维模型。

未经处理的模型一般存在较多问题，如区域内有很多悬浮物、部分遮挡地区产生空洞、水面不平整、地面上的地物发生扭曲、建筑物纹理模糊等，导致生产的实景三维模型表现效果不佳。利用武汉天际航公司开发的DP-Modeler软件可对模型进行二次加工，对修改难度较大的建筑单体化建模，最终得到逼真、清晰、直观的实景三维模型展示供游客欣赏，如图2所示。

图2 实景三维模型

1.2.2 景区数据的获取

通过人工矢量化可得到景区的矢量数据，并赋予数据属性信息；再利用ArcGIS Server进行发布，可在Cesium中加载展示，从而实现景区门票、地理位置、历史特色等信息的查询与展示功能。景区采用身份证或二维码方式出、入园，可实时记录总浏览人数、在园人数、出园人数等，方便景区合理安排现场管理人员维持秩序，游客妥善制定游玩计划，错峰出行。停车场等公共资源区域布设摄像头，停车位登记车主信息，实时监控区域内情况，避免停车场拥挤无序而发生的潜在风险。

2 系统功能设计与实现

2.1 三维漫游

系统的三维漫游采用自主漫游和定点移动两种方式。三维漫游功能旨在让游客置身于实景三维模型之中，总览整个景区的景色，同时结合文字介绍与导游音频，从而丰富游客的游前体验、激发游客的游玩热情。

1）自主漫游功能主要针对大范围区域设计，让游客自主选择移动视角和路线以达到虚拟旅游的目的。利用Cesium中封装的scene.primitives.add方法在地图中添加一个模型，并设置相机和模型的偏移参数；通过键盘监听实现对模型移动的控制，同时更新数据并刷新模型位置。具体键盘监听功能如表1所示。

表1 自主漫游键盘监听功能

2）定点漫游功能主要针对重点地物浏览设计，如寺庙、塔、桥、雕塑等单一或少量经过精细修模的实景三维模型。定点漫游实际上是三维场景中一种非常普通的动画效果，通过设置一个中心点，固定与目标点的距离与俯角，不断地改变相机姿态，实现聚焦中心点环绕浏览。

2.2 景点信息展示

各景区简介的可视化表达主要通过调用Cesium的相关方法来实现。Cesium提供的Entity方法可用于创建实体，在系统中被用于实现景点描述功能。利用PinBuilder方法生成自定义地图图钉，并作为画布元素的实用程序类。Entity方法具有ID、Name、Availability、Show、Description、Position以及相关形状选择等很多属性，其中Description属性用于景点描述，Position属性用于设置实体创建位置，相关形状选择Billboard并设置为PinBuilder，则可指定实体的具体呈现形式，如图3所示。

图3 景点信息展示

景区的详细信息则通过矢量数据和Echarts插件来实现。将人工矢量化得到的数据进行拉伸处理，即可得到建筑物白模，再赋予其属性信息，便可在Cesium中进行展示和查询。Echarts提供了柱状图、折线图、饼图等多种表格样式，从而实现数据的可视化，方便游客对旅游景区的掌握，如图4所示。

图4 景区详细信息查询

2.3 景区信息实时发布

1）景区的天气预报系统通过天气网提供的API接口实现，该接口成熟、稳定、更新及时，被国内很多门户网站使用。调用该接口可获取目标区域的天气情况、紫外线强度、穿衣指数和风力风向等数据，游客则可依据实时更新的天气情况对出行计划进行调整，如图5所示。

图5 天气预报系统

2）景区预警系统主要由景区的智能化出、入园系统支持。游客通过二维码或身份证等方式出入园，景区可实时掌握在园人数、出园人数以及目前总浏览人数。接收到实时传输的数据后，前端通过Ajax技术动态更新页面，并利用Cesium Heatmap.js插件以热力图的方式在网页端进行表达，简单直接地呈现各景点的拥挤情况。景区预警系统可使管理者合理分配资源，对各景点进行人力调整，妥善维持景区治安；同时可使游客更好地规划游玩时间，错峰出行，避免浪费等待时间，如图6所示。

图6 景区预警系统

3）停车场管理系统主要借助海康威视Web插件Web Components.exe实现。该插件是一个海康DVR监控在线观看插件，仅支持B/S网页开发，能在网页上实现预览、回放、云台控制等功能。同时在Cesium中创建Entity-polygon多边形面的实体，通过设置经纬度将其创建在地图中具体的停车场位置上，设置其材质为实时监控视频，即可将监控投影到相应的区域。该系统还可登记每个车位的使用情况和车主信息，并将数据实时传输，在前端呈现停车场车位的相关情况。停车场管理系统可减轻管理人员的管理压力，使游客合理选择适当的出行方式以及有目的地、快速地找到车位，如图7所示。

图7 停车场管理系统

3 结 语

随着社会的快速发展，人们的物质文化生活也愈发丰富。旅游业作为支撑国民经济的支柱性产业之一，具有广阔的市场和巨大的发展潜力。在物联网、云计算、人工智能等高新技术蓬勃发展的今天，如果各旅游景区能把握机遇，加快自身信息化、智能化发展的步伐，打造出具有自身特色的品牌服务，就能率先抢占市场、扩大客源、打响知名度。本文研究并设计了云南省建水县的旅游系统，旨在充分利用现有资源，以数字化的形式将建水县的风景名胜呈现在游客面前。该系统具有一定的实际应用价值，但功能尚不够全面，还需后期持续更新完善。