增强现实技术在城市道路交通3D智能标牌中的应用设计初步构想

摘要：在城市经济以及智能设备高度发展的基础上，当今的交通向智能化方向发展是一个必然的趋势。而智能标牌在城市道路交通中的应用，则是智能化交通的重要组成部分。增强现实技术将为城市道路交通智能标牌的实现提供技术依据和保障，增强现实智能标牌将有很光明的应用前景。

Abstract: in the city economy and the highly developed intelligent device based on current traffic, intelligent direction is an inevitable trend. Smart tag in the city road traffic application, is an important part of intelligent transportation. Augmented reality technology for city road traffic intelligent label implementation provides technical basis and guarantee, augmented reality intelligent signs will have a bright future in application.

关键词： 增强现实技术；交通标牌；智能化；

Key words: augmented reality technology; intelligent traffic signs

中图分类号：S731.8 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012

前言

随着现代科学技术的飞速发展，越来越多的高智能化的产品出现于人们的生活中，使人们的生活更加快捷、方便。设计者们将许许多多的设计理论构想，通过现代科学技术一一实现，智能化已是当今社会发展的一个必然趋势。在一个发达的城市，大部分设施都将作为高科技的产物服务于人们的生活中。作为城市便捷化的助手――道路交通标牌也将作为一个新颖的智能设施服务于我们的生活。

一.智能交通标牌在我国城市交通系统中的应用调研实例

我国很多的城市已在市区的交通设施中使用了较为智能的标牌系统，达到了较好的指引和预防事故的效果。

1.1郑州反光漆指示牌变成电子控制

郑州陇海路与嵩山路交叉口西向东方向共有四个车道，原来是两个左转道一个直行道和一个直行加右转道。如今，在该路口的指示牌上，第二个左转车道和最右边的直行加右转车道指示发生了变化，但这两个车道的指示牌换成电子控制的，可变化。这个智能指示交通牌，在高峰时，保持现有的通行不变，平峰时，从陇海路左转上嵩山路的车辆减少，而陇海路西向东的车辆增加，如果仍然保留两个左转道，势必造成左转车道资源浪费，而直行车道不够用。根据这种情况，郑州市交警部门准备在平峰时将该路口第二个左转道调整为直行道，留一个左转道，而最右边的直行加右转车道调整为单一的右转车道。

我们可以看出，智能标牌不仅是能让城市看起来更现代化，而且会在很大程度上解决交通中的拥堵等难题，进行智能化地协调，给市民出行带来极大的方便，并且更合理的利用了交通资源。

1.2 苏州 智能公交到站信息显示

在苏州工业园区，很多公交站台上都有一个带有LED显示屏信息显示牌的电子站牌。它内置移动信号接收模块，可以接收公交车或公交控制中心发来的信息，可所有途经本站公交车的到站时间等信息，智能公交系统的报站准确率已达95%左右。每个公交站点还有一块醒目的蓝色标牌，标示了查询智能公交使用方式和每个站点的唯一编号，凭借这个公交站点的“身份证”，市民就可以通过手机或互联网等多种方式查询通过该站点的公交到站情况了。

截至目前，智能公交已实现了对苏州工业园区所属400余辆公交车辆的统一调度、统一管理和实时定位，实现对其中150辆公交车辆的视频实时监控，260个公交站点的预报站信息。对于广大市民来说，智能公交更方便、更人性。

智能公交，对于提高城市公共交通服务质量、减轻交通管理压力也起到积极作用，通过让人们感到公交越来越方便，让更多的人逐步依靠公交出行这种低碳的方式，从而缓解城市交通拥堵，可以让“路怒”族越来越少。①

二.增强现实智能标牌设计构想

传统的路牌具有较大的局限性。设想有没有这样一种可能，我们在看某个路牌时，它能以立体的形式展现出来，像3D电影那样，让人有身临其境的感觉，让人很快明确并记住去忘目的地的方向和路径。现在已经有人致力于模拟现实系统的研究，我们可以设想，把这种模拟现实的技术，应用到交通标牌的设计中去，从而达到3D效果的路牌效果。

2.1 增强现实技术的定义

增强现实（或者叫虚拟现实）的技术，把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息、声音、味道、触觉等)，通过科学技术模拟仿真后再叠加到现实世界被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验，发挥传感器、可穿戴计算机等技术的优势，这种技术叫做增强现实技术,即Augmented Reality，简称AR技术。满洛维奇对增强现实给出如下定义：“将动态的、背景专门化的信息加在用户的视觉域之上”。允许用户看到真实的世界，同时在真实的世界上叠加或混合信息。

2.2 对建立在增强现实技术上的路牌设计构思

首先是路牌的制作，我们只需要制作一个简单的路牌，最好同时考虑到要与城市的风格相统一，或者能让人高科技的质感，可以采用金属的锐利表现，也可以采用冷色调（如蓝色）来表现。

其次是三维图形效果的制作。可以依托3Dmax、Maya等三维制作软件，将二维的路牌指路图作为基础，制作出逼真的虚拟三维立体交通效果图，并且将路牌上的指示根据实际情景转化为三维动画。同时注意要将道路路两旁的主要标志物表示清楚，在客户端界面中用箭头等以让使用者理解的标志引导提示使用者方向。

最后就是技术实现。开发者需要手动对已有的路牌图片特征点进行对应，实现叠加的内容连接。最后编写图像识别程序，对图像的特征点进行扫描，然后存储信息形成虚拟物体，最后采用精确的三维注册技术将计算机生成的虚拟物体和真实环境中景象“对齐”将这些特征与后台匹配信息一一对应，最后将三维效果图展现在用户的移动设备上。并随着用户的移动而移动。

2.3 使用方法

当用户启动软件并将自己的移动设备对住路牌时，系统开始自动识别，从系统上下载相关三维场景与路标图片相关联，最终显示在用户设备的屏幕上。再以逼真动画的形式由屏幕完全展示在使用者面前。

不过我们可以更进一步假设，当用户的设备离开图像显示的位置时，该段信息应仍可以持续显示，并且关连到使用者所照射到的地面，建筑物等实体上。并显示与这些相关的信息，直到用户关闭该系统，或者映射下一个图标。当三维场景在显现时，可根据现实相机照射到的场景、当前任务或需要交互地改变其形状和外观，对于现实目标通过叠加虚拟景象产生类似于X光透视的增强效果。

若使用者输入想去的附近的地址，在三维场景设定范围内，屏幕上会出现一个箭头，指示使用者应该走的方向。

2.4 附加游戏功能

在增强现实标牌的使用方法中我们提到系统会自动下载相关的三维场景到手机上。我们可以充分利用已下载的三维场景转化为3D游戏中的三维场景，在场景中加入一些游戏所需元素，使枯燥的指路功能变成有趣刺激的超现实Game大战。

具体做法是，在用于指路的客户端界面中设置一个选择附加功能按钮，然后将程序指向另一个游戏的程序，这个程序是以已下载的三维场景为游戏场景，在场景中添加必要的虚拟元素(如虚拟武器、虚拟人物等)，并设置游戏的玩法，如CF等。在真实的环境里玩着虚拟的游戏，出行的路上就变得更加丰富多彩而充满刺激了。此功能尤其实用于在途径中休憩或者无聊时。

2.5 适用的地区

因为智能交通标牌系统的搭建需要该市有很强的经济实力，在标牌的设计、投入使用、后期维护等方面都需要投入很多的财力、物力。而且发达的城市对一个比较现代化的标牌要求更迫切一些。另外，该系统客户端的使用要求该市的市民能够有足够的经济实力购买比较好的移动设备，以承载客户端的使用。所以智能交通标牌系统的应用，应该是在经济科技高度发达的城市。

智能交通标牌系统的应用，还应该是对标牌要求比较高的地方，如地铁站（通道复杂多变），旅游景区（旅游景区线路复杂、人员流动大，多是对环境不熟悉的人群，并且绝大部分是步行）。

三.增强现实智能标牌设计可能会出现的难题及解决方案

三维画面太大，载入慢，容易死机。从摄像机定位到现实标牌中的二维图片，到从系统中下载相关三维画面的过程中，由于三维画面太大，很容易会使客户端设备陷入服务无响应，甚至死机的状态。

耗电量大。该应用程序的使用会占用设备较多的资源，并且由于一般的智能设备，电池待机时间不长，一直是一个没有解决的问题。这在增强现实标牌的现实过程中，仍然是一个很大的挑战。

亟待技术和设备的支持。现在开发的一些简单的增强现实的软件系统，还只是能在部分平台上运行，如iPhone、iPad等系统性能比较好的智能机上，有待降低平台的需求，使大部分平台能够装载此应用。

四.相对应的可能的解决方法

从上述可知，增强现实智能标牌的实现对科技及经济发展状况等社会背景的依赖性很大。所以随着社会和科技的发展，以后经济可能将不是制约增强现实标牌发展的主要问题。另外智能设备价格也会逐渐降低，适合更多人群的使用。

当科学技术的发展到一定的程度，客户端设备的系统运行将会非常流畅，并且运算速度也会相应提高，届时软件的载入以及死机问题可能不复存在。电池的待机时间短，软件耗电量大的问题也可以解决。

在此系统发展的起步阶段可以考虑采用2.5D（即伪3D技术）来代替三维动画，或者减小三维图像的精细度以缩小动画的大小。这样能在一定程度上解决系统容易出现无响应或者死机的问题，但是不是根本的解决办法。

有一个好的算法和程序会很大程度上减小客户端系统运行时所需的空间，若是增强现实智能标牌系统的程序能更精进，这样就在技术本身上解决或者至少减少系统运行时会出现的问题。

以上第二、三种方法都是以降低画面质量为代价的，虽然会降低用户的体验，但考虑到现阶段移动设备以及增强现实技术的发展，这样稍微相对容易实现，有效降低难度。

总结

增强现实3D智能标牌设计构思的实现，需要极大的资金与技术的支持，是要建立在城市经济以及智能设备高度发展的基础上的，比如大部分人都会随身携带一部高智能移动设备、增强现实技术非常成熟等，所以增强现实3D智能标牌从一个比较概念性的构思变成现实应用，需要一段很长的路要走，但是随着科学技术的不断发展，我国经济实力的不断增强，我们有理由相信，增强现实3D智能标牌会有很光明的应用前景。

参考文献：

①．扬子晚报 2010-11-15

作者简介：

[1]张盼盼（1990-）女，河南新蔡人，江苏科技大学机械工程学院工业设计系本科生，研究方向:工业设计。

[2]韩 涛（1976－）男，山东临沭人，中国人民75120部队保障部助理员，研究方向：车辆工程。

[3]李长江（1973－）男，四川泸州人，四川省泸县福集镇教管中心干事，研究方向:中学物理教学。