基于AR技术的文化旅游商品创新设计与开发研究

摘要：利用现代科技手段进行文化旅游资源的开发与利用是旅游资源开发中的一种新趋势。文化旅游商品的设计与开发是文化旅游资源开发与利用的一项重要研究课题。本文通过分析国内外利用AR技术对文化旅游资源开发利用的研究现状及评价，引入并阐述了AR技术的概念、系统构架和关键技术，分析了AR技术在文化旅游商品设计与开发中的优势、特点及利用AR技术进行文化旅游商品设计与开发的思维研究方法和技术路线，并阐述了国外基于AR技术的文化旅游商品的成功案例，论证了AR技术在文化旅游商品设计与开发中具有较强优势和较大的应用发展潜力。

关键词：设计艺术；创意设计；AR技术；文化旅游商品；旅游设计；创新策略

中图分类号：J50 文献标识码：A

国家旅游局《关于贯彻落实党的十七大精神的意见》中明确指m：“充分发挥旅游市场优势，积极促进社会主义文化大发展大繁荣。……要充分发挥旅游业对文化的创新和提升功能，深入挖掘旅游产品和旅游服务的文化内涵，促进文化产品更好更快地进入旅游市场。”本文从当前国内外利用AR技术在文化旅游资源的应用研究现状出发，提出了一种基于AR技术的文化旅游商品的创新设计与开发思路

阐明了在文化旅游商品设计与开发过程中，应用AR（Augmented Reality，AR，增强现实）技术手段，能弥补现有的文化旅游商品设计与开发手段的缺陷，不仅可以使旅游商品保持原有的固有功能，而且还能强化文化旅游商品的文化功能，使其具有更强的知识性、娱乐性、互动性和体验感，引入国外成功的AR创意产品案例分析，旨在探索研究利用AR技术对我国文化旅游商品进行设计与开发的新方法。

一、国内外研究现状及评价

AR技术是对真实环境“叠加”虚拟信息、并将虚拟信息与真实环境相互叠加融合后的场景呈现给体验者的一种新技术。国外对AR技术在文化旅游资源方面的应用研究主要集中在对文化旅游资源的可视化展示、文化旅游商品的开发等方面，AR技术在文化旅游资源可视化展示方面的研究主要包括基于移动智能终端和PC平台上的人文景观的实时数字化交互展示途径和方法研究。如《基于文化遗产沉浸式体验的增强现实应用系统研究》主要研究了利用AR技术对韩国典型的文化遗产景福宫的历史、文化等虚拟信息的展示方式、特点及用户体验研究。《移动增强现实在文化旅游资源上的应用研究》主要利用移动AR技术在博物馆、古建筑等文化历史资源可视化方面的研究。新加坡国立大学混合现实实验室研制了基于AR技术的移动智能旅游辅助信息系统和博物馆、科技馆中的AR文化产品互动展示平台等。东京大学情报学环池内研究所正在开发的项目“虚拟飞鸟京”，是一个采用增强现实技术的文化遗址复原项目。国外利用AR技术在文化旅游商品的开发方面主要集中在旅游商品应用研究，如日本某印刷公司结合AR技术开发的旅游景点纪念读本，笔记本上的摄像头读取书上的标记图案后，在显示器中显示相应景点3D动画、景区视频信息等。德国Metaio机构开发的基于文化旅游资源的AR互动杂志，将杂志放在手机摄像头面前时，有关文化旅游景区的数字化文化内容就会展示出来：还有基于文化旅游资源开发的AR三维互动书籍、杂志、百科全书等数字化的互动文化创意产品；基于旅游景区开发的AR智能文化卡片、智能魔方等益智类的AR互动文化旅游商品。目前国外在AR领域的研究机构主要有美国麻省理工大学图像导航实验室、哥伦比亚大学的图形和用户交互实验室、日本的混合现实实验室、德国的Arvika组织、新加坡国立大学的混合现实实验室等。

国内对AR技术在文化旅游资源方面的研究起步比较晚，相关文献比较少，主要集中在对文化旅游资源数字化保护中的AR关键技术、应用优势、用户体验特点、数字化展示及系统开发与应用方面的研究。这些研究成果主要研究了增强现实技术在文化遗产数字化保护应用中的优势、特点和案例分析；AR技术在圆明园数字景观重现中的跟踪注册算法和实验分析；非物质文化遗产内容的博物馆数字化展示模式与产业化研究；增强现实系统、应用技术和关键技术的研究；基于AR技术的虚拟雕塑实景显示问题。

国内外对AR技术在文化旅游资源的开发利用方面的研究，从研究内容来看，主要集中在结合AR技术对文化旅游资源可视化展示、文化遗产的数字化保护等方面的研究，少有利用AR技术对文化旅游商品进行设计与开发的相关学术文献资料。从研究方法上看，主要采用传统学科的单一的研究方法，没有把AR技术手段与文化旅游资源的特色文化内涵结合进行文化旅游商品开发的综合研究，因此，研究方法也有待进一步完善，还没有建立完整的利用AR技术研究文化旅游资源商品设计与开发问题的新范式。

二、利用AR技术进行文化旅游商品设计与开发的优势分析

（一）AR概述

2009年，美国巴特尔研究所在一项研究报告中列出10个2020年以前最具战略意义的技术和应用研究趋势，这些趋势将决定着未来一个时期的全球社会发展特征，其中排名第十位的便是AR技术及其应用研究。AR领域的研究是近些年全球有关高校和学术科研机构积极投入的热点课题。

AR是增强现实（Augmented Reality，AR）的简称，国外也称为MR（Mixed Reality，MR，混合现实），在我国台湾称为扩增现实。AR技术是借助于信息技术、多种传感技术、计算机视觉技术以及多媒体技术，把计算机生成的二维或三维的虚拟数字内容信息（文字、图形、动画、声音、视频、虚拟三维物体等）准确地“叠加”到用户所要体验的真实环境中的一种技术，其目的在于通过把计算机生成的虚拟数字内容信息与真实环境融为一体的方式来增强用户对真实环境的理解。

AR技术应用所呈现的结果是：在真实的现实世界中“添加”虚拟的对象（虚拟的三维物体、文字、图形、视频、动画等），这种“添加”是指真实世界和虚拟对象的无缝“融合”，而不是简单的叠加。图1中，表明了增强现实的应用效果，图中办公桌和电话机及周围的墙壁是真实的环境，但坐灯和两把椅子是虚拟的三维物体。

利用AR技术开发的应用一般是通过摄像头捕获真实环境信息，具有虚实融合、实时交互、三维注册的特点。图2中展示了一个利用AR技术开发的石头工艺品的AR应用。

图2中，智能手机上的摄像头捕获到石头工艺品中事先设计的文化标识物图案后，手机屏幕上会自动地显示与石头工艺品相关的数字化的文化内容、产品说明等信息，这些文化内容信息可以是文本、图形、动画、视频、声音等多媒体信息。同样的应用可以适应于笔记本、PC等带有普通摄像头的电脑平台。

一般的AR系统在运行过程中包括如下基本环节：1.摄像机获取真实世界信息；2.系统获取并分析真实场景的特征和摄像机的位置信息；3.三维空间中虚拟对象数据库；4.图像变换和实时渲染；5.真实世界和虚拟对象的无缝“融合”；6.增强现实信息显示输出。AR系统基本构架如图3所示。

（三）AR系统中的关键技术

AR系统最终要实现的目标是将虚拟数字信息与系统中摄像机捕获到的周围现实场景实时地完美融合，并通过显示设备将增强的信息实时地显示输出，并能实现与用户的人机交互功能，因此，跟踪和三维注册技术是AR系统最核心的关键技术。

真实场景和摄像机之间相对位置是实时动态变化的，由于AR产品的用户在使用过程中，会随机地移动真实场景中捕获对象（如产品的外包装盒）或摄像机的位置由于用户的使用也会随机运动，要实现虚拟对象实施准确地放置在用户所体验到真实环境中，系统必须通过真实世界坐标、摄像机坐标和屏幕坐标实时动态地变换和重建，获取真实场景与摄像机之间的相对位置信息，这个过程称为跟踪（tracking）过程，AR系统在跟踪过程中可以通过视频检测技术对真实场景中的标识物特征点提取。

将虚拟的数字内容信息（文本、图形、动画、视频、声音、虚拟三维物体）实时地放置叠加在真实场景中，以实现虚拟对象和真实环境融为一体，这个过程称为三维注册（registration）。只有确定好真实场景中标识物与摄像机直接的相对位置并通过坐标变换过程，虚拟对象才能准确地放置在真实场景中，所以跟踪技术是三维注册的基础。在三维注册技术中，要通过虚拟对象的真实感绘制建模技术和对模型的实时渲染技术，以实现最终呈现出来的虚拟数字对象的真实性，使用户分辨不出真实与虚拟的区别，使用户在体验过程中产生极强的真实感，比对虚拟现实的体验更具沉浸感。

（四）利用AR技术在文化旅游商品设计与开发中的优势与特点

凡属于与区域文化旅游商品有关的文化信息都可以数字化的方式加以表达。如产品的说明信息、功能演示，非物质文化遗产中的民间文学、民间音乐、民间舞蹈、传统戏剧、曲艺、杂技与竞技、民间美术、传统手工技艺、传统医药、民俗等经过再创作的数字化文化内容、物质文化遗产的可视化数字内容等均可以作为虚拟信息利用AR技术植入文化旅游商品之中。与传统的文化旅游商品相比，AR文化旅游商品具有如下明显的优势和特点。

1.增强文化旅游商品吸引文化消费的功能。与传统的文化旅游商品相比，AR文化旅游商品具有更强的吸引游客对属地特色文化的消费功能，比如对部级非物质文化遗产“黄鹤楼传说”而言，如果将其开发为一本“AR黄鹤楼传说故事绘本”产品，游客除了像对普通的故事绘本一样进行图文并茂的传统阅览外，游客只需将智能手机上的摄像头对准绘本中相应的文化标记图案，即可看到系列的栩栩如生的“黄鹤楼传说”故事中的动态的人物、场景或情节动画等相应的视听内容，从而能吸引游客对“黄鹤楼传说”故事内容最直接的、立体式的文化内容消费，解决非物质文化遗产“看不见、摸不着、体验不了”的问题。

2.增强文化旅游商品的知识性。传统的文化旅游商品无论从其外包装的还是从商品本身来看，由于其物理空间尺寸的有限，文化旅游商品所传递的特色文化无论是从形式还是从内容上来看，都是有限的、单一的，缺乏对文化内涵的深度和广度的诠释。而AR文化旅游商品所蕴含的特色文化知识除了从外包装和商品本身上具有传统文化旅游商品同样的功能外，还能将属地的文化特色以动画、视频、音频等数字化的形式传递给受众，使用户能以多角度、多维度的视角解读区域文化特色内涵，所以AR文化旅游商品强大的属地文化知识的承载能力是现而易见的。

3.增强文化旅游商品的互动性、趣味性与体验感。AR文化旅游商品因其以丰富多彩的形式对数字文化内容加以呈现、表达文化特色的多种元素、符号和友好的交互式设计，吸引用户在享受文化旅游商品传统功能的同时，能促使用户积极主动参与消费商品本身附带的数字文化内容，具有极强的趣味性和体验感。

4.增强文化传播力度与强化文化品牌，提升旅游商品附加值。文化旅游景区内的无数游客对属地各类AR文化旅游商品的体验和消费的过程，通过长时间的积累，就是对区域特色文化的消费过程，也就是对区域特色文化的传播过程，无形中就能增强区域特色文化的无限传播，强化特色文化品牌，进一步提升区域文化旅游商品的附加值和商品的美誉度，反过来会促进当地旅游业经济发展，形成良性的文化旅游经济发展模式。

三、基于AR技术的文化旅游商品设计与开发思维研究方法和技术路线

采取现代科技与文化旅游资源融合研究的理念，是AR文化旅游商品开发与传统开发模式的最大不同。除了与传统的文化旅游商品设计与开发应采取的思维研究方法和技术路线外，开发基于AR技术的文化旅游商品，还必须考虑科技、文化、产品如何融合协调的问题，既要考虑区域特色文化的数字化表达的内容、形式，还须考虑数字文化内容与产品协调一致的问题，所以设计与开发的思维研究方法和技术路线也有明显的不同。

（一）思维研究方法

1.多学科交叉研究法。在利用AR技术进行文化旅游商品设计与开发过程中，涉及到文化旅游、信息技术、计算机视觉、艺术设计、影视、动画等多学科领域的知识，既涉及到文化领域中的内容，也涉及到科学技术与艺术设计方面的内容，所以在开发过程中需要采取多种学科交叉综合研究的思维方式和开发理念。

2.文献研究法。在基于AR技术的文化旅游商品设计与开发过程中的各环节中，均需要查阅与分析相关文献资料，尤其是前期的产品创意与策划研究环节，需要搜集、查阅和整理历史的、文化的等各类文献资料，对区域特色文化进行深度挖掘，提炼核心文化要素，形成对事实科学认识的理念。

3.系统研究法。主要表现在两个方面的内容：一方面是对区域文化旅游资源的特色文化分门别类，进行全面的、系统的分析与研究，研究每一类别的文化资源的核心文化元素与开发价值，并研究其利用AR技术进行有效的文化旅游商品的转化途径与开发模式；另一方面是对文化旅游商品设计与开发的全过程采取系统设计的思路，首先从市场营销观念的角度出发，从消费需求出发，结合文化特色的核心内涵，进行产品设计与开发的逆向系统设计思维与理念。

（二）技术路线

1.建立具有交叉学科背景的专业文化旅游商品设计与开发团队。团队中既需要有文化旅游方面的专业人才，也须有信息技术、动画与艺术设计等方面的专门人才。通过多学科领域的专业人才共同组建知识交叉性的研究与开发团队，经过多学科知识的碰撞与交汇，合力打造区域文化特色的AR文化旅游商品。

2.属地特色文化旅游商品创意策划与产品转化途径研究。主要包括对区域内各类文化旅游资源的产业化开发价值评估，建立产业化开发价值评估体系；嗣绕区域文化历史文脉，深度挖掘文化内涵，提炼核心文化元素，对历史遗产、民俗文化、地域文化、乡土风情、文学历史、民族音乐等文化资源进行AR文化产晶创意，对属地文化旅游资源进行分类，研究其产品转化途径和开发模式，构建区域文化旅游商品的创意产品体系。

3.数字化的文化标识物创意设计，构建文化标识物图案数据库。依据前期研究的文化旅游商品产品创意体系，采用视觉传达设计理论和思想，设计与文化旅游商品相对应的各类系列图案标识，形成区域特色文化标识物图案数据库，用于利用AR技术对旅游商品进行数字文化内容植入时采用的实时跟踪识别标记。

4.数字文化内容创意设计，构建数字文化内容数据库。依据前期形成的文化标识物数据库，采用动画创作理论和思想、利用数字动画技术、多媒体技术、数字非线性剪辑技术等，设计与制作与系列文化标识物一一对应的数字文化内容数据库，用于利用AR技术植入文化旅游商品时的系列虚拟对象。

5.AR智能多媒体人机交互式设计。采用信息技术、计算机视觉技术等，结合相应的数字文化视听内容和交互式程序设计节点，进行基于AR技术的交互式模块流设计，实现真实场景中对数字文化内容的智能交互，使文化旅游商品在用户体验过程中更加具有互动性和娱乐性，使用户感受到对文化消费过程中的乐趣，对属地文化内涵有更深入的解读，为未来的用户提供全新的交互式体验。

6.真实场景与虚拟数字文化内容整合。基于AR技术中的跟踪与注册技术、实时渲染等关键技术，结合真实环境中的文化旅游商品实体，进行“真实”与“虚拟”的无缝融合与系统测试。最终完成基于AR技术的文化旅游商品的设计与开发。

四、AR技术在文化旅游商品设计与开发中的应用案例分析

AR技术可广泛应用于军事模拟、教育、出版、文化创意产品设计、古迹复原与数字化、工业维修、网络视频通讯、电视实况转播、娱乐游戏、旅游信息辅助、展览展示、规划设计等领域。国外在AR领域的应用领先于国内，利用AR技术进行文化旅游商品的设计与开发应用在国内鲜有见到，在国外，基于AR技术的文化旅游商品的设汁与开发已有较为成熟的案例，而且表现出了非常活跃的市场前景。

（一）WonderBook AR互动魔法故事书

WonderBook由sony公司与哈利波特的作者哈利波特作者J.K.Rowling联手共同合作开发。WonderBook本质上由一系列事先设计的像书一样的用于AR识别的标记（marker）和与之对应的数字化的魔法故事内容构成，互动装置包括动作控制装置（PlayStation Move controller）和动作识别装置（PlayStation Eye camera）组成。动作控制装置是标记和数字内容之间产生相互融合的桥梁，动作识别装置用于识别用户的动作记录。用户通过动作控制装置来构建虚拟场景和数字化的魔法故事内容，并与数字化的场景和魔法故事情节内容产生深度互动，使体验者产生无穷的乐趣和想象空间。

（二）法国Moet&Chandon酩悦香槟葡萄酒

Moet&Chandon属于全法国最大的moet hennessy集团，酩悦香槟Moet&Chandon是法国名酒，有250多年历史，拥有250年酿酒传统的Moet Chandon，曾因法皇拿破仑的喜爱而赢得“Imperial（皇室香槟）”的美誉。到目前为止，铭悦香槟已成为法国最具国际知名度的香槟。两个多世纪以来，一直是欧洲许多皇室的贡酒。用户通过酒瓶上的标记图案即可全面了解Moet&Chandon酩悦香槟葡萄酒的历史文化等数字化内容。只需将酒瓶对着笔记本上的摄像头，即可在显示器中实时看到与酩悦香槟葡萄酒Moet&Chandon有关的数字文化内容信息。案例中利用AR技术在酩悦香槟葡萄酒Moet&Chandon上植入的文化内容主要包括Moet&Chandon悠久的酿酒历史文化、独特的工艺、创始人、酒厂建筑、宏大的葡萄园景观和品尝特色及菜品搭配等数字文化内容。表现的形式有三维动画、视频、文字，并配有经典音乐和解说，使产品包装附加上增强现实数字文化内容，在有限的物理包装面积上创造出了无限的文化传播空间。

五、结语

以精神性、知识性、娱乐性和文化传承性为特征的文化消费是衡量一个城市乃至于一个国家文化软实力的重要标准。随着对文化旅游资源创意开发理念的逐步加深，在文化与科技融合互动发展的大背景下，人们越来越认识到科技对文化旅游资源的开发与利用的重要性，也认识到深度挖掘区域文化资源特色，利用最新科技手段设计与开发区域特色文化旅游商品的重要意义。利用AR技术进行文化旅游商品的设计与开发，可以弥补现有文化旅游商品设计与开发的单一与不足，能很好地将区域文化旅游资源的文化特色内涵加以升华和传播，提高文化旅游商品附加值，强化区域文化品牌。国外的一些相关研究工作和实践经验已经表明了基于AR技术的文化旅游商品设计与开发有广阔的前景和显著效果。据研究调查，目前AR技术在文化旅游商品的开发应用方面刚刚起步，我们应该抓紧时机，加速新技术的应用与开发推广，推动AR文化旅游商品设计与开发的快速向前发展，为树立区域文化特色品牌，推动文化旅游业的经济发展，推动人类文明传承做出积极的应对策略。