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红色筑梦:红旗渠在AR元宇宙中的重塑

申报人:房子茹 申报日期:2024-04-22

基本情况

2024
红色筑梦:红旗渠在AR元宇宙中的重塑 学生申报
创新训练项目
工学
测绘类
教师科研项目选题
一年期
随着科学技术的发展,增强现实技术(AR)作为一种新兴的信息技术手段,通过其独特的交互性和沉浸感,为文化旅游资源的宣传展示与创新转化提供了新的可能性。AR技术通过将虚拟信息叠加到现实环境中,将“看不见、摸不着、体验不了”的文化有形化、可视化、三维化和情境化,融合呈现真实历史文化遗产的文化特征、精神内涵、历史渊源、工程现状等的数字形态,对水利工程等更好地进行诠释、展示与传播。 本项目拟以虚拟仿真技术为基础,以红旗渠为对象,借助虚拟现实、增强现实、信息可视化等技术构建一个虚拟的红旗渠环境,让用户能够在AR设备、手机或PC等设备上看到红旗渠的历史、文化和建筑结构,突破传统宣传展示方式的局限性,创新科普宣传模式,为公众带来全新的、沉浸式的参观体验,让每一个用户都能穿越时空,深刻领悟红旗渠的独特魅力和永恒价值。
曾作为队员参加水电院“坝气十足”坝型设计大赛;曾作为队长带领团队开展“北京市农村地区基层水务运行管理机制专题研究”暑假社会实践。
陈焱明,江苏南京人,博士,副教授,研究生导师。长期从事摄影测量与遥感技术领域研究,聚焦于地理信息的技术研发与应用服务,主持国家自然科学基金、国家重点研发计划项目子课题等科研项目10余项,取得系列研究成果。已发表学术论文60余篇(其中被SCI/SSCI检索30余篇),授权国家发明专利22件,登记软件著作权11项,曾获教育部科学技术进步奖一等奖、国土资源科学技术奖一等奖、国家精品在线开放课程(主讲教师)、全国高校GIS教学成果奖特等奖、江苏省高层次创新创业人才计划、江苏省测绘地理信息行业优秀青年科技工作者、江苏省本科优秀毕业论文一等奖(指导教师)等省部级奖励10余项。指导教师近年主持科研项目如下:
[1]国家自然科学基金-面上项目,42071440,基于图神经网络的多模态数据耦合化城市LiDAR点云分类方法研究,2021.01-2024.12,在研
[2]江苏省科技计划-面上项目,BK20201257,融合遥感影像与众源标注的LiDAR点云机器学习分类方法研究,2020.07-2023.06,已结题
国家重点研发计划项目子课题,2017YFB050420502,南海丝路互联互通分析,2017.07-2021.06,已结题
陈焱明老师将在项目选题、方案设计、关键技术、基础数据等方面提供相关支持和技术指导,为本项目进展进行指导和检查,指导团队将所得成果转化为学术论文、创新方法、出版物等。
校级自筹

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
房子茹 水利水电学院 水利水电工程 2022 项目运营管理、数据分析场景设计、成果整理
刘娜彤 水利水电学院 水利水电工程 2022 数据处理、代码编写、制作产品内容和效果
李青洙 水利水电学院 水利水电工程 2022 财务预算、阶段汇总、监督项目进程、产品测试
翟煜昕 水利水电学院 水利水电工程 2022 构建模型,辅助场景设计、刊物建构
黄山纤 水利水电学院 水利水电工程 2022 用户调研、互动设计、报告撰写、测试反馈

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
陈焱明 地球科学与工程学院

立项依据

在传统旅游业发展遭遇瓶颈的情况下,科技创新和数字化为实现高质量发展提供了突破点,即借助数字技术为文化和旅游产业赋能。文化和旅游部、教育部、工业和信息化部等十部门联合印发的《关于深化“互联网+旅游”推动旅游业高质量发展的意见》中指出:到2025年,国家4A级及以上旅游景区、省级及以上旅游度假区基本实现智慧化转型升级,全国旅游接待总人数和旅游消费规模大幅提升,对境外游客的吸引力和影响力明显增强。结合新时期“互联网+旅游”发展面临的新形势、新机遇和新挑战,提出加快建设智慧旅游景区、完善旅游信息基础设施、创新旅游公共服务模式、加大线上旅游营销力度、加强旅游监管服务、提升旅游治理能力、扶持旅游创新创业、保障旅游数据安全等八项重点任务。坚持技术赋能,深入推进旅游领域数字化、网络化、智能化转型升级。坚持开放共享,加快形成以开放、共享为特征的旅游业发展新模式。本项目针对上述难题,利用3DMax及Maya等软件工具,结合Vuforia和ARCore等开发工具,进行红旗渠及相关景观的三维模型搭建,借助虚拟现实、增强现实、信息可视化等技术构建一个虚拟的红旗渠环境,为智慧化旅游提供有力基础。本项目的研究,不仅是为了传承和弘扬红旗渠精神,更是为了探索AR技术在文化遗产保护和传承领域的新应用。归纳起来,本项目的研究意义有以下方面:

1)增进公众对红旗渠历史的深入了解

红旗渠,作为中国人民自力更生、艰苦奋斗的象征,其历史场景和精神的传承具有深远的意义。通过引入AR技术,我们能够将真实旅游景点与历史文化遗产的文化特征、文化涵养的数字形态进行融合呈现,重塑历史与现实之间的桥梁,使游客在观赏当地历史文化遗迹的同时更深入地感知历史文化与民俗遗产的魅力。例如将红旗渠的历史场景进行数字化重现,使得公众可以身临其境地感受当年的建设场景,探寻景区的背景故事、领悟红旗渠的精神内涵以及了解未来发展蓝图。

2)推动AR技术与传统文化的结合

从科学价值来看,本项目将推动AR技术在文化遗产保护和传承领域的应用和发展。AR技术以其独特的交互性和沉浸感,为文化遗产的保护和传承提供了新的思路和方法。通过数字化重现,不仅可以更好地保存和传承文化遗产,还可以为相关领域的研究提供丰富的数据和资料。

3)促进红旗渠精神的传承

从实用价值来看,本项目将为公众提供一个全新的、沉浸式的红旗渠学习体验平台。通过AR技术,公众可以拥有前所未有的视觉冲击和感官享受,同时更加切实的感受当年人民群众的奋斗精神和伟大创造力。这样的学习体验不仅生动有趣,而且能够让人们更加深入地了解和传承红旗渠精神。

4)推进旅游业及教培行业的发展

本项目还将为旅游业、教育培训等领域提供有力的支持。在旅游业方面,AR技术的应用有助于推动旅游业的数字化转型,有助于景区提供更个性化、人性化、智能化、专业化的服务产品,开发新的旅游产品和导游训练系统,形成新的旅游模式。并提高了旅游的安全系数,促进了景区资源的开发与利用,协助景点的规划与建设。同时将为红旗渠景区增添新的吸引力,吸引更多的游客前来参观体验。在教育培训方面,AR技术可以为学习红旗渠精神的学生提供更加直观、生动的教材,帮助他们更好地理解和掌握知识。

通过引入AR技术重现红旗渠的历史场景,我们不仅可以传承和弘扬红旗渠精神,还可以推动AR技术在文化遗产保护和传承领域的应用和发展。这样的项目不仅具有深远的科学价值,还具有广泛的实用价值,将为相关产业的发展提供有力的支持。我们期待着这一项目的成功实施,让更多的人能够亲身感受红旗渠的魅力和精神。

本项目结合目前虚拟仿真技术在国内外文化旅游行业上的应用现状,以红旗渠实地情况与历史文化为依据,针对智慧化虚拟旅游发展的需要,所研究的主要内容如下:

1)深入挖掘与整理红旗渠的历史文化

我们广泛搜集了与红旗渠相关的历史文献和资料,包括政府文件、新闻报道、民间传说等,通过对这些资料的细致分析,力求还原红旗渠建设的真实历史背景和社会环境。同时,我们还进行了实地考察,与红旗渠相关工作人员进行深入的交流,并通过拍摄照片、采集数据等方式,记录了红旗渠的现状以及工程项目的相关建造数据,为后续的研究提供了宝贵的一手资料。

2)构造红旗渠虚拟场景和交互体验设计

为了能够让更多的人亲身感受到红旗渠的魅力和价值,我们运用“视网么AR”APP以及SketchUp等建模软件构建了红旗渠的虚拟场景和交互体验设计。通过三维场景识别和重构、语音与手势互动等技术来"再现场景"和吸引参与,进而增强人们对现实的体验。通过这一技术手段,用户可以家中通过纸质书籍就能身临其境地游览红旗渠,感受到那种战天斗地的豪情壮志和劳动人民的智慧与力量,让用户在虚拟世界中与红旗渠产生更深的情感联系。

3)实时跟进客户反馈与需求,不断优化用户体验

在构建虚拟场景的过程中,我们始终注重沉浸感和交互体验的优化和完善。我们不断调试模型、优化场景,力求让用户在虚拟世界中的体验更加真实、流畅。同时,我们通过问卷调查、用户访谈等方式,了解用户对红旗渠虚拟场景和交互体验的看法和建议,实时对虚拟场景和交互体验进行持续改进和提升,以满足不同用户的需求和期望。

综上所述,我们通过技术手段将红旗渠这一壮观的水利工程呈现给更多的人。我们希望通过这一系列综合性的研究和实践,让红旗渠的历史文化得到更好的传承和发扬,让更多的人能够领略到这一伟大工程的风采和魅力。同时,我们也期待未来能够有更多的技术手段和研究方法应用到红旗渠的研究中,为我们揭示更多关于这一“人工天河”的奥秘和价值。

1)虚拟仿真技术在国外文化旅游行业上的应用现状

国外研究方面,许多发达国家在AR技术的应用与文化传播研究上已经取得了一定的成果。许多研究机构和大学利用AR技术创作了一系列的艺术作品。比如,美国的耶鲁大学[1]利用AR技术将虚拟艺术品与现实展览相结合,扩展了观众的感知和参与度。英国的国家博物馆[2]等机构通过AR技术,使观众能够在浏览文物时通过AR引导系统获得更多的信息。2012 年克利夫兰艺术博物馆[3]创建了一种新型博物馆体验 Gallery One,参观者可以通过艺术品间安装的触摸屏来更好地了解博物馆的收藏。Potion Design 公司[4]为其打造了包含 16 款游戏的令人身临其境地混合现实体验[5],超过 70 英尺的投影画面,3 块触摸屏以及追踪方可身体、实现和情绪的前沿软件,为游客提供了全新的互动体验。

2)虚拟仿真技术在国内文化旅游行业上的应用现状

我国现阶段文化旅游行业的发展状况:

随着我国经济发展不断增速,人民收入水平的逐渐提高,在旅游方面的需求逐渐增大,传统旅游市场的发展势头格外强劲[6]。但与此同时也出现了景区虚假宣传、人满为患、“看景点变成看人头”等问题[7],对消费者的旅游体验产生了严重影响。与此同时,如何应用AR技术进行消费内容业态开发,进行试点虚拟旅游[8],提供线上旅游服务,为游客丰富景点的游览方式,营造沉浸式的互动体验,让游客沉浸式感受到景区的秀丽风景,深刻感悟旅游景区的特色文化内涵,日益成为旅游行业的所面对的难题[9]。跨越空间界限的虚拟旅游在我国尚处于起步阶段,仍存在一些挑战和问题。

虽然虚拟仿真技术具有巨大的潜力和优势,但AR技术的发展还存在一定的技术难题,如传感器的精确度、AR内容的制作和交互方式的设计[10]等,这些问题不仅增加了开发和部署AR应用的难度,也提高了用户的使用门槛。如何降低技术开发难度和应用成本使得更多的企业和机构能够负担得起并有效利用这些技术,并降低用户的使用门槛,是需要解决的关键问题。

其次是用户体验和用户接受度的问题,AR技术的应用还需要考虑用户体验[11]和接受度等因素,以提高用户参与和互动的体验。尽管AR技术在旅游领域的应用具有巨大潜力,但用户的接受程度仍然有限。这主要是由于用户对AR技术的认知不足、担心技术复杂性以及对新技术的普遍抗拒心理[12]。此外如何保证内容的质量和创新性,以满足用户不断变化的需求,进一步优化用户体验,增强用户的互动性和参与感,仍然是技术和内容创作者需要共同努力的方向[13]

为了提高AR虚拟旅游的吸引力和影响力,可持续性[14]AR虚拟旅游发展必须面对的另一个挑战。如何确保AR虚拟旅游的发展不会加剧资源消耗和环境污染,促进文化旅游资源的合理利用和保护[15],成为了一个亟待解决的问题。同时,如何通过AR技术促进负责任[16]的旅行行为,也是当前研究的一个方向。

最后是文化传播的价值问题,AR技术在文化领域的应用需要更多地关注文化价值的传播,如何更好地融入当地文化和市场营销策略,避免过度商业化[17]和虚假信息的输入。

AR虚拟旅游的发展虽然充满潜力,但同时也面临着技术挑战、用户接受度问题、文化参与度和市场营销策略的需求,以及可持续性考虑等多方面的问题。解决这些问题需要技术创新、用户体验设计、市场策略调整、国家政策支持以以及可持续发展实践的综合应用。

虚拟仿真技术在国内文化旅游行业上的成功案例:

在传统旅游业发展遭遇瓶颈的情况下,科技创新和数字化[18]为实现高质量发展提供了突破点,即借助数字技术为文化和旅游产业赋能。在故宫、敦煌、泰山、黄山等一线文化旅游景区[19],已纷纷利用AR技术将文化遗产和历史故事[20]以更加生动和立体的方式呈现给游客,既发掘了景区文化IP的变现新方式[21-22],也创造了线上线下互动融合的新玩法。游客可以通过手机、平板、AR眼镜等设备,扫描景区内的二维码、标识、实物等,观看AR影像、动画、漫画等,了解景区的背景、历史、文化等,增加了游客的知识和兴趣,也增强了游客的参与和互动。此外,各旅游目的地也利用AR技术打造了灯光秀、实地场景、虚拟导游[23-24]等多种沉浸式体验,让游客在旅游的过程中,感受到更加真实和鲜活的景区氛围和特色。

参考文献

[1] 刘涛,高明哲. 现实何以“增强”:传统文化“双创”的AR景观生成及其场景叙事 [J/OL]. 现代出版, 1-16[2024-04-09]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.5979.G2.20240326.1700.002.html.

[2] 谢建晓,杨之甜. 红旗渠畔巾帼传精神[N]. 河南日报, 2024-03-12 (007). DOI:10.28371/n.cnki.nhnrb.2024.001179.

[3] 原绿色. 感受一条渠的厚度、温度、力度——与青少年谈谈《中国那条红旗渠》的创作体会 [J]. 河南教育(基教版), 2024, (03): 94-96.

[4] 赵晴. 文旅融合背景下红色旅游景区IP形象设计策略研究——以红旗渠景区为例 [J]. 中州大学学报, 2024, 41 (01): 90-94. DOI:10.13783/j.cnki.cn41-1275/g4.2024.01.014.

[5] 李少刚. 虚拟现实与增强现实技术在广电新闻编辑中的应用 [J]. 传媒论坛, 2024, 7 (03): 92-94+105.

[6] 刘云丽. 红旗渠精神永赓续 履职奋进再启航[N]. 安阳日报, 2024-02-01 (001). DOI:10.28006/n.cnki.nayrb.2024.000345.

[7] 王芳. 红旗渠 [J]. 中学生阅读(初中版), 2024, (03): 30-31.

[8] 常卓航,马凯,郝晓乐. 红旗渠非遗口述历史档案的挖掘保护与利用 [J]. 安阳工学院学报, 2024, 23 (01): 11-14. DOI:10.19329/j.cnki.1673-2928.2024.01.003.

[9] 张利华. 论红旗渠精神形成的现实基础、文化底蕴和理论渊源 [J]. 安阳工学院学报, 2024, 23 (01): 15-17+78. DOI:10.19329/j.cnki.1673-2928.2024.01.004.

[10] 施州. AR技术对传播四大功能的增强作用研究 [J]. 新媒体研究, 2024, 10 (01): 16-18+27. DOI:10.16604/j.cnki.issn2096-0360.2024.01.008.

[11] 刘剑昆,郭荣. 教育之花在红旗渠畔怒放[N]. 安阳日报, 2024-01-05 (003). DOI:10.28006/n.cnki.nayrb.2024.000032.

[12] 刘剑昆,秦俊伟,魏子超. 答卷写在红旗渠畔[N]. 安阳日报, 2024-01-01 (003). DOI:10.28006/n.cnki.nayrb.2024.000091.

[13] 仇泸毅,周湘皖. AR技术赋能中华优秀传统文化传播的创新实践与逻辑进路 [J]. 新媒体研究, 2023, 9 (22): 35-39. DOI:10.16604/j.cnki.issn2096-0360.2023.22.003.

[14] 董冬,姜明倩. 微媒体视域下中华传统文化教学中AR技术的实践研究 [J]. 科学咨询(科技·管理), 2023, (10): 218-220.

[15] 陈芳,韩永刚. “抖音”短视频平台的AR道具推广策略——以山东年画文化的传承与传播为例 [J]. 爱尚美术, 2023, (05): 72-74.

[16] 昌湘泽,李岩,甘旺,. AR技术在传承与弘扬非物质文化遗产中的应用——以敦煌文化为例 [J]. 科技创新与应用, 2023, 13 (24): 18-21+28. DOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.24.004.

[17] 俞婧,周丽俭. AR红色文化旅游产业发展问题及其财政对策 [J]. 经济研究导刊, 2023, (12): 45-47.

[18] 王丹,谢华,万梦君. 三苏祠AR儿童绘本在弘扬东坡文化中的应用效果研究 [J]. 新楚文化, 2023, (17): 88-92.

[19] 任亦楠. AR动画的交互叙事研究[D]. 湖北美术学院, 2023. DOI:10.27132/d.cnki.ghmsc.2023.000073.

[20] 李文,曹歆语,王泽萱. AR技术在非遗文化传播中的应用——以十堰竹山堵河皮影戏为例 [J]. 鞋类工艺与设计, 2023, 3 (08): 103-105.

[21] 黄志惠. 基于AR技术的旅游体验、真实性对游客文化遗产保护行为意向影响研究[D]. 广东财经大学, 2023. DOI:10.27734/d.cnki.ggdsx.2023.001010.

[22] 陈一鸣,韩郁涛,王少雄. 基于AR技术的非物质文化遗产数字化传承应用 [J]. 中国民族博览, 2023, (05): 97-99.

[23] 安静,刘长飞. AR助力传统音乐文化遗产传播探究——以《唐宫夜宴》节目为例 [J]. 青春岁月, 2022, (24): 59-61.

[24] 胡鑫雨,蔡东娜. 基于现实环境的AR动画叙事探索 [J]. 设计, 2022, 35 (23): 32-34. DOI:10.20055/j.cnki.1003-0069.000348.

本项目本课题研究可以实现以下几个方面的创新:

1)设计理念上的创新

通过AR技术以全新的视角展现红旗渠的文化价值。红旗渠,作为中国水利建设史上的一个璀璨明珠,不仅为当地居民提供了稳定的饮水和灌溉资源,而且以其坚韧不拔的建设精神和卓越的工程技术赢得了国内外的广泛赞誉。但随着时代的演进,如何让这一传统水利项目焕发新的生机与活力,成为一个值得深思的问题。幸运的是,随着AR虚拟现实技术的兴起通过数字化的方式,以全新的视角将AR虚拟技术与红旗渠文化结合起来,为红旗渠项目的创新与重塑提供了前所未有的可能性。

2)实现功能上的创新

通过AR技术重现红旗渠的历史场景。AR虚拟现实技术,通过数字化的方式,将红旗渠项目的真实场景栩栩如生地呈现在观众眼前。这种技术不仅仅是简单的复制与粘贴,而是将红旗渠的历史、文化、技术等多维度信息整合在一起,形成一套完整、立体的展示系统。AR技术与红旗渠文化相结合,旨在重现红旗渠的历史场景和精神内涵。这一创新点的出现,不仅为红旗渠文化的传承注入了新的活力,也为广大用户提供了一个身临其境的学习体验。

3)应用上的创新

通过AR技术展示红旗渠的建设过程与实际作用。在创新应用方面,AR虚拟现实技术展现出极大的潜力和魅力。通过模拟红旗渠建设的全过程,参观者可以在虚拟的环境中体验到当年建设的艰辛与不易,深刻感受到那个时代人们的奋斗精神和牺牲精神。此外,AR技术还可以将红旗渠的灌溉效果和对当地生态环境的影响进行可视化展示,使参观者能够直观地了解红旗渠所带来的巨大生态效益。

同时,AR虚拟现实技术在红旗渠中的应用也具有着如下特色:

1)资源的有效整合和呈现。AR技术的实现需要大量的高精度数据和图像资源,这需要实行更高技术的方案对数据进行采集和处理。同时,结合红旗渠项目的历史性和复杂性,将这些资源进行有效的整合和呈现,也是一个技术上的特点。

2)针对参观者的心理、兴趣和需求进行深入的分析和研究,制定了相应的策略和方案。AR虚拟现实技术的应用需要考虑到不同参观者的需求和体验。通过设计不同的互动模块,让专业人士和普通观众都能从中获得满足和启发。

3)AR技术与红旗渠项目紧密结合。AR技术的应用与红旗渠项目的实际情况相结合,并非只是简单地将其作为一种展示工具来使用。我们将AR技术与红旗渠的历史、文化、技术等方面紧密结合,使其真正成为红旗渠项目的一部分,而不是一个简单的附加品。

综上所述,AR虚拟现实技术在红旗渠中的应用具有巨大的潜力和价值。通过突破时空限制、提供生动形象的参观体验以及数字化保存文化遗产等方式,AR技术让更多的人能够了解和认识红旗渠这一伟大工程,让红旗渠的历史和文化得以更好地传承和发扬光大,我们相信,通过我们小组的研究成果,AR技术将会为红旗渠带来更加丰富、深入和生动的展示体验,让更多的人能够了解和感受到这一伟大工程的魅力和价值。

研究方案与技术:

1)数据采集与相关技术研发

首先,我们需要对红旗渠进行全面的数据采集工作。这包括其地理位置、建筑结构、历史照片、影像资料等各个方面的详细信息。通过高精度的三维扫描设备,我们可以获取红旗渠的精确三维数据,为后续的AR内容制作提供基础。

在数据采集完成后,我们将利用专业技术软件,进行丰富的场景设计,建立起红旗渠的数字模型。这一模型将精确还原红旗渠的每一个细节,包括其建筑结构、地貌特征等,为后续的AR内容制作提供有力的支持。

2)AR内容制作与呈现

在获得了红旗渠的精确数字模型后,我们将利用AR技术,将这些数据转化为可以在现实世界中呈现的虚拟内容。例如,我们可以制作红旗渠的虚拟导览,让观众在参观时能够实时看到虚拟的红旗渠建设场景,了解当时的建设过程。同时,我们还可以利用AR技术,将红旗渠的历史照片、影像资料等融入到现实世界中,让观众能够更直观地了解红旗渠的历史和文化。

3)多次测试及用户反馈调研

内容构建完成后我们将进行多次反复测试,以达到用户在虚拟环境下进行操作的沉浸式体验。为了增强用户的体验,我们还将设计丰富的交互功能,如语音导览、虚拟拍照等。这些功能将使用户能够更深入地了解红旗渠,同时也能增加用户的参与度和趣味性。例如,用户可以通过语音导览了解红旗渠的历史和文化,通过虚拟拍照留下与红旗渠的合影。同时我们也将统计用户反馈,不断优化不足,解决用户问题,力求项目的完整程度。

         

                                                图为技术路线

4)刊物出版

为了让更多的人能够体验到这一项目,我们将可扫描的内容制作成纸质刊物,只要应用智能手机或相应体验设备就能随时随地参观红旗渠,了解其历史背景和文化内涵不仅有助于红旗渠走入大众视野激发兴趣,更好面向青少年普及,同时还可以加大旅游宣传,丰富参观体验,促进当地文化旅游产业更好发展。

拟解决的问题:

基于AR虚拟现实技术的红旗渠展示项目,旨在通过当前先进的科学技术手段,为观众带来身临其境的体验,同时深入地了解红旗渠这一伟大工程的历史背景、建设过程以及其对中国社会经济发展的深远影响。以下是本项目拟解决的相关问题;

1)解决传统参观的局限性,实现虚拟漫游

在传统形式上,参观红旗渠往往受到时间和空间的限制。网络视频影像资源尽管制作精美,但缺少全身心式体验感,人们往往更倾向于亲自前往现场,去身临其境体这一人类奇迹的风采。为满足这一需要,AR技术不断发展和投入应用,这些限制被逐一打破。借助AR设备,用户可以在任何时间、任何地点,通过模拟场景,虚拟参观的方式了解红旗渠。无论是在家中、办公室还是旅途中,只需一部智能手机或相应设备,用户就能身临其境地感受红旗渠的壮丽景色和深厚历史文化,AR技术能为用户提供更加灵活和便捷的参观方式

传统的参观方式往往只能提供有限的视觉和听觉信息,难以让参观者真正感受到红旗渠方方面面的魅力和价值。通过AR技术,我们可以为参观者提供全方位、多感官的体验

                                        图为“视网么”中胡夫大坝的AR示意图

2)融合AR技术与红旗渠故事,提供可视化服务

红旗渠的建设过程充满了人民的艰辛和奋斗,这些历史信息对于理解和评价红旗渠具有重要意义。然而,随着时间的推移,一些历史信息可能会逐渐走出人们视野甚至遗忘。通过AR技术,我们可以通过历史故事生动化、可视化,将红旗渠的历史、文化、技术等多维度信息整合在一起,形成一套完整、立体的展示系统,实现可视化显示、人景交互等功能,使之得展现和传承

同时,AR技术在红旗渠文化保护方面也发挥着重要作用。通过AR技术,我们可以将红旗渠的历史和文化进行数字化保存,为后人留下宝贵的文化遗产。这不仅可以帮助人们更好地了解和评价红旗渠,还能激发人们的爱国热情和民族自豪感。

3)利用 AR 技术的互动性,赋能本地文旅

AR技术还可以为红旗渠的旅游开发带来新的机遇。AR技术投入其中更能顺应当今时代文化旅游的发展,线上“云旅游”形式更吸引参观者兴趣,通过虚拟导览、互动体验等方式,不仅能让红旗渠快速进入大众视野,还能为当地提供旅游发展机遇吸引更多游客前来参观。这也要求我们在开发过程中注重保护红旗渠及周围的生态环境和文化遗产,实现科技生态可持续发展。

综上所述,基于AR虚拟现实技术的红旗渠展示项目将有望解决传统参观方式的局限性,提高参观体验、历史信息的传承与展示以及顺应文旅发展当地旅游业等问题。通过这一项目,我们不仅可以为公众带来全新的、沉浸式的红旗渠参观体验,还能让更多的人了解和感受到这一伟大工程的魅力和价值

预期成果:

在预期成果方面,我们期待通过AR技术还原场景,丰富游览方式,提供良好的互动体验,用户只需打开AR相关软件,通过2D识别等技术直接扫描图片或海报,便能读取AR内容,无需出门便能体验身临其境地游览红旗渠的各个重要节点,感受当年林州人民战天斗地的豪情壮志。同时,我们还将结合红旗渠的历史背景、建设过程、人物故事等元素,让用户不用到达实地,就能体验一个丰富、立体、生动的红旗渠世界。

此外,我们还计划开发一套与红旗渠相关的纸质教育材料,将红旗渠这一伟大工程的历史、文化和精神内涵进行深度挖掘和展示,让更多人感受红旗渠的魅力,实现科技引流。我们预期通过这一项目,不仅能让更多人身临其境感受红旗渠,还能让用户在互动体验中“游览”红旗渠,了解红旗渠的历史,进一步弘扬红旗渠精神,传承红色文化,培养爱国情怀和社会责任感。

                               

                                           图为拟形成的成果“宣传画册”

20243-4月:项目前期准备工作,与指导老师交流沟通完成选题,查阅相关资料了解项目内容,充实项目申报书内容,准备答辩相关工作。

20245月:团队与指导老师沟通确定项目实施计划、学习相关软件,了解预处理步骤执行原理,阅读大量文献归纳总结相关技术原理,学习相关数据处理与分析软件及初步设计场景程序。

20246-8进行收集素材及实地调研。对红旗渠的历史文化进行发掘和整理,广泛收集与之相关的历史文献和资料,包括政府文件,新闻报道,民间传说等,力求还原红旗渠建设的真实历史背景和社会环境。其后,我们将亲身体验红旗渠的方方面面,通过拍摄视频影像、收集数据等方式,记录红旗渠真实现状,为后续研究提供宝贵的一手资料。

20249-12月:技术研发和场景设计由专业技术团队负责,对AR虚拟现实技术进行深入研究和开发,结合红旗渠的历史背景、建设过程和人物故事等元素,设计真实感和吸引力兼具的AR场景。这些场景将覆盖红旗渠的各个重要节点,如陡峭的山岭、蜿蜒的渠道、繁忙的工地等,让游客仿佛穿越时空,感受当年林州人民战天斗地的豪情壮志。

20251月:项目中期检查。

20252-4月:内容制作和测试阶段在这个阶段,我们将根据设计好的场景,制作相应的AR内容。这些内容将包括红旗渠的历史介绍、建设过程展示、人物故事叙述等,旨在为用户呈现一个丰富多彩、立体生动的红旗渠世界。同时,我们将进行多轮测试和优化,确保用户体验的流畅性和真实感。这一阶段的工作将确保游客在使用对应软件扫描相关界面后,能够顺畅地游览红旗渠的各个景点,感受身临其境的虚拟现实体验。

20255-6月:团队总结填写项目报告,完成技术成果申请,参与结题答辩。开发一套与红旗渠相关的纸质教育材料,做成红旗渠的印刷刊物,该出版物中的所有图片都可以三维立体化和视频化。通过AR立体化的方式让更多人了解红旗渠的历史和精神。此外还将结合红旗渠的历史故事、人物传记等元素,设计有趣的任务和挑战,让用户在参与过程中感受到红旗渠精神的魅力。

总之,基于AR虚拟现实技术的红旗渠体验项目将为我们带来前所未有的游览体验和教育价值。通过深度挖掘和展示红旗渠的历史、文化和精神内涵,我们期望让更多的人了解红旗渠、传承红旗渠精神、弘扬红色文化。在提倡文化旅游丰富生活的同时,这一项目也将为教育事业注入新的活力,推动相关产业的发展和创新。我们期待着这一项目的早日实现,为大众带来更加丰富和深刻的体验。

1)申请人自身发展

房子茹:22级水利水电工程专业学生,学习过C++、Python等计算机编程语言,具有一定专业知识基础,动手能力强,探索热情高,对创新科研方面具有强烈的好奇心与探索心,熟悉3DMAX及SketchUp等程序应用软件,已通过计算机二级。曾参加坝气十足”坝型设计比赛,曾作为队长带领团队开展“北京市农村地区基层水务运行管理机制专题研究”社会实践。曾任河海大学水电院科协宣传部干事,在校期间积极组织和参与各项活动,沟通能力强,善于团队协作,具有较强的执行力与责任心。希望能在此次项目实践中挑战自我、开拓自我,提升专业知识与实践能力,同时进一步培养团队协作精神。

刘娜彤:22级水利水电工程专业学生,多次参与团队合作实践,认真负责,严谨细心,抗压能力强。学习过基于python语言的机器学习相关课程,掌握CAD技能,有一定的计算机基础。曾作为团队负责人参加“坝气十足”坝型设计大赛,在2023寒假期间作为队长带领团队开展“源泉工程”社会实践项目。在校级学生组织担任部长一职,沟通能力强,做事高效准确。希望在项目中培养自身能力,对科研有进一步的认识和理解,将逻辑思考能力合理灵活利用到今后的学习科研中。

黄山纤:22级水利水电工程专业学生,做事认真负责,积极活跃,善于学习,乐于参与团队工作。掌握Python等编程语言基础,已通过全国英语四六级考试,并正在积极准备计算机二级。掌握基础CAD绘图技能,对水利建筑物以及AR虚拟现实技术充满热情。希望通过本次研究经历,培养自身学习能力,掌握专业知识,深入了解AR技术,提升编程能力,为未来的学习与工作打下基础。

翟煜昕:22级水利水电工程专业学生。有一定的Python编程语言基础和CAD基础,已通过计算机二级考试。探索热情高,学习过Blender建模软件的基本操作,有较好的美术基础和设计能力。对AR技术有浓厚兴趣。曾参加“坝气十足”坝型设计大赛。希望在本次创训学习到新技能,提升专业知识实践能力,并对科研有进一步的认识和理解。

李青洙:22级水利水电工程专业学生,做事严谨负责,认真进取,积极配合团队工作。对水利工程以及AR技术抱有巨大的学习热情。熟练掌握c语言、Python等编程语言基础,以优异成绩通过全国计算机二级考试,并正在积极准备计算机三级。掌握CAD及SketchUp技能。希望通过本次研究经历,培养自身科研能力,深入了解AR技术,提升编程能力,为未来的科研工作打下基础。

2)团队协作能力

立项前期团队成员结合导师的建议进行了多次关于项目选题以及研究思路的自主讨论,每个成员都积极参与,且对于自己要负责的部分具有很高热情。小组自主阅读和学习研究了多篇感兴趣领域的相关文献,多次讨论之后与导师不断交流,逐步明确研究课题,最终确立为红色筑梦:红旗渠在AR元宇宙中的重塑”。团队由水利水电工程专业学生组成,小组成员均学习成绩优异,对于Python语言、数理等学科均有较好的基础。此外,团队成员均有自己较擅长的其他领域的技能,对于编程、算法研究学习、以及数学建模学习方面具有十分浓厚的兴趣,善于主动思考解决问题,利于项目后期开展和深入研究与创新。除学习能力之外,团队成员在专业外的实践活动中表现也比较突出,具有较强的团队交流与协作能力、自主总结能力、研究分析能力以及演讲答辩能力。团队成员积极向导师请教,学习相关文献,对于本项目研究课题有较为全面的认识。团队指导老师在此方面有深入研究,积极指导学生及与学生交流,为前期专业基础知识输入与后期深入研究攻克重难点提供了基础。

已具备的条件

本项目使用的软件为视网么APP。视网么App内置了简单易用的增强现实元宇宙创作工具,用来帮助我们看见数字世界。视网么基于增强现实技术理念开发,面向普通用户设计,低门槛“仅需一部手机即可创作”低代码“通过手势拖拽即可编辑AR效果”,支持用户就像编辑PPT一样创作自己的元宇宙。不仅支持用户编辑AR多媒体内容,同时提供海量多媒体AR控件皮肤素材。AR效果在编辑保存后可实现全网实时同步。

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该应用基本原理与Marker based AR相似,可以用任何具有足够特征点的物体(例如:书的封面)作为平面基准,而不需要事先制作特殊的模板。摆脱了模板对AR应用的束缚。它的原理是通过一系列算法(如:SURF,ORB,FERN等)对模板物体提取特征点,并记录或者学习这些特征点。

当摄像头扫描周围场景,会提取周围场景的特征点并与记录的模板物体的特征点进行比对,如果扫描到的特征点和模板特征点匹配数量超过阈值,则认为扫描到该模板,然后根据对应的特征点坐标估计Tm矩阵,之后再根据Tm进行图形绘制

因此,在常见智能手机设备下载安装视网么App之后,可以通过扫描图片内容进行AR转化。我们将制作以红旗渠为内容的可扫描刊物,打开应用扫描后,只需进入红旗渠参观元空间,就可以识别出刊物所有数字内容。 

                                      图为所借助平台“视网么”APP的产品架构图

                                                 

                        图为“视网么AR”软件和“国家版图科普教育AR手册”元空间

实地调研:团队前期通过网查查阅和文献综述阅读等方法获得的材料已积累了大量的红旗渠相关数据和素材,同时,团队成员将计划前往红旗渠当地进行实地研究。

尚缺少的条件及解决方法

对于研究方法的理解仍不够深入、文献检索与阅读能力有待增强、数据处和编程建模的能力仍然需要进一步提升。对于具体研究方法还需要钻研相关文献,多与老师沟通,对接老师的建议,确保每一步正确。广泛汲取相关专业知识,根据各个成员的能力与优势进行分工,增强团队内部交流学习,共同学习优秀案例,总结优缺点,并在研究过程中避免缺点,发扬优点

团队目前缺少必需的虚拟现实交互设备,来达到更好的人机交互效果。HoloLens 2、Magic Leap One等设备价格昂贵、应用范围有限。团队的解决方案为采用更加普遍化、大众化的手机应用平台,以此扩大使用范围,让大众能够轻松进行这场虚拟现实之旅。

我们与红旗渠景区、文化机构等尚未建立合作关系,需要得到相关数据支持来促进项目的推广和实施。对此,团队成员已在积极寻找解决方法,期望与景区取得联系。

经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 1500.00 项目支出 1100.00 400.00
1. 业务费 1000.00 700.00 300.00
(1)计算、分析、测试费 400.00 用于实地数据、软件等授权,进行场景设计 400.00 0.00
(2)能源动力费 0.00 0.00 0.00
(3)会议、差旅费 300.00 前往红旗渠获取数据、实地调查 300.00 0.00
(4)文献检索费 0.00 0.00 0.00
(5)论文出版费 300.00 刊物出版费、印刷费 0.00 300.00
2. 仪器设备购置费 400.00 购买AR虚拟现实交互设备 400.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 0.00 0.00
4. 材料费 100.00 打印、复印相关资料 0.00 100.00
结束