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基于AR互动等新技术的《广州城市地图集》设计特点

点击:     发布时间: 2021-01-23 21:41

城市地图集是表示一座城市所辖范围内的人口、经济、地理、文化、教育、环境、设施等多方面内容的地图集。随着5G时代的来临和云计算、大数据、虚拟现实等技术的发展,地图制图的对象、主体、模式和技术等方面发生了深刻变化,地图正向着实时动态、三维空间、全要素、全信息、全内容及地理规律表达的方向发展[1,2]。因此,设计一本地图集不应仅停留在内容的科学性、信息的实用性和表达的美观度等传统图集所考虑的维度上,还应该进一步考虑数据的深加工、知识的深挖掘、面向用户体验的多维可视化应用等方面[3],从而扩大用户群体,提升用户体验,提高用图效率。本文以《广州城市地图集》(简称《图集》)及其移动版增强现实(augmented rea-lity,AR)互动电子地图的设计为例,探索城市地图集对城市文化和地理特色的挖掘和表达方式,以及移动交互式电子地图的设计与应用。

1 总体设计思路与内容结构

1.1 总体设计思路

地图集的总体设计能让地图集更有效地传递政治、经济、社会、文化、科研、地理信息等, 以地图这种特殊的媒体承载和展示科学探索、研究的成果,保证地图集达到预期目的[4]。城市地图集是一座城市的宣传名片,其设计首先要符合城市规划的主题思想,紧扣城市定位和城市性质,展现城市目标愿景;其次要深挖城市的本质特征[3],通过对地理、社会和行为空间进行认知抽象,将城市精髓与地理空间信息融合起来,进行有效传输和表达,客观完整地为读者刻画城市的心象地图;最后考虑到其受众,城市地图集既要满足品质化纸质图集收藏读者的需求,也要满足新时代年轻用户的移动使用需求。《图集》是由自然资源部统一组织编制的《中国城市地图集》的系列图集之一,广州作为广东省的第一批试点城市之一,力求在图集的内容表达和应用形式方面有所创新和突破。

《图集》的内容选取以广州国土空间规划为指引,以“千年商都,全球城市”为主题,突出“美丽宜居花城,活力全球城市”的目标愿景,从广州城市定位、文化发展起源、国际区位地理优势、综合交通枢纽、历史文化保护、宜居生态环境、行政区划变迁、科技教育文化、现代服务业和高新产业、吃住行游购娱等多方面讲述广州的故事。选题突出城市特点,体现生态文明建设背景下的城市职能、性质、发展目标以及城市空间形态布局,立意和定位符合未来城市发展方向。

《图集》的表达设计强调城市空间认知的准确定位和城市文化信息的有效传输[5]。在编制过程中,《图集》对城市文化与地理空间的海量时空信息进行了数据抽取、价值过滤和数据融合,挖掘城市特征,概括 “城市知识”,通过动态地图、交互地图和信息图表等新型可视化方式进行地图表达[6],用叙事的方式串联城市文化脉络,将一座城市汇编成一部图文并茂的故事书。

《图集》除纸质版公开出版发行外,还配套设计了移动版AR互动电子地图,将新型信息化技术手段与传统地图集成起来,实现了纸质图集的“随身移动”和“动态交互”,扩大了《图集》的受众范围。

1.2 内容结构

《图集》内容按照《中国城市地图集》技术大纲的编制要求进行编制,由序图(26幅)、区域图(11幅)、街区详图(80幅)(中心城区分幅)、地名索引组成。

序图组是《图集》的核心,是讲好广州故事的关键。序图组精选24个主题,每个主题以8字短句概括中心思想,提炼主题内容文字,配以地图、图片进行专题阐述,并选取与主题相关的重要景点、地名和历史遗迹进行介绍,讲述广州独特的城市文化故事。主题以叙事的方式排序,从广州起源到未来展望:“广州概貌”“水生广州”“千年商都”“国际商贸中心”“对外交往中心”“综合交通枢纽”“区域地理优势”“市内交通”“中心城区”“国家历史文化名城”“最广州路线”“行政区划变迁”“山水格局”“宜居首善”“珠水明珠”“红色史迹”“广州智造”“广州经济发展”“广州城市发展”“广州大数据”“广府文化”“食在广州”“玩在广州”“老城市,新活力”。

区域图组按照广州市11个县级行政区划进行制图区域的划分和编制区域地图,突出展示各区之间独特的地理和人文特征。

街区详图采用1∶8 000、1∶16 000比例尺,将广州中心城区划分为80个图幅,以广州市基础地理信息数据库为基本制图资料,融合广州市航空倾斜摄影成果、高分辨率卫星影像、标准地名库等多源数据进行编制。图中的标志性高层建筑物采用三维模型表示,立体地呈现了城市的交通脉络、建筑细部、公共设施和框架格局。

地名索引对分幅详图的地名地址信息进行分类并提取检索信息,方便读者查询。

2 《图集》表达设计特色

2.1 多种形式的地图表达和可视化方式,增加艺术性和科学性

1)以人为本,提炼主题路线。

《图集》的设计不是简单地将历史文化遗迹、自然风景名胜、城市地标景点、吃住行游购娱的信息进行展示,而是挖掘兴趣点位背后的文化共同点,依据分布特征提炼各种主题的旅游和观光路线。用户可通过移动端对景点进行定位和导航,还可通过浏览地标景点的全景影像和三维模型进行游览的预体验。

2)设计新型地图投影,凸显广州国际地位。

“广州国际交往”主题采用以广州为投影中心的斜轴等距离方位投影(图1),把广州放在了世界的中心。该主题用同心纬线圈表示“广州朋友圈”,形象展示了广州的国际友好城市和友好合作交流城市,以及友好关系建立的时间,并标注了各城市到广州的距离。

3)手绘地标景点,关联互动应用。

《图集》选取100个地标景点,制作手绘图标(图2),在街区详图组标绘,并在APP(application)中关联景点详细介绍。用户可通过移动端AR互动功能实现详情的关联查看。地标景点选取具有广州地理特色的建筑物或自然物,如“时尚策源地”“约会中心”“城市外景地” 。地标景点选取时优先考虑市委宣传部、市旅游局等政府部门推选的优秀景点、星级旅游风景区、国家级及省级重点文物保护单位。选取的地标景点的类型涵盖全面,景点分布平均分散。

4)构建三维模型,展现城市细部。

街区详图利用城市三维模型表示真实的街区建筑效果,10~30层的建筑用平面阴影的方式表示,10层以上建筑采用三维白膜表示实际高度,30层以上/特色高层/地标性建筑采用真三维精细模型表示。白膜数据制作:提取地表激光点云数据获取建筑高度信息,然后对1∶2 000房屋面数据进行高度赋值,最后在3D Max中生产体量白膜。精模数据制作:利用1∶500地形图数据、倾斜航空摄影影像、外业采集的建筑立面影像,采用PhotoMesh自动化建模与交互式建模相结合的方法制作高层建筑纹理精模。最后把两类模型按图幅组织,导入3D Max,形成分图幅的渲染场景。

图1 以广州为投影中心的斜轴等距离方位投影

图1 以广州为投影中心的斜轴等距离方位投影   下载原图

Fig.1 Oblique Equidistant Azimuthal Projection Centered on Guangzhou

图2 100个手绘地标景点

图2 100个手绘地标景点   下载原图

Fig.2 100 Hand-Painted Famous Landmarks

5)航飞拍摄广州中央商务区(central business district,CBD)全景(图3),赋予吉祥寓意。

“广州概貌”主题利用无人机采集广州CBD大场景全景影像,拍摄时从西向东穿越珠江新城CBD,包括城市新中轴线上的主要地标建筑、广州国际金融城、琶洲互联网创新聚集区等重要发展片区,远眺白云山,形成云山珠水相交融的画面。珠江贯穿画面南北,海心沙亚运公园清晰可见,象征广州的未来正在扬帆起航。

图3 航飞拍摄的广州CBD全景影像

图3 航飞拍摄的广州CBD全景影像   下载原图

Fig.3 Panoramic Image of Guangzhou CBD Based on Aerial Photography Technology

6)视觉层层递进,加深广州印象。

“广州概貌”主题采用双折叠的装帧方式巧妙地按照视觉顺序,用层层递进的视觉逻辑关系加深广州印象,通过文字简介、高频词汇组合、广州全景影像,逐级展现广州魅力。高频词汇为人们想起广州时最常提到的景点、粤语口语、道路名、地名、美食、广州概念等名词。广州的城市简介包含行政区域、自然地理、历史文化、经济发展、社会事业、交通运输、旅游名胜等内容。

7)应用信息图表,直观传输信息。

对广州年鉴的统计数据和知识地图分析结果采用数据可视化的方式,通过概要形式提取信息的各种变量和属性,利用信息图表和图形化的形式表征数据规律,更加符合人脑对信息的接收模式[7,8]。数据可视化信息图表见图4。

图4 数据可视化信息图表

图4 数据可视化信息图表   下载原图

Fig.4 Data Visualization Infographic

2.2 采用多源时空数据作为编图资料,运用多种地图形式诠释广州城市文化

《图集》收录了广州历史上珍贵的古地图来展现千年商都风貌,包括1870年的广州城区地图《六脉渠图》和1800年的《广州十三行地图》等。另外,还根据史实资料手绘了2 200多年前的南岭广州起源图;利用1955年的历史航摄影像与2018年的卫星影像进行珠江两岸和新旧中轴线的古今对比;收集网络大数据,绘制了广州中心城区美食热力分布图。

3 移动版AR互动电子地图的设计特色

《图集》设计充分考虑成果推广应用,扩大受众范围,提升传播价值,同步研发了移动版AR互动电子地图产品,适配多种终端和操作系统;将图像自动识别、交互式电子地图、AR技术、HTML5动态发布技术、在线全景和三维漫游技术、在线导航技术与传统地图进行了集成创新,更加贴合现代人的使用需求。

1)系统架构

移动版APP采用Android和iOS底层架构开发,其中AR互动模块使用Untiy的架构进行扩展,采用自适应适配的方式开发手机和平板电脑两个版本。系统架构如图5所示。

图5 移动APP系统架构

图5 移动APP系统架构   下载原图

Fig.5 System Architecture of Mobile APP

2)移动版功能特色

实现《图集》全内容移动化应用。移动版APP设计了“认识广州”“广州政区”“城区漫游”“最美景点”“AR互动”“我要留影”六大功能模块,涵盖《图集》所有内容。界面风格统一且结构清晰,使用大众的知识和习惯进行操作和交互的设计,让APP成果更加便于理解和使用。

关联阅读功能,提升传统地图信息量。通过图像识别和AR技术实现纸质地图与电子地图的关联阅读(图6)。读者点击增强现实图标,移动设备可跳转到对应的互联网电子地图位置,可同步查阅更加详细的电子地图信息。该方式有效解决了传统纸质地图图面负载量小的问题,增加了地理信息传输的路径和渠道。

图6 关联浏览和AR互动

图6 关联浏览和AR互动   下载原图

Fig.6 Association Browse and AR Interaction Pattern

利用AR技术实现定位导航。对序图组提及的地名地址点,通过AR互动扫描在纸质地图显示热点后,可点击开启移动版定位导航功能。纸质地图一览性特点与互联网电子地图的空间定位和导航优势结合[9],方便用户快速搜寻兴趣点位。

通过矢量瓦片技术实现电子地图的互动操作。 对24个专题的电子地图采用矢量瓦片技术组织空间数据,利用Mapbox GL在用户前端进行地图效果的渲染,并开发主题互动操作功能。该功能可进行专题要素的动态显示和动画演示,有效提升了专题地图的在线显示度和用户参与度[10]

采用Krpano的全景景点漫游技术和Vuforia for Unity的增强现实技术,对100个地标景点进行720°全景漫游展示和三维模型展示(片区景点采用720°漫游展示,单体建筑采用三维展示),增强用户沉浸式的体验[11]

采用HTML5动态网页技术发布专题数据,便于分享和传播。《图集》序图组的专题内容通过HTML5 动态网页技术发布,可以单独通过微信、微博等主流通讯软件进行在线传播和展示[12],为《图集》的推广和城市文化的宣传提供有利条件。

城市合影功能增加社交乐趣。以“羊城八景”为主题,通过带《图集》logo的手绘电子相框,用户可在APP中合影生成明信片,转发朋友圈。该功能起到推介广州和推广《图集》的作用。

4 结束语

城市地图集编制应该向大众化、知识化和智能化的方向发展[13],从内容选题、可视化表达和应用形式等方面入手将地图应用从“信息价值”向“服务价值”方向提升[14]

《图集》的设计是对新时代城市地图集的内容表达以及产品形式设计的探索,力求更加贴近人们的使用需求。《图集》应用地理思维、地图推理和空间数据挖掘,面向用户需求,提炼和总结具有广州特质的知识信息,通过多种形式的地图和数据可视化形式,绘就广州新时代“粤港澳大湾区”“江山城海”的蓝图,推荐以“走读广州,感知乡愁”为主题的“最广州”历史文化步径,讲述广州“既能喝凉茶,也能喝咖啡”的市井故事,演绎“老城市,新活力”的今昔巨变。在成果推广应用方面,《图集》利用AR技术,将移动版互动电子地图与传统纸质地图进行信息关联,丰富纸质图集的信息量的同时,扩展了成果受众群体,增强了产品的趣味性。 其编制经验可为其他城市地图集和综合性地图集的个性化、特色化和智能化设计提供借鉴和参考。

参考文献