一种基于扩展现实技术的城市文化游戏交互系统

1.本发明涉及人机交互游戏的技术领域，特别是涉及一种基于扩展现实技术的城市文化游戏交互系统。


背景技术：

2.城市化发展迅猛，带来文化保护危机。城市文化记忆作为城市精神的历史凝聚与文化积淀，常常与“归属”和“认同”有着密切的关系。随着城市化进程推进，规模持续地城市开发改造带来的环境改变，在悄然无息中，文化记忆的传承出现一个断层，造成文化失忆的现象。现有的教育传播方式主要包括解说牌、展览、视听解说、人工解说等，它们普遍采用单向输出的形式，互动性弱、枯燥乏味、效果不佳。根据elihu katz提出的“使用与满足理论”，文化教育传播需要满足自主性特征，提升用户的学习主动性，才能顺应“求新、求异、求乐、求知”的心理需求，发挥文化传播最深的影响力。
3.随着科技的快速发展和国家对文化遗产保护的重视，数字化是焕活文化遗产、赋予其时代新义的最佳路径之一。游戏和扩展现实（xr，extended reality）技术等新兴科技凭借着其强互动性和高沉浸感的优势，能让观众以身临其境的方式体验欣赏时空意义上遥远的文化遗产内容，为文化遗产保护和活化提供了新的思路和手段。
4.xr技术是虚拟现实（vr，virtual reality）、增强现实（ar，augmented reality）和混合现实（mr，mixed reality）技术的总称。目前已有商汤科技、易现先进科技等公司提出ar智慧旅游的方案，针对自然风景、人文景观、主题乐园、名人故居、城市风情街等文化旅游场景，提供ar导航、ar讲解、ar历史复原、ar互动、ar景观、ar观光车等产品。然而，此类产品目前普遍存在用户的城市文化学习体验不高的问题。
5.以上是本发明的相关背景技术的简要说明，这些技术都是本发明的前置技术和基础，为本发明的实现提供了技术保障和支撑。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于解决如何提高用户的城市文化学习体验的技术问题，提供一种基于扩展现实技术的城市文化游戏交互系统。
7.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于扩展现实技术的城市文化游戏交互系统，包括城市增强现实游戏模块、古迹混合现实游戏模块和运营平台模块，其中：所述城市增强现实游戏模块用于在整个城市内为用户提供互动任务，并收集用户的第一游玩数据；所述古迹混合现实游戏模块用于通过混合现实设备，在历史古迹景区为用户提供模拟建造历史古迹的游戏体验，增强用户的文化体验和感知；并收集用户的第二游玩数据；所述运营平台模块用于存储与分析所述第一游玩数据与所述第二游玩数据。
8.在本发明的一些实施例中，所述城市增强现实游戏模块还用于为用户提供收集任务。
9.在本发明的一些实施例中，所述收集任务包括收集寻宝图纸碎片，所述寻宝图纸碎片用于在所述古迹混合现实游戏模块解锁额外寻宝关卡并兑换道具。
10.在本发明的一些实施例中，所述古迹混合现实游戏模块还用于根据用户在所述额外寻宝关卡中的表现给予用户游戏积分，所述游戏积分用于兑换实体周边奖励。
11.在本发明的一些实施例中，所述互动任务包括实景讲解、故事演出、互动游戏、古迹合影、答题奖励、科普图鉴、社交互动中的至少一个。
12.在本发明的一些实施例中，所述城市增强现实游戏模块提供所述互动任务的互动方式包括触屏点击、屏幕滑动、体感交互、拍照互动、图像识别、语音交互、手势识别中的至少一种。
13.在本发明的一些实施例中，所述混合现实设备包括支持混合现实体验的混合现实一体机设备。
14.在本发明的一些实施例中，所述运营平台模块还用于角色管理、用户管理、城市管理、游戏管理、设备管理。
15.在本发明的一些实施例中，所述角色管理包括运营角色、权限分配、账号管理中的至少一个；所述用户管理包括用户信息查看及修改、游戏数据分析、订单数据分析中的至少一个；所述城市管理包括城市信息增删改查、历史古迹景区信息增删改查、数据统计分析中的至少一个；所述游戏管理包括游戏版本上传更新、游戏分发、数据统计分析中的至少一个；所述设备管理包括对混合现实一体机设备信息的增删改查、设备及城市景区的从属关系分配、设备状态维护中的至少一个。
16.在本发明的一些实施例中，所述第一游玩数据包括用户基本信息、行为数据、游玩进度、所得成就、游戏体验、学习效果中的至少一个；所述第二游玩数据包括用户基本信息、行为数据、游玩进度、所得成就、游戏体验、学习效果中的至少一个；所述运营平台模块分析所述第一游玩数据与所述第二游玩数据包括统计城市内各景区人流量、分析用户画像、评估城市景区对游客的吸引力程度，能够指导城市文旅建设。
17.本发明具有如下有益效果：本发明提出的基于扩展现实技术的城市文化游戏交互系统通过城市增强现实游戏模块用于为用户提供互动任务，并收集用户的第一游玩数据，古迹混合现实游戏模块通过混合现实设备，为用户提供模拟建造历史古迹的游戏体验，增强用户的文化体验和感知，并收集用户的第二游玩数据，运营平台模块存储与分析第一游玩数据与第二游玩数据，能够深入挖掘城市的历史文化，由城市级大范围碎片化的增强现实轻度交互体验，到在著名历史古迹景区的低频次、单次长时、交互复杂的互动任务，为用户带来历史古迹针对性重度体验，由点及面、点面结合，增强城市的文化遗产数字化的互动性和沉浸感、提高用户的城市文化与历史文化学习体验，从而为城市打造系统化强吸引的文化游戏产品，打造城市ip，为用户提供线下旅游新体验。
18.本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。
附图说明
19.图1是本发明实施例中城市文化游戏交互系统的整体框图；图2是本发明实施例中城市文化游戏交互系统的功能模块图；
图3是本发明实施例中城市文化游戏交互系统的技术架构图；图4a是本发明实施例中城市增强现实游戏模块、古迹混合现实游戏模块开发流程图；图4b是本发明实施例中运营模块的开发流程图；图5a是实施例1中实景讲解的示意图；图5b是实施例1中故事演出的示意图；图5c是实施例1中互动游戏的示意图；图5d是实施例1中古迹合影的示意图；图5e是实施例1中答题奖励的示意图；图5f是实施例1中科普图鉴的示意图；图5g是实施例1中社交互动的示意图；图6a是实施例1中体验地点的场景图；图6b是实施例1中体验地点的另一场景图；图6c是实施例1中闯关阶段打磨工具的示意图；图6d是实施例1中闯关阶段开凿石窟的示意图；图6e是实施例1中闯关阶段雕刻造像的示意图。
具体实施方式
20.下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
21.需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下、顶、底等方位用语，仅是互为相对概念，或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
22.目前文化遗产数字化的方式大多仅仅面向单个景区，很少有技术方案从整体系统和集成新兴技术的角度针对整个城市及其内部多景区提供城市级系统化的解决方法。
23.现有传统文化传播方式存在如下缺陷：1、传统文化传播方式无趣性。现有的城市文化教育传播方式包括解说牌、展览、视听解说、人工解说等，互动性弱、枯燥乏味、效果不佳。
24.2、传统文化体验方式的被动性。传统方式普遍采用单向输出的形式，而文化教育传播需要满足自主性特征，提升用户的学习主动性，顺应“求新、求异、求乐、求知”的心理需求。
25.3、传统文化学习的高挑战性。传统历史文化，受制于年代久远和文字体系以及内容广博等客观因素，对于用户的学习设置了高认知门槛影响文化意涵的传播。
26.本发明实施例通过游戏和xr技术降低用户的学习认知门槛，促进城市文化更深更广的传播。本发明实施例涉及城市文化旅游、扩展现实、游戏设计、人机交互领域，针对现有ar/vr智慧旅游产品普遍存在的互动内容浅表层、互动性和沉浸感不足、历史教育内容挖掘不深等问题，提出一种基于xr技术的城市文化游戏交互系统。
27.本发明下述实施例通过将传统文化和现代科技有机结合，提出基于扩展现实技术（xr）的城市文化游戏交互系统，针对拥有文化失忆现象的历史文化名城，以城市的特色历史文化作为挖掘内容，以游戏和xr技术作为媒介载体，以城市历史街区和历史古迹为交互
地点，将城市打造成一个基于实体场景的大型开放世界游戏地图。
28.一、城市文化游戏交互系统模块本发明实施例提出的基于xr的城市文化游戏交互系统包括城市增强现实（ar）游戏模块、古迹混合现实（mr）游戏模块和运营平台三大模块，三者间存在数据流转关系。结合图1、图2，以下具体介绍本发明实施例中的各个模块：（一）城市增强现实游戏模块城市增强现实游戏模块用于在整个城市内为用户提供互动任务，并收集用户的第一游玩数据。优选的，第一游玩数据包括用户基本信息、行为数据、游玩进度、所得成就、游戏体验、学习效果中的至少一个。
29.城市ar游戏模块是基于移动设备的游戏应用，用户通过小程序或app应用进入游戏，在城市内的历史文化街区体验互动任务，感受城市文化。本模块基于轻巧的移动设备，体验地点设置在城市内的各类相对小众的文化景区，通过高频次、单次短时、交互简单的互动任务，为用户带来城市级碎片化的轻度交互体验；同时通过运营平台存储记录用户的第一游玩数据，整体达到引导用户到达并了解城市的小众文旅景区、收集用户数据、线上游戏带动线下游览的目的。
30.城市ar游戏模块对整个城市文化游戏交互系统来说，发挥为用户提供游览小众文化景点建议、收集用户数据等的作用，通过线上带动线下游览。
31.优选的，城市增强现实游戏模块还用于为用户提供收集任务，收集任务包括收集寻宝图纸碎片，寻宝图纸碎片用于在古迹混合现实游戏模块解锁额外寻宝关卡并兑换道具。
32.优选的，城市增强现实游戏模块通过触屏点击、屏幕滑动、体感交互、拍照互动、图像识别、语音交互、手势识别等交互方式中的至少一种完成实景讲解、故事演出、互动游戏、古迹合影、答题奖励、科普图鉴、社交互动等互动任务中的至少一种互动任务。
33.（二）古迹混合现实游戏模块古迹混合现实（mr）游戏模块用于通过混合现实设备，在历史古迹景区为用户提供模拟建造历史古迹的游戏体验，增强用户的文化体验和感知；并收集用户的第二游玩数据。优选的，第二游玩数据包括用户基本信息、行为数据、游玩进度、所得成就、游戏体验、学习效果中的至少一个。
34.所述古迹mr游戏模块是基于混合现实设备的游戏应用，优选的，混合现实设备包括支持混合现实体验的混合现实（mr）一体机设备，用户佩戴mr一体机体验游戏，在城市著名历史古迹景区完成亲手建造历史古迹的穿越之旅。本模块基于繁重的mr一体机设备，体验地点设置在城市的著名历史古迹景区中专门搭建的玻璃房中，通过低频次、单次长时、交互复杂的互动任务，为用户带来历史古迹针对性重度体验；同时通过运营平台存储记录用户的第二游玩数据，整体达到更高效的历史古迹教育传播的目的，提供线下文旅新体验。
35.古迹mr游戏模块对整个城市文化游戏交互系统来说，为用户设立阶段性目标，用户在城市ar游戏中的收集可在此得到兑换和释放。为用户提供一种新颖有吸引力的数字化古迹体验的方式，达到更高效的古迹教育传播的目的，提供线下旅游新体验。
36.优选的，古迹mr游戏模块通过手柄、眼动、语音、空间等交互方式，获得视觉、听觉、触觉等反馈效果。通过入梦环节，穿越回古迹当年的建造时期，亲身体验古迹背后的历史文
化故事，完成文化初探；通过闯关环节，挑战道具制作、古迹建造等游戏关卡，亲手实践加深对古迹的认知；通过梦醒环节，远眺着实景融合后的历史古迹，感悟古代匠人精神和文化智慧，完成全部“梦回古朝，手作不朽”的互动任务。
37.（三）运营平台模块运营平台模块用于存储与分析所述第一游玩数据与所述第二游玩数据。
38.运营平台模块是基于pc端的网页，包括角色管理、用户管理、城市管理、游戏管理、设备管理五大单元，旨在为整个城市文化游戏交互系统的正常运转提供数据存储和数据分析服务。基于运营平台的数据存储服务，可实现城市ar游戏和古迹mr游戏的数据流转，用户在城市ar游戏模块中的收集任务完成情况影响其在古迹mr游戏中的奖励兑换。具体来说，用户在城市ar游戏中收集寻宝图纸碎片，用来拼凑成完整的针对不同历史古迹的寻宝图纸，当用户到达图纸相对应的历史古迹景区体验古迹mr游戏时，若用户集齐完整的寻宝图纸，可体验额外的寻宝关卡并根据游戏表现获得游戏积分，根据用户所得的游戏积分兑换实体周边奖励，从而实现由点及面、点面结合的系统性的城市文化游戏体验。基于运营平台模块的数据分析服务，可实现城市内各景区人流量统计、用户画像分析、城市景区对游客的吸引力程度等研究目的，用来指导城市的文旅建设。
39.运营平台模块用于数据存储与分析，使得整个城市文化游戏交互系统正常运转，数据存储可实现城市ar游戏
→
古迹mr游戏的联系。数据分析可实现可统计城市内各景区人流量，用来分析用户画像、城市景区对游客的吸引力程度等。通过运营平台的数据分析服务实现文旅研究目的，为城市文旅建设提供数据支撑优选的，角色管理、用户管理、城市管理、游戏管理、设备管理五大单元分别用于角色管理、用户管理、城市管理、游戏管理、设备管理，其中，角色管理包括设置运营角色、权限分配、账号管理等功能中的至少一个；用户管理包括用户信息查看及修改、游戏数据分析、订单数据分析等功能中的至少一个；城市管理包括城市信息增删改查、城市对应的景区（即历史古迹景区）信息的增删改查、数据统计分析等功能中的至少一个；游戏管理包括游戏版本上传更新、游戏分发、数据统计分析等功能中的至少一个；设备管理包括对mr一体机设备信息的增删改查、设备及城市景区的从属关系分配、设备状态维护等功能中的至少一个。
40.本发明实施例提出的城市文化游戏交互系统为单机模式，可通过云存储和通信服务等技术实现存储用户游玩账号和进度的效果。
41.优选的，本发明实施例的系统还包括多人模式，实现多个用户同时共享、用户间可进行互动游玩的效果。
42.本发明实施例通过上述交互系统，可以实现以下功能：1、文化挖掘：通过挖掘城市历史文化，深入了解城市文化内涵，展示城市独特的历史和文化魅力。
43.2、游戏化体验：将城市文化融入游戏中，以游戏的形式呈现，提高用户的参与度和兴趣，促进文化学习和传承。
44.3、ar轻度交互：在城市级范围内，用户可以通过手机ar应用轻松找到相关的文化景区，并进行游戏式的体验，提高文化游览的趣味性。
45.4、mr重度体验：在著名历史古迹景区，用户可以通过头戴式显示器和手柄等mr设备进入mr重度模拟建造古迹的游戏中，深度体验历史文化，增强用户的文化体验和感知。
46.5、数据互通：用户通过城市ar游戏收集的碎片，进而影响其在著名古迹处体验mr重度模拟建造古迹的游戏体验，并可兑换实体奖励，形成了数据的流通和共享，实现了体验的闭环。
47.6、系统可扩展：本发明所提出的交互系统可根据城市的历史文化、旅游资源和游戏需求进行扩展和升级，提高了系统的可持续性和发展空间。
48.本发明实施例基于xr技术，构建出一个基于实体场景的大型开放世界游戏地图，用于展现历史文化街区和历史古迹等文化遗产及背后的历史文化故事。具有如下效果：1、提升城市文化游览体验：本发明实施例通过互动性提升游客的文化信息获取效率，通过参与感提升游客的文化探索自主性，通过沉浸感强化游客对文化的空间感受，游客可以深入了解历史文化名城的文化遗产和历史文化，从而提升游览体验。
49.2、促进城市文化传承与发展：本发明实施例选择历史古迹作为城市文化游戏内容的体验地点和载体，利用xr技术来呈现隐藏在历史古迹背后的城市历史文化，使得城市文化得到更好的传承和发展。
50.3、增加城市知名度和吸引力：本发明实施例重在挖掘城市特色文化内容，通过城市ar游戏和古迹mr游戏，创新性的交互方式和深入的故事挖掘可吸引更多的游客前来游览，打造城市ip，提升城市的知名度和吸引力。
51.4、推动xr技术在文化领域的应用：本发明实施例充分利用xr技术，创新性地将其应用于城市文化游戏交互系统中，推动xr技术在文化领域的应用和发展。
52.5、促进文化旅游产业的发展：本发明实施例提出的基于xr技术的城市文化游戏交互系统，通过新兴技术手段挖掘、活化城市传统文化，符合国家“文化数字化”的战略要求。本发明实施例的独特性能够带来持续商业引流，拉动城市文旅经济，本发明实施例所提出的解决方案和模式具有较高的普适性和应用价值，打通了线上和线下的边界，带来一种文化旅游的新模式。
53.二、技术架构如图3所示，本发明实施例提出的基于xr的城市文化游戏交互系统在技术架构方面包括用户层、硬件层、访问层、交互层、开发环境层、技术接口层、数据层。所述用户层，是指本发明实施例系统中三大模块的用户使用角色；所述硬件层，是指用户体验所需的硬件终端；所述访问层，是指用户体验前端；所述交互层，是指用户与系统之间进行交互的方式；所述开发环境层，是实现系统三大模块功能的核心部分；所述技术接口层，为系统功能实现提供技术支持；所述数据层，为整个系统提供底层数据支持，可用作数据分析挖掘的数据来源。
54.（一）用户层具体地，用户层是指使用城市文化游戏交互系统的实际用户，根据其使用模块，阐明了系统的不同使用角色。这包括使用城市ar游戏和古迹mr游戏的游客、使用运营平台的运营人员。
55.（二）硬件层具体地，硬件层作为用户体验所需的用户硬件终端，是指支撑城市文化游戏交互系统运行的硬件设备，提供系统所需的运行环境和计算能力，用于实现交互感知和显示功能。这包括支持ar体验的移动设备（如手机、平板电脑等）、支持mr体验的mr一体机设备（如
pico 4、quest pro等）、支持网页访问的pc设备（电脑）。
56.（三）访问层具体地，访问层作为用户体验前端，为用户提供与城市文化游戏交互系统进行交互的接口，包括用户注册、登录、体验等功能。用户基于移动设备通过微信小程序或app体验城市ar游戏，基于mr一体机设备通过游戏应用体验古迹mr游戏，基于pc端的网页进入运营平台。
57.（四）开发环境层具体地，交互层是指用户与城市文化游戏交互系统之间进行交互的方式，通过友好的人机交互和用户界面ui（user interface）设计，使用户可以与系统完成探索和互动。城市ar游戏包括屏幕交互、体感交互、语音交互；古迹mr游戏包括手势交互、语音交互、眼动交互、手柄交互；运营平台包括键鼠交互。
58.（五）技术接口层具体地，开发环境层是实现城市文化游戏交互系统功能的核心部分，通过开发环境，整合美术资源，调用技术接口，实现系统功能。城市ar游戏和古迹mr游戏的开发环境采用游戏引擎（如unity3d、unreal等），整合模型、ui、音乐音效等各类资源素材，搭建游戏场景，调用技术接口的支持，编写脚本实现游戏的功能逻辑，这包括资源管理、场景构建、逻辑处理、物理引擎、粒子系统、动画音效、图形渲染等模块；运营平台的开发环境采用web开发环境，通过配置服务器、设计数据库、开发前端后端、实现平台功能，这包括前端框架、后端编程语言、数据库管理系统、服务器模块。
59.（六）数据层具体地，技术接口层为城市文化游戏交互系统的实现提供技术支持。这包括3d扫描和建模技术、基于lbs地理位置的服务(location based service，lbs)、ar sdk开发工具包（ar software development kit，ar sdk）、slam即时定位与地图构建（simultaneous localization and mapping，slam）、asr语音识别（automatic speech recognition，asr）、imu惯性测量单元(inertial measurement unit，imu)、网络通信技术、云存储技术、数据分析技术。其中，3d扫描和建模技术可以用于对城市中的历史建筑、文物等进行扫描和建模，以便于在游戏中进行重建和模拟；lbs技术通过获取用户的位置信息，来提供更加精准的游戏内容推荐和定位服务，例如为用户推荐附近的历史文化遗产、提供导览和游戏打卡等服务； ar sdk可以提供ar视觉效果的开发和调试，例如支持3d模型渲染、物体跟踪、动作捕捉等功能，同时也可以提供ar游戏的交互体验支持，例如虚实结合的交互、手势识别等功能；slam技术可以实现游戏场景的构建和定位，例如实现ar游戏中游戏场景的定位、古迹景区的建模和展示等；asr技术可以实现游戏中的语音交互，例如语音导览、语音输入等功能；imu技术可以实现游戏中的姿态识别、动作捕捉等功能；网络通信技术可以实现游戏中的数据同步、多人在线游戏等功能；云存储技术可以用于存储游戏数据、用户数据、地图数据等信息，还可以提供数据备份、数据同步、数据安全等功能，确保数据的安全性和完整性；数据分析技术可以实现游戏数据的分析和挖掘，例如游戏数据的收集和统计、用户行为分析等功能。
60.具体地，数据层为整个城市文化游戏交互系统提供底层数据支持，可用作数据分析挖掘的数据来源。这包括游戏场景数据、历史文化数据和用户数据三个方面。其中，游戏
场景数据为游戏交互系统提供所需的数字资产素材，包括3d场景模型、3d人物模型、纹理贴图、动画骨骼、ui素材、音乐音效等；历史文化数据作为游戏系统的重要挖掘内容和传播对象，是游戏叙事和机制设计的重要参考依据，包括城市历史沿革、古迹历史故事、城市地图数据、文物文献、图片视频、城市ip等；用户数据是用户信息及游戏体验等相关数据，存储在运营平台中，可用来完成用户画像和游戏体验分析，反哺游戏系统设计，包括用户基本信息、行为数据、游玩进度、所得成就、游戏体验、学习效果等。
61.三、开发步骤为得到本发明实施例提出的基于xr的城市文化游戏交互系统，需分别针对城市ar游戏、古迹mr游戏和运营平台三大模块完成设计和开发。具体地，为得到城市ar游戏和古迹mr游戏，需分别完成资料整理、游戏策划、美术制作、游戏开发和测试发布；为得到运营平台，需完成需求确定、ui和ue设计、平台开发、测试发布。
62.参阅图4a和图4b，本发明实施例的城市文化游戏交互系统的开发步骤如下。
63.针对城市ar游戏和古迹mr游戏，如图4a所示需分别完成资料整理、游戏策划、美术制作、游戏开发和测试发布。第一步，资料整理：对城市历史沿革、城市地图数据、文化古迹景区历史故事进行调研和资料收集，资料形式包括文物文献、图片视频等，挖掘城市ip，得到历史文化数据；第二步，游戏策划：根据资料整理的结果，制定游戏策划，确定游戏类型和玩法，包括游戏关卡、任务设计、地点规划、互动形式等，并设计详细的游戏界面和流程；第三步，美术制作：根据游戏策划，进行美术素材的制作，包括3d场景模型、3d人物模型、纹理贴图、动画骨骼、ui素材、音乐音效等，得到游戏场景数据；第四步，游戏开发：根据游戏策划，使用游戏引擎，整合美术资源、搭建游戏场景、调用技术接口、编写脚本，完成游戏逻辑和交互关卡的开发；第五步，测试发布：对游戏进行全面测试，包括游戏的稳定性、流畅性、用户体验等，并完成bug修复，确保游戏质量和稳定性，最后发布游戏至运营平台，并进行持续更新和优化。
64.针对运营平台，如图4b所示，需完成需求确定、ui和ue设计、平台开发、测试发布。第一步，需求确定：针对运营平台的角色管理、用户管理、城市管理、游戏管理、设备管理五大模块，拆解各模块的具体功能需求，确定功能流程；第二步，ui和ue设计：设计平台的用户界面和用户体验，使其易于操作和使用；第三步：平台开发：根据需求和设计，使用web开发环境，配置服务器、设计数据库、开发前端后端、实现平台功能；第四步，测试发布：对平台进行全面测试，包括功能测试、兼容性测试、安全测试等，并完成bug修复，确保平台质量和稳定性，最后发布平台至服务器，并进行持续更新和优化。
65.需要说明的是，考虑到城市文化的重要历史价值、传播必要性和系统开发成本等因素，本发明实施例更适用于拥有文化失忆现象的历史文化名城，即目标城市需要满足以下三条原则。
66.原则一：城市历史文化遗产丰厚。具体来说，需满足已获得“国家历史文化名城”称号、省级以上重点文物保护单位达 10 个以上、曾作为古代政治文化中心、至少有 2 个历史文化街区等指标；原则二：存在文化失忆现象。具体来说，需存在历史文化城区曾遭到拆旧建新、古迹年久失修，损毁荒置、城区过度商业化、文旅产业发展低迷、古迹文化传播浅层等现象；原则三：城市拾忆能力不足。具体来说，需符合拾忆能力弱（古迹修复保护经济负
担沉重）、拾忆内容难（古迹文化门槛高且欠缺社会关注）、拾忆方式旧（古迹保护方式传统，活化文化能力弱）等情况。
67.为了更好地阐释本发明实施例所提出的基于xr技术的城市文化游戏交互系统的历史主题性和内容挖掘性，通过下述实施例进一步阐释本发明的具体实施方式。
68.实施例本实施例提出了城市文化游戏的世界观、主线剧情和主要npc（non-player character，非玩家角色）设定如下。需要特别说明的是，具体到某个特定城市的城市文化游戏，会进一步深入挖掘该城市的特色文化，为游戏的具体设计提供素材和基础。
69.本实施例提出的基于xr技术的城市文化游戏交互系统的游戏世界观设定在二十世纪30年代，为了挖掘建筑价值，编写属于中国人自己的建筑史，以现代建筑学标准重新确立中华民族历史，梁思成带领营造学社的一众同事和学生，前往全国各地，踏上寻古之旅
……
游戏的主线剧情为，在每一座城市，都有自己极具代表性的历史建筑遗址，来到这里的目的便是记录建筑特色，探寻当时的民族风格。但完成这件任务并不容易，需要在城市各处走访收集信息，当搜集完信息前往遗址测绘时，却意外穿越回其建造年代，亲身接触建造细节，也更理解了其背后的时代气节。游戏的主要npc设定为百年巨匠梁思成先生，作为中国建筑史的奠基人，梁先生用其“以空间看时间”的文化观，总能抛出许多历史问题，在建造手法上给予建议。游戏的每位玩家扮演营造学社的学生，加入营造学社就意味着接下了古迹保护的历史责任，在梁先生的指导下一步步学习掌握传统建筑建造技艺，在建筑身旁感悟文化，感受历史。
70.对本实施例具体介绍如下：本实施例选择山西省大同市，首先，山西省大同市符合本发明实施例提出的选择目标城市的三条原则。第一，大同市的历史文化遗产丰厚。第二，大同市存在文化失忆现象。第三，大同市的拾忆能力不足。尚未有余力活化现有古迹，已有古迹活化产品粗糙单薄，未能深刻传播建筑承载的历史文化故事。
71.因此，针对大同丰富瑰丽的文旅资源与消极冷清的旅游现状的不匹配现象，本实施例提出基于xr技术的大同文化游戏交互系统，具体包括大同ar游戏《寻觅三代京华》、云冈石窟mr游戏《云石言》、悬空寺mr游戏《悬梁志》、华严寺mr游戏《华塔藏》及配套运营平台，为大同打造系统化强吸引的文化游戏产品，挖掘其作为“三代京华”的重要历史意义，提升用户的文化学习体验。
72.下面以大同ar游戏《寻觅三代京华》和云冈石窟mr游戏《云石言》为例，具体介绍基于xr技术的大同文化游戏交互系统的设计开发步骤、各项功能和技术架构。
73.为得到大同ar游戏《寻觅三代京华》和云冈石窟mr游戏《云石言》，第一步：资料收集，收集整理大同市及云冈石窟的相关历史文化数据，如《大同市志》《大同市文物保护单位》《大同市文物普查报告》《云冈石窟佛教艺术》《云冈石窟考古报告》《云冈十看》等图书类资料，如《大同》《云冈》等相关纪录片和视频，及大同市及其市内主要历史文化街区、历史古迹的地理位置分布；第二步，游戏策划：根据资料整理结果，深入分析挖掘其中可游戏化的内容，结合ar和mr交互的特性，分别确定游戏关卡和体验流程，完成详尽的城市ar游戏和古迹mr游戏的策划案；第三步，美术制作：根据两个策划案，分别制作所需的各类美术资产，构成相应游戏场景数据，包括3d场景模型、3d人物模型、纹理素材、动画骨骼、ui素材、音乐音
效；第四步，游戏开发：根据两个策划案，基于unity3d游戏引擎，分别整合美术资源、搭建游戏场景、调用技术接口、编写脚本，完成游戏逻辑和交互关卡的开发；第五步，测试发布：分别完成游戏测试和bug修复，在运营平台上分别选择目标城市（大同市）和景区（云冈石窟）完成游戏发布。
74.本实施例所提出的大同ar游戏《寻觅三代京华》，体验地点为大同市历史文化街区如古城墙、仿古街等，历史文化景区如九龙壁、代王府、善化寺等，体验设备为用户的移动设备（如手机、平板电脑等），用户通过本游戏了解大同市的历史发展沿革和文化古迹的相关故事，体悟大同作为北魏京华、辽金陪都的重要历史意义，感受“三代京华”的魅力。
75.游戏体验流程如下，玩家通过扫码或搜索进入微信小程序体验本游戏交互系统的城市增强现实游戏模块，使用触屏点击、屏幕滑动、体感交互、拍照互动、图像识别、语音交互、手势识别等交互方式，实现以下各项互动任务。
76.实景讲解，如图5a所示，通过gps自动定位和lbs服务，当用户到达历史文化价值深厚古迹，将自动触发相应位置的实景动画和语音讲解，深化用户对古迹当地地理人文环境的记忆，传播古城文化故事；故事演出，如图5b所示，用来阐释整个游戏的世界观和叙事背景，形式为根据用户当前游玩进度和所在地理位置播放该地理位置发生过的历史故事动画。当用户进入本大同ar游戏，播放故事演出，用户扮演当年梁思成的弟子，跟随梁思成来到大同地区测绘调研历史古迹，完成珍贵的建造寻宝图纸，使中国古迹免遭迫害，在旅途中感受时代风貌；互动游戏，如图5c所示，通过完成具有大同特色的非物质文化遗产互动游戏，如广灵剪纸、大同数来宝曲艺、陈醋酿制、刀削面等互动小游戏，通过交互实践体会非遗魅力；古迹合影，如图5d所示，在历史街区或古迹打卡点位，打开ar合影模式，与古迹合影，并支持照片保存、一键分享；答题奖励，如图5e所示，以历史悬念提问，引导用户带着问题出发，前往古迹筑参观学习和寻找答案，降低古迹筑文化传播门槛；科普图鉴，如图5f所示，通过汇总大同地区的历史古迹，如古城墙、仿古街、九龙壁、代王府、善化寺等，在地图上推送古迹的历史文化介绍，吸引游客了解小众景区的故事，并前往参观；社交互动，如图5g所示，设计旅友碎片交换互赠、惊喜行程分享、大同美食打卡推荐、社交小游戏等功能板块，鼓励用户多多社交，共同游览。完成以上互动任务均可获得随机碎片奖励，收集碎片可拼凑齐完整的寻宝图纸，用于云冈石窟mr游戏《云石言》（古迹混合现实游戏模块）中的特殊道具或兑换实体周边奖励。
77.参阅图6a，本实施例所提出的城市文化游戏交互系统的古迹混合现实游戏模块为云冈石窟mr游戏《云石言》，体验地点设在云冈石窟第20窟前的透明玻璃房，体验设备选用带有手柄和彩色透视功能的mr一体机设备pico 4，用户通过本游戏了解云冈石窟背后的故事，体验古代匠人的建造流程，旨在带给游客一场10min的穿越重建之旅。
78.游戏体验流程如下，玩家佩戴好pico 4进入游戏，使用手柄、眼动、语音、空间等交互方式，获得视觉画面表现、听觉音效反馈、触觉手柄震动等反馈形式。在入梦阶段，在那个战火纷飞的年代，梁思成带领众弟子（玩家扮演）走遍中国各地，寻找失落的古迹。如图6b所示，一行人来到云冈石窟大佛脚下，正感叹景物之壮观，突然穿越回北魏古朝。石窟主持者昙曜高僧为梁思成一行介绍石窟开凿背景。北魏由鲜卑族建立，为巩固统治推行一系列汉化改革。从文成帝拓跋濬时代开始在武州山修建石窟寺。昙曜所负责的五座石窟分别象征北魏开国的五位皇帝。在昙曜的指导下，众弟子逐步开展第20窟的建造工程（游戏交互目
标），梁思成将关键步骤记录在建造卷轴（关键道具）上，从而构成了玩家接下来体验到的三个游戏交互关卡。在闯关阶段，第一关，认识工具，打磨工具，如图6c所示。本关介绍各种工具的使用方法，玩家需要左手握着工具，右手使用打磨石将工具打磨成目标形状，打磨石可改变工具的形状，算法判定工具已被打磨成目标形状即可过关。第二关，选择地址，开凿石窟，如图6d所示。本关介绍如何根据山形、岩体等选择开凿地，玩家需要左手握着凿子对准目标岩体，右手使用铁杵大力敲击，对原始山岩进行大体量减凿。算法判定左手凿子所对准的位置、右手铁杵所挥舞的力的大小（速度、加速度），减凿相应量的石头，当判定洞窟被开凿成目标形状即可过关。第三关，雕刻造像，抛光打磨，如图6e所示。玩家需要使用粗铁凿取石留出轮廓粗坯，使用细铁凿将造像细节刻画。算法判定造像已被雕刻成目标形状即可过关。当玩家完成第20窟的全部建造工程后，进入梦醒阶段。眼前石窟的前壁及其西胁侍立佛与菩萨突然崩塌（真实历史事件）。梁思成一行穿越回到当代，远眺着眼前的露天大佛，时刻铭记古代匠人精神和文化智慧，又投入到下一个古迹的保护之旅。完成游戏的全部环节后，相信玩家会对云冈石窟的历史故事和重要价值有更深入的理解。
79.为得到运营平台，第一步，需求确定：拆解平台功能模块、确定功能流程；第二步，ui和ue设计：设计平台的用户界面和用户体验，使其易于操作和使用；第三步，平台开发：基于web开发环境，前端框架使用vue和编程语言html、css、javascript，后端编程语言使用php，数据库管理系统使用mysql，服务器使用apache，根据需求，配置服务器、设计数据库、开发前端后端、实现平台模块功能；第四步，测试发布：完成平台可用性测试和bug修复，上传至服务器上线发布。
80.通过运营平台模块的数据存储服务，用户的第一游玩数据和第二游玩数据均被存储在云端服务器，即用户在大同ar游戏《寻觅三代京华》中的碎片收集所拼凑成的完整寻宝图纸，在其体验云冈石窟mr游戏《云石言》时，可兑换获得特殊道具奖励如寻宝工具铁凿，用来体验《云石言》游戏中的寻宝彩蛋关卡，根据图纸在宝物洞窟中使用铁凿挖寻宝物获得游戏积分，并根据积分可兑换实体周边奖励如“点亮三代京华”徽章、大同冰箱贴、云冈大佛摆件等主题系列周边文创。通过运营平台模块的数据分析服务，分析所述第一游玩数据与所述第二游玩数据，包括统计城市内各景区人流量、分析用户画像，可得到大同和云冈石窟的游客画像、客流量、城市及景区对游客的吸引程度，作为数据支撑指导大同市和云冈石窟景区的文旅建设方向和规划。
81.本实施例基于xr技术的大同文化游戏交互系统的技术架构具体如下。
82.在用户层上，来到大同游览的游客是大同ar游戏《寻觅三代京华》的使用用户，来到云冈石窟游览的游客是云冈石窟mr游戏《云石言》的使用用户，运营人员是运营平台的使用用户。
83.在硬件层上，大同游客使用移动设备（如手机、平板电脑等）的微信小程序或app体验大同ar游戏《寻觅三代京华》，云冈石窟游客使用景区的mr一体机pico 4体验云冈石窟mr游戏《云石言》，运营人员使用pc设备（电脑）使用运营平台。
84.在访问层上，基于unity3d游戏引擎分别打包游戏应用大同ar游戏《寻觅三代京华》和云冈石窟mr游戏《云石言》，在运营平台上分别选择目标城市（大同市）和景区（云冈石窟）完成游戏发布，作为游客直接体验到的前端界面；基于web开发环境发布网页运营平台，作为运营人员直接使用的前端界面。
85.在交互层上，大同ar游戏《寻觅三代京华》通过屏幕交互、体感交互、语音交互等方式，云冈石窟mr游戏《云石言》通过手势交互、语音交互、眼动交互、手柄交互等方式，运营平台使用键鼠交互方式。
86.在开发环境层上，大同ar游戏《寻觅三代京华》和云冈石窟mr游戏《云石言》基于unity3d游戏引擎开发环境，集成数据层的游戏场景数据和技术接口层的各项技术能力，通过unity3d游戏引擎所提供的资源管理、场景构建、逻辑处理、物理引擎、粒子系统、动画音效和图形渲染等功能，开发实现游戏的各项功能；运营平台基于web开发环境，前端框架使用vue和编程语言html、css、javascript，后端编程语言使用php，数据库管理系统使用mysql，服务器使用apache，实现平台模块功能。
87.在技术接口层上，通过技术接口完成游戏策划中的各类交互功能。使用3d建模和扫描技术可以将大同市的相关历史文物、古迹转化为三维数字模型，以便在虚拟环境中使用；调用lbs技术可实现到达目标历史文化街区的打卡处即触发相应游戏交互的功能；基于ar sdk和slam技术可实现ar实景导航、ar故事演出、ar游戏互动、ar古迹合影等功能；使用asr技术可实现语音导览、语音交互；基于imu及相关算法可实现体感互动，如摇金蛋、开盲盒等；使用网络通信技术可实现游戏中的数据同步、多人在线游戏等功能；使用云存储技术可以通过网络将数据存储到云端服务器中，并在需要时随时访问这些数据；使用数据分析技术可对已获取的数据层中的用户数据做用户画像、用户行为等方面的统计分析，从而完成游戏的优化迭代。
88.在数据层上，大同市及云冈石窟的相关历史文化数据，为游戏策划提供底层参考，包括《大同市志》《大同市文物保护单位》《大同市文物普查报告》《云冈石窟佛教艺术》《云冈石窟考古报告》《云冈十看》等图书类资料、《大同》《云冈》等相关纪录片和视频、大同市及其市内主要历史文化街区和历史古迹的地理位置分布等；游戏场景数据，为游戏开发提供美术素材支持，包括3d场景模型、3d人物模型、纹理素材、动画骨骼、ui素材、音乐音效；用户数据，通过运营平台完成数据分析挖掘，包括用户基本信息、游玩进度、游戏体验、行为数据、所得成就、学习效果。
89.通过本实施例中基于xr技术的大同文化游戏交互系统，用户通过游戏化的交互方式，通过触摸历史、亲身建造建筑细节，更能理解大同背后的历史文化和古代匠人的时代气节。
90.本发明实施例通过将传统文化和现代科技有机结合，提出一种基于xr技术的城市文化系列游戏交互系统，深入挖掘城市的历史文化，由城市级大范围碎片化的ar轻度交互，到著名历史古迹景区的mr重度体验，由点及面、点面结合，为城市打造系统化强吸引的文化游戏产品，打造城市ip，提升用户的文化学习体验。这种文化与科技的结合，是未来发展的重要趋势之一。
91.本发明实施例通过深入挖掘某城市的历史沿革和特色文化，打造城市ip和系统化强吸引的文化游戏产品，提升了用户的文化学习体验。本发明实施例提出的基于xr的城市文化游戏交互系统，包括城市ar游戏、古建mr游戏和运营平台三大模块，三者间存在数据流转关系，在技术架构方面包括硬件层、访问层、交互层、游戏引擎层、算法服务层、数据层。提出适用城市的三条具体原则，并基于历史主题性和内容挖掘性，提出了城市文化游戏的世界观、主线剧情和主要npc（non-player character，非玩家角色）设定。所提出的解决方案
和模式对拥有文化失忆现象的历史文化名城均可推广拓展，具有较高的普适性和应用价值。
92.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于扩展现实技术的城市文化游戏交互系统，其特征在于，包括城市增强现实游戏模块、古迹混合现实游戏模块和运营平台模块，其中：所述城市增强现实游戏模块用于在整个城市内为用户提供互动任务，并收集用户的第一游玩数据；所述古迹混合现实游戏模块用于通过混合现实设备，在历史古迹景区为用户提供模拟建造历史古迹的游戏体验，增强用户的文化体验和感知；并收集用户的第二游玩数据；所述运营平台模块用于存储与分析所述第一游玩数据与所述第二游玩数据。2.根据权利要求1所述的基于扩展现实技术的城市文化游戏交互系统，其特征在于，所述城市增强现实游戏模块还用于为用户提供收集任务。3.根据权利要求2所述的基于扩展现实技术的城市文化游戏交互系统，其特征在于，所述收集任务包括收集寻宝图纸碎片，所述寻宝图纸碎片用于在所述古迹混合现实游戏模块解锁额外寻宝关卡并兑换道具。4.根据权利要求3所述的基于扩展现实技术的城市文化游戏交互系统，其特征在于，所述古迹混合现实游戏模块还用于根据用户在所述额外寻宝关卡中的表现给予用户游戏积分，所述游戏积分用于兑换实体周边奖励。5.根据权利要求1所述的基于扩展现实技术的城市文化游戏交互系统，其特征在于，所述互动任务包括实景讲解、故事演出、互动游戏、古迹合影、答题奖励、科普图鉴、社交互动中的至少一个。6.根据权利要求5所述的基于扩展现实技术的城市文化游戏交互系统，其特征在于，所述城市增强现实游戏模块提供所述互动任务的互动方式包括触屏点击、屏幕滑动、体感交互、拍照互动、图像识别、语音交互、手势识别中的至少一种。7.根据权利要求1所述的基于扩展现实技术的城市文化游戏交互系统，其特征在于，所述混合现实设备包括支持混合现实体验的混合现实一体机设备。8.根据权利要求1所述的基于扩展现实技术的城市文化游戏交互系统，其特征在于，所述运营平台模块还用于角色管理、用户管理、城市管理、游戏管理、设备管理。9.根据权利要求8所述的基于扩展现实技术的城市文化游戏交互系统，其特征在于，所述角色管理包括运营角色、权限分配、账号管理中的至少一个；所述用户管理包括用户信息查看及修改、游戏数据分析、订单数据分析中的至少一个；所述城市管理包括城市信息增删改查、历史古迹景区信息增删改查、数据统计分析中的至少一个；所述游戏管理包括游戏版本上传更新、游戏分发、数据统计分析中的至少一个；所述设备管理包括对混合现实一体机设备信息的增删改查、设备及城市景区的从属关系分配、设备状态维护中的至少一个。10.根据权利要求1所述的基于扩展现实技术的城市文化游戏交互系统，其特征在于，所述第一游玩数据包括用户基本信息、行为数据、游玩进度、所得成就、游戏体验、学习效果中的至少一个；所述第二游玩数据包括用户基本信息、行为数据、游玩进度、所得成就、游戏体验、学习效果中的至少一个；所述运营平台模块分析所述第一游玩数据与所述第二游玩数据包括统计城市内各景区人流量、分析用户画像、评估城市景区对游客的吸引力程度，能够指导城市文旅建设。

技术总结
本发明公开了一种基于扩展现实技术的城市文化游戏交互系统，包括城市增强现实游戏模块、古迹混合现实游戏模块和运营平台模块，其中：城市增强现实游戏模块用于在整个城市内为用户提供互动任务，并收集用户的第一游玩数据；古迹混合现实游戏模块用于通过混合现实设备，在历史古迹景区为用户提供模拟建造历史古迹的游戏体验，增强用户的文化体验和感知；并收集用户的第二游玩数据；运营平台模块用于存储与分析第一游玩数据与第二游玩数据；本发明能够增强城市的文化遗产数字化的互动性和沉浸感、提升用户的历史文化学习内容与体验，从而为城市打造系统化强吸引的文化游戏产品，打造城市IP，为用户提供线下旅游新体验。为用户提供线下旅游新体验。为用户提供线下旅游新体验。


技术研发人员：王雨晨 聂晓梅 孙菁玮 郑铭珑 吴小丫
受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/8/16