基于虛擬校園三維全景漫游系統的構建研究

【摘 要】以大理大學全景漫游系統的構建為目標，利用全景漫游技術，實現了虛擬校園的全景漫游系統。重點研究了全景圖的獲取、拼接和漫游的方法。

【關鍵詞】全景圖；全景圖拼接；漫游系統

【Abstract】In Dali university panoramic roaming system construction as the goal，using panoramic roaming technology，panoramic view of the virtual campus roaming system is realized.Panoramic view of research is mainly focused on the method of acquiring， splicing and roaming.

【Key words】Panorama；Panorama stitching；Roaming system

0 引言

三維全景漫游是指攝像機拍攝的水平方向360度，垂直方向180度的多張照片拼接成一張全景圖像，然后利用得到的全景圖像，采用計算機圖形圖像技術構建出全景空間，讓使用者能用鼠標控制瀏覽的方向，可左可右、可上可下觀看物體或場景，并實現全景空間的切換，達到瀏覽各個不同場景的目的[1]。

近年來，大學建設結合地域文化，充分利用自然原本的環境和原有的特色，建設出獨具個性特色的校園，并逐漸成為極具新意的人文景觀。“數字化校園”已被各大學校廣泛應用來進行學校信息管理和知名度宣傳，傳統的校園展示都是建立在平面圖像或視頻影像的基礎上，這種表達方式性能單一、交互性差。

大理大學擁有得天獨厚的自然生態環境，有 “大學中的山水、山水中的大學”的美譽，本文利用全景技術實現大理大學全景漫游系統，把校園的景色和建筑在網絡上真實再現并實現共享，能讓人們更為直觀、清晰的認識和了解校園的美麗景色、辦學設施等情況，產生身臨其境的感覺，滿足學校對外招生宣傳、校園展示等方面的要求。

1 制作過程

1.1 研究方法和技術路線

1.2 全景圖的獲取

為了使制作的全景漫游系統更具真實感，以及拍攝360度的全景，使用魚眼鏡頭+相機+云臺的拍攝系統。此系統可以最大限度的拍攝到天地角度的景物，這樣在后期漫游系統制作時就可以進行少量的對天地“打補丁”，呈現更加逼真的漫游效果。

選取好拍攝場景后，將該拍攝系統安放在場景的中心位置，調整好拍攝基線的高度，以及相機各項參數，就可以進行全景拍攝了。順時針的進行拍攝，并且保持相鄰照片之間存在不少于40%的重疊度。

需要制作包括天地的360°的全景漫游系統，因此拍攝完成后，還在需在原地進行天空和地面的補充拍攝，為后期“打補丁”提供素材。

1.3 全景圖的拼接

使用PTGui Pro軟件對拍攝的魚眼照片進行拼接處理。全景照片拼接有很多軟件，例如PTGui Pro、Cool 360、Pixtra Viewer、 Realviz Stitcher5.1、上海杰圖的造景師等，但PTGui Pro軟件提供“對準圖像”功能，引入手動匹配同名像素點，可以更好地解決重疊度低，或者拍攝基線不水平等問題，是的拍攝的照片可以更加準確精確的進行全截圖的拼接合成。

在PTGui Pro軟件中加載所拍攝的同一場景的全部魚眼照片，對其進行鏡頭參數設置、排序和剪裁后，就可以進行對準處理了。如果拍攝的照片較好，軟件將進行自動的對準拼接處理，但很多時候需要手動加入“控制點”。在相鄰兩張照片的重疊部分尋找相同的點（即同名像點），同名像點的數量為3-6個，且均勻分布。之后進行“優化”處理，判斷同名像點選取的是否合理，如果優化器優化后結果不錯，可以接受優化并可以在全景編輯器中查看拼接的全景照片，并且可以對照片進行整體編輯，選擇視野、投影方式等。最后就可以輸出品極好的全景圖片。

由于拍攝時光線和陰影、遮擋等問題，對于拼接好的全景圖還需進行PS處理。在Photoshop軟件中，進行曝光、HDR、變形、剪裁、去除陰影等調整和處理，最后保存圖3的全景圖，就可用于漫游系統的制作了。

1.4 構建校園漫游系統

使用Pano2vr軟件制作虛擬校園全景漫游系統。先進行單個場景的漫游的創建，并對每個場景進行天地“打補丁”，創建好單場景漫游后，通過制作的皮膚，創建“熱點”把全部單場景漫游加載到一起，再制作皮膚、加入音樂、講解、地圖等制作成為虛擬校園全（下轉第27頁）（上接第37頁）景漫游系統。

在創建好全部單一場景，并用原始“熱點”連接后，需制作一個個性化的“皮膚”。“皮膚”在Pano2vr軟件的皮膚編輯器中進行中制作，皮膚編輯器的主要功能是：

1）可以個性化的設計用戶需要的外觀和款式；

2）可以添加用戶所需的各種按鈕和圖形，這些按鈕和圖像可以從網絡上下載，也可以使用PhotoShop軟件進行自己制作后導入；

3）可以設計熱點地圖和雷達，增強全景漫游的方向感和區位感；

4）可以添加動畫和聲音效果，增強感官和視覺效果；

5）可以添加外部網站和節點標記，使漫游內容更加豐富；

6）Pano2vr軟件自帶了一些模板皮膚，也可以用戶自己設計，或者在第三方網站進行下載。

下圖為使用不同皮膚的虛擬校園全景漫游系統，第一個圖為使用模板皮膚的漫游，第二個圖為用自己創建的皮膚的漫游，圖二使用了Google Earth軟件截取的學校區域的衛星地圖，之后使用PhotoShop軟件進行裁剪、色彩和曝光等調整后，做成tiff或png格式的圖片后導入皮膚編輯器中，在地圖的相應位置添加對應的6個“熱點”，使之可以進行場景間的切換。

2 總結

全景攝影是一種比較實用的技術，由于其數據量小，場景真實逼真，獲取數據方面容易，制作流程比起三維建模來也相對簡單方面，并且較大的降低了成本等優點，使其在網絡技術不斷發展的今天，全景攝影是在互聯網上展示真實場景效果最好的工具[7-8]。此系統所構建的數字校園是利用虛擬現實技術將真實的校園場景通過數字化模型再現到計算機中，對校園場景進行全方位、立體式、交互式展示。

【參考文獻】

[1]馬凌云.計算機建筑漫游實例[M].上海交通大學出版社，2004.

[2]曾建超，俞志和.虛擬現實技術及其應用[M].北京：清華大學出版社，1996.

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[6]http：//www.jietusoft.com/，2017，2.

[7]Mundhenk T N，Michael J R，Liao Xiao—qun，et a1.Techniques for fisheye lens calibration using a minimal number of measurements[C]//Proc of the SPIE Intelligent Robotics and Computer Vision Conference，Boston，Massaehusetts，2000（11）：8-9.

[8]楊育楨.全景制作流程及地圖雷達的應用研究[J].科技視界，2013.

[9]巫剛，余武.虛擬校園三維全景漫游系統探究與實踐[J].現代教育技術，2013，5（23）：122-126.

[10]黃建萍.數字技術在博物館網站中的應用[J].地理空間信息，2009（2）.

[責任編輯：田吉捷]