小議全景圖在地理學(xué)中的應(yīng)用

凡少影　朱良　劉世寬　任丹

摘要：全景圖具有比普通圖像更廣闊的視野，在房產(chǎn)、旅游、酒店、教育等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其虛擬性可以展現(xiàn)地理野外實(shí)習(xí)的場(chǎng)景，使學(xué)生獲得真實(shí)的動(dòng)態(tài)立體感、方位感和沉浸感。

關(guān)鍵詞：全景圖；地理學(xué)；應(yīng)用

一、全景圖的涵義

360°全景圖（panorama）可以稱為3維全景、3維實(shí)景或者虛擬現(xiàn)實(shí)全景，是基于全景圖像的真實(shí)場(chǎng)景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，主要是對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行360°拍攝，然后利用圖像拼接技術(shù)得到全景圖，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全方位互動(dòng)式觀看的真實(shí)場(chǎng)景還原展示方式。在播放插件（通常為JAVA或quicktime、active、flash）的支持下，使用鼠標(biāo)控制環(huán)視的方向，可左可右可近可遠(yuǎn)，瀏覽者有身臨其境的感覺(jué)[1， 2]。它能夠提供比普通圖像更廣闊的視野，在房產(chǎn)、旅游、酒店、教育等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在地質(zhì)勘探、軍事偵察、醫(yī)學(xué)微創(chuàng)手術(shù)、航空航天、視頻會(huì)議、場(chǎng)景監(jiān)控及虛擬現(xiàn)實(shí)等各方面具有廣闊的應(yīng)用前景。全景圖最大的特點(diǎn)是虛擬性，它可以將地理野外實(shí)習(xí)的場(chǎng)景展現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生不用去現(xiàn)場(chǎng)就能體驗(yàn)到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，并可以通過(guò)控制鼠標(biāo)變換場(chǎng)景，使學(xué)生獲得真實(shí)的動(dòng)態(tài)立體感、方位感和沉浸感。

二、全景圖在地理學(xué)中的應(yīng)用

1.全景圖在遙感領(lǐng)域中的應(yīng)用

無(wú)論是抗震救災(zāi)、資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、天氣預(yù)報(bào)或者其它領(lǐng)域，涵蓋地面區(qū)域小的單條航帶的遙感圖像往往不能滿足人們對(duì)地面信息的需要與應(yīng)用，因此需要將不同航帶的多幅圖像合成一幅具有大視角的全景圖。多航帶寬視角的全景影像作為一種全新的圖像信息模式，能夠提供給人們更加完整準(zhǔn)確的真實(shí)地物信息。全景展示具有真實(shí)性、全面性以及素材獲取的便捷性。如在地震發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)，由于受災(zāi)地區(qū)分布廣泛，對(duì)地層破裂信息、斷層信息、滑坡泥石流以及堰塞湖等震災(zāi)信息的準(zhǔn)確收集和有效評(píng)估至關(guān)重要。這些信息可為地震決策部門迅速把握災(zāi)情，發(fā)布地震災(zāi)情信息以及做出正確決策提供可靠依據(jù)。但小幅的單幀影像往往不能完全反映出完整的地層破裂信息、一段公路的斷裂信息、滑坡泥石流的范圍以及整座湖面的堵塞情況，此時(shí)，繪制超寬視角的無(wú)失真全景圖就顯得非常重要[3， 4]。

2.全景圖在地理野外實(shí)習(xí)中的應(yīng)用

地理野外實(shí)習(xí)課程是一種特殊的學(xué)習(xí)過(guò)程，是學(xué)生親自到野外近距離觀察各種地理現(xiàn)象，探究事物現(xiàn)象的成因以及驗(yàn)證課堂所學(xué)理論知識(shí)的過(guò)程。地理野外實(shí)習(xí)教學(xué)過(guò)程與通常的課堂教學(xué)、其它學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)或?qū)嵙?xí)教學(xué)不同，具有教學(xué)地點(diǎn)特定、教學(xué)環(huán)境特定的特點(diǎn)，整個(gè)教學(xué)過(guò)程與地理空間的聯(lián)系較為緊密。同時(shí)，野外教學(xué)過(guò)程中容易受到天氣、噪音等多種因素影響，使得有些地理現(xiàn)象難以進(jìn)行觀察。而全景圖的虛擬性特點(diǎn)可以有效營(yíng)造地理野外教學(xué)中所需要的空間場(chǎng)景。通過(guò)專業(yè)人員或者地理工作人員拍攝的照片制成的各個(gè)實(shí)習(xí)地實(shí)習(xí)點(diǎn)的全景圖像，學(xué)生可在計(jì)算機(jī)上獲得這些地理環(huán)境的“真實(shí)”感受?？梢詮浹a(bǔ)由于受條件限制而不能實(shí)地進(jìn)行地理野外實(shí)習(xí)和野外觀測(cè)的缺憾；同時(shí)，學(xué)生通過(guò)實(shí)習(xí)地的全景圖像，可以不親自去實(shí)習(xí)地考察地質(zhì)、地貌、水文、土壤、植被等自然狀況，便能夠了解該地的各種自然人文狀況。

3.全景圖在旅游地理學(xué)中的應(yīng)用

在旅游地理的教學(xué)中，全景圖為研究、分析和欣賞旅游景觀提供了有效途徑。目前越來(lái)越多的旅游網(wǎng)站將景區(qū)的平面布置圖與全景多媒體文件結(jié)合，做成熱點(diǎn)鏈接，游客只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)，即可實(shí)現(xiàn)從一個(gè)景點(diǎn)進(jìn)入下一個(gè)景點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)各個(gè)景點(diǎn)的左右上下的瀏覽和觀看，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上虛擬旅游。這樣，通過(guò)虛擬全景圖可以全方位地觀察、研究和欣賞旅游景觀，充分感受到不同方位、不同視角甚至不同季節(jié)的景觀變化，以獲得滿足感。

4.全景圖在地圖中的應(yīng)用

目前發(fā)展越來(lái)越成熟、廣泛應(yīng)用的百度地圖全景圖、谷歌地圖全景圖等，實(shí)現(xiàn)了二維平面地圖與全景圖的完美結(jié)合，用戶在相應(yīng)位置拖動(dòng)鼠標(biāo)，不僅可觀看該觀測(cè)點(diǎn)周圍的地物信息，還可以進(jìn)行前后左右的瀏覽、觀看，并可進(jìn)入下一觀測(cè)點(diǎn)，加深用戶對(duì)地圖上地物信息的了解，增加地圖的可讀性和實(shí)用性。這種把高度概括化的抽象的二維平面地圖與三維立體空間中的真實(shí)地理環(huán)境有效結(jié)合在一起的全景圖，增強(qiáng)了地圖的功能以及地圖使用的廣泛性。

三、全景圖的發(fā)展趨勢(shì)

1.全景照片的高清化

至今為止，互聯(lián)網(wǎng)上全景照片的圖像尺寸只有400×300pixel，圖幅較小，圖像分辨率較低、質(zhì)量差，主要是因?yàn)槭褂肑ava Applet作為播放器。這種播放器可以自動(dòng)下載安裝，免去安裝插件的麻煩，但它占用較多系統(tǒng)資源，顯示速度慢，無(wú)法加大圖像幅度、改進(jìn)圖像質(zhì)量。但是隨著拍攝設(shè)備分辨率的提高，人們希望用更高分辨率的全景圖來(lái)對(duì)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行展示。其中，具有代表性的是2013年由360Cites（世界全景圖片網(wǎng)站）公司三位攝影師歷時(shí)三天拍攝完成的360°倫敦全景照，它是世界上尺寸最大、解析度最高的全景照片，拼合照片的工作大部分由電腦完成。本次拍攝的全景圖打破了三年前該公司拍攝過(guò)的800億像素倫敦全景圖，全景圖的高清度令人嘆為觀止，達(dá)3 200億像素，可以看到大概六英里以外的細(xì)節(jié)[5]。

2.全景視頻技術(shù)

至今為止，全景還只是靜態(tài)的，即場(chǎng)景內(nèi)的景象是靜止的。隨著網(wǎng)絡(luò)寬帶和電腦CPU技術(shù)的進(jìn)步，全景視頻技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)。全景視頻是將某一固定視點(diǎn)生成的全景圖作為視頻中的一部分，它不僅能使用戶可以全視角觀看虛擬場(chǎng)景，而且場(chǎng)景中的一切都是動(dòng)態(tài)的。全景視頻需要網(wǎng)絡(luò)帶寬的支持，就目前而言，難以滿足全景視頻的要求。因此，為使流暢性得到保證，全景視頻每秒需播放大約30幀的全景圖。可以利用全景視頻技術(shù)全視角記錄大型集會(huì)、運(yùn)動(dòng)比賽全視角景觀等。全景視頻能更加真實(shí)地還原現(xiàn)實(shí)中的場(chǎng)景，觀看者可用鼠標(biāo)調(diào)節(jié)觀看方向，可以看到不同視點(diǎn)下的視頻情況。全景視頻數(shù)據(jù)量極大，目前還不能制作高分辨率的全景視頻。

3.全景技術(shù)在移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用

隨著手機(jī)拍攝分辨率的提高及智能手機(jī)處理能力的提升，在手機(jī)上生成全景圖成為可能。手機(jī)平臺(tái)在處理能力、內(nèi)存大小等方面較PC平臺(tái)都有較大局限性。因此，手機(jī)輸入圖像的獲取與全景圖的合成在同一地點(diǎn)完成，極大方便了手機(jī)用戶對(duì)全景圖像的獲取。即一般采用攝像模式掃描周邊場(chǎng)景，全景生成軟件實(shí)時(shí)地繪制全景圖中的場(chǎng)景，最終生成一張完整的全景圖。鑒于手機(jī)拍攝的分辨率和處理能力，最終發(fā)布的全景圖分辨率較低，但隨著技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)也將擁有更強(qiáng)的處理能力[6]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 龔琪慧，吳健平，王潔華，等. 基于全景圖的3維實(shí)景制作及其與GIS集成研究[J]. 測(cè)繪與空間地理信息. 2012（06）： 33-37.

[2] 馮建平，吳麗華. 基于全景圖像的三維全景漫游系統(tǒng)的構(gòu)建[J]. 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程. 2013（01）： 115-117.

[3] 劉異. 無(wú)人機(jī)遙感影像的航帶拼接算法研究[D]. 電子科技大學(xué)， 2012.

[4] 全政環(huán). 360°全景技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展歷程[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù). 2010（03）： 713-715.

[5] Rich L. J.，Stephanie. 拍攝世界最大全景照片[J]. 瘋狂英語(yǔ)（中學(xué)版）. 2013（05）： 20-21.

[6] 馬杰. 360°全景圖像拼接技術(shù)研究[D]. 西南財(cái)經(jīng)大學(xué)， 2012.

作者單位：1.上海中學(xué)（200231） 2.北京師范大學(xué)地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院（100875）