720°全景導(dǎo)視系統(tǒng)在校園中的應(yīng)用

馬妍，王保存，甘霖

(華北理工大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063210)

720°全景導(dǎo)視系統(tǒng)在校園中的應(yīng)用

馬妍，王保存，甘霖

(華北理工大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063210)

720°全景；校園；導(dǎo)視系統(tǒng)；信息建設(shè)

隨著時(shí)代的發(fā)展及各項(xiàng)技術(shù)的不斷成熟，人類開始在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域?qū)で蟾嗟陌l(fā)展和進(jìn)步。綜合了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、顯示技術(shù)等多種科技的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，越來越多的出現(xiàn)在我們的生活中。720°全景視圖是虛擬現(xiàn)實(shí)中的一種表現(xiàn)形式，它以令人震撼的全方位實(shí)景呈現(xiàn)方式，讓使用者真正可以體會(huì)到身臨其境的感受?；谶@種技術(shù)開發(fā)的華北理工大學(xué)720°全景導(dǎo)視系統(tǒng)，將在提供校園路徑導(dǎo)航、展示學(xué)校實(shí)景風(fēng)貌、促進(jìn)學(xué)校宣傳等多方面提供助益，為學(xué)校電子信息建設(shè)注入新的生機(jī)。

一、全景技術(shù)分析

(一)概念

全景又稱為3D實(shí)景，由于其可操作、可交互的特性，突破了視頻、圖像、音頻等流媒體的單一模式限制，因此又被稱為"富媒體"技術(shù)。

全景圖像實(shí)際上只是一種對(duì)周圍景象以某種幾何關(guān)系進(jìn)行映射生成的圖片。通過軟件的縫合，將平面圖片處理成無縫拼接的圖像，最后經(jīng)過后期圖像處理發(fā)布到全景平臺(tái)，才能夠呈現(xiàn)使用者觀看到的可交互的全景圖像。720°全景指能夠保證水平360°和垂直360°環(huán)視效果，能看到天、地的全景，它超過人的正常視角，因此通過一定的技術(shù)處理，可以給人無死角的360°全方位視覺體驗(yàn)。

基于靜態(tài)圖像的720°全景技術(shù)，是一種較初級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。它能夠完整的表現(xiàn)大范圍景觀區(qū)域的全景狀態(tài)，同時(shí)通過交互設(shè)計(jì)幫助使用者查看具體位置近觀實(shí)景，觀看位置可根據(jù)使用者交互狀態(tài)移動(dòng)甚至改變焦距，因此適用于各種漫游、導(dǎo)航方向的需求。這種技術(shù)擁有應(yīng)用范圍廣、開發(fā)成本低的巨大優(yōu)點(diǎn)，因此受到了越來越多開發(fā)者與受眾的歡迎。目前，在旅游景點(diǎn)、酒店展示、政府開發(fā)、虛擬校園、空間展示等多個(gè)方面均有這方面技術(shù)的涉及與發(fā)展。在本次華北理工大學(xué)的720°全景導(dǎo)視系統(tǒng)中，就采用了這種技術(shù)，從而保證了該導(dǎo)視系統(tǒng)的實(shí)用性。

(二)特點(diǎn)

1 全方位的真實(shí)場景

基于靜態(tài)圖像的720°全景技術(shù)，將采用完全真實(shí)的實(shí)景照片，通過特殊器材取得圖像并利用軟件將其縫合成全景圖像。這種全景圖像能夠體現(xiàn)出三維立體空間的360°全景圖像，包括水平方向360°及垂直方向360°的環(huán)視效果。這樣能夠最大限度的保留場景的真實(shí)度，呈現(xiàn)符合真實(shí)視覺習(xí)慣的全景效果，有利于作為導(dǎo)航系統(tǒng)使用時(shí)的直觀性和實(shí)用性，同時(shí)為用戶進(jìn)行全景瀏覽提供更加真實(shí)、自然的視覺界面。其全景式、沉浸性、交互性的特點(diǎn)，能夠在導(dǎo)視應(yīng)用中提供極大的方便和幫助。

2 操作簡單，方便普及

全景系統(tǒng)的操作，更加重視其與用戶的交互性和友好性。用戶在使用系統(tǒng)時(shí)，可以便捷的通過移動(dòng)終端的方向、或利用鼠標(biāo)作踐的拖動(dòng)從而在屏幕中獲取不同方向的實(shí)景，還可以通過簡單的手動(dòng)操作，獲得近距遠(yuǎn)距的調(diào)整。通過后期的制作，可以加入語音和文字注釋等內(nèi)容，同樣通過一定的交互操作，可以使用戶獲得更加全面的多維信息資源。如果使用相應(yīng)的設(shè)備，如VR眼鏡等，用戶即可直接通過俯仰頭部，轉(zhuǎn)頭等動(dòng)作獲得更直接的交互體驗(yàn)，整個(gè)使用過程仿佛完全沉浸在實(shí)景中。同時(shí)基于靜態(tài)圖像的720°全景技術(shù)，由于其采用了圖形圖像的處理方式，數(shù)據(jù)量相對(duì)較小，從而保證了它可以在各種終端進(jìn)行交互操作和使用，包括普通的家用電腦或手機(jī)、平板電腦等等，不需要專門的工作站，而且在用戶與系統(tǒng)進(jìn)行交互的過程中，可實(shí)現(xiàn)快捷的實(shí)時(shí)相應(yīng)。不僅保證了用戶使用的便捷性，也方便了網(wǎng)絡(luò)等方式的推廣。

二、全景導(dǎo)視系統(tǒng)在校園中的應(yīng)用

(一)全景技術(shù)在校園導(dǎo)航中應(yīng)用的背景

縱觀目前國內(nèi)外高校導(dǎo)視、展示方式，多集中于圖片化、實(shí)地路標(biāo)、景觀導(dǎo)視系統(tǒng)、基于3D建模的虛擬校園導(dǎo)視系統(tǒng)等。對(duì)于校園的電子化信息建設(shè)，相對(duì)比較薄弱。雖然有些院校開始在整體或者局部實(shí)現(xiàn)OA自動(dòng)化，但還是比較初步，缺乏直觀、全景、便捷等性能的體現(xiàn)。目前對(duì)于校園導(dǎo)視、展示全景系統(tǒng)，多利用校園虛擬場景的建模方法，主要有兩種，一種是基于圖形的建模與繪制(Geometry Based Modeling and Rendering, GBMR)；一種是基于圖像的建模與繪制(Image Based Modeling and Rendering, IBMR)?；趫D形繪制方法比較常見，但是這種方法生成的虛擬場景真實(shí)性、時(shí)效性較差，場景復(fù)雜度較高，直接影響制作精度和效率，對(duì)于某些環(huán)境如室內(nèi)環(huán)境而言，不僅要刻畫的實(shí)體多而復(fù)雜，而且還要考慮光影效果以及場景的精細(xì)程度。同時(shí)，在傳統(tǒng)的 HTTP 傳輸模式和網(wǎng)絡(luò)帶寬下，不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模虛擬場景的海量數(shù)據(jù)的網(wǎng)上實(shí)時(shí)下載和實(shí)時(shí)渲染[1]。

(二)全景技術(shù)與校園導(dǎo)視系統(tǒng)結(jié)合的意義

今年華北理工大學(xué)整體搬遷至曹妃甸新校區(qū)，壯觀優(yōu)美的學(xué)校環(huán)境，嚴(yán)謹(jǐn)溫馨的學(xué)習(xí)氛圍，巍巍華理，人杰地靈。踏上新征程的華理大學(xué)需要向外界展示自身風(fēng)采，促進(jìn)外界對(duì)我校的了解，利于更好的招生；教師和學(xué)生需迅速適應(yīng)新的校園環(huán)境，需要一個(gè)更加直觀便捷的導(dǎo)視系統(tǒng)。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于學(xué)校，不僅能夠讓使用者通過移動(dòng)端，足不出戶全方位地欣賞了解學(xué)校的虛擬實(shí)景風(fēng)采，還能為新入住的老師和同學(xué)們進(jìn)行新校區(qū)導(dǎo)航。

目前我校對(duì)校園信息整體上還沒有一個(gè)立體化、形象化的展示，只能通過基礎(chǔ)文字性的網(wǎng)頁，加上幾張照片，算是對(duì)學(xué)校的一個(gè)展示，不利于外界、新生和家長對(duì)校園環(huán)境有一個(gè)快速全面的了解，720°全景導(dǎo)視系統(tǒng)是校園信息化建設(shè)的重要組成部分，對(duì)學(xué)校校容校貌的展示、擴(kuò)大宣傳、招生等具有非常重要的作用。

通過將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用與華理校園導(dǎo)視系統(tǒng)中，利用基于靜態(tài)圖像的720°全景技術(shù)，建立華北理工大學(xué)720°全景導(dǎo)視系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)校園全方位導(dǎo)航，校園全景風(fēng)貌展示和校園宣傳的三大功能。其中包括對(duì)校園全景的展示；通過對(duì)各個(gè)教學(xué)、辦公、住宿區(qū)域的具體標(biāo)識(shí)的交互操作，展現(xiàn)相應(yīng)近觀實(shí)景；各個(gè)區(qū)域的語音、文字導(dǎo)航與介紹；虛擬實(shí)景觀賞過程中，通過交互操作實(shí)現(xiàn)的焦距變化，視線推移變化和360°的觀察，包括左右環(huán)視、俯視和仰視；佩戴VR眼睛后能夠?qū)崿F(xiàn)沉浸式虛擬全景欣賞。

(三)全景技術(shù)在校園展示中的優(yōu)勢

華北理工大學(xué)720°全景導(dǎo)視系統(tǒng)的建立，可以通過交互操作實(shí)現(xiàn)自由瀏覽，利用圖標(biāo)、語音及文字多種提示近觀校園各重點(diǎn)教學(xué)區(qū)域、樓宇等全景圖像，進(jìn)而體驗(yàn)三維的 虛擬現(xiàn)實(shí)視覺世界。這種全新導(dǎo)視系統(tǒng)的研究，打破了以往高校導(dǎo)視和宣傳方式的單一與平面化，帶來更加直觀便捷、沉浸式的體驗(yàn)。能夠從校園地圖導(dǎo)航，校園各區(qū)域全面了解，校園風(fēng)貌全方位展示等方面，幫助老師和同學(xué)們更好更快的適應(yīng)新的學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于學(xué)校的自我風(fēng)采展示和宣傳，便于外界對(duì)華理新校區(qū)的進(jìn)一步了解和欣賞，促進(jìn)招生。

同時(shí)，這種技術(shù)的應(yīng)用，具有以下特點(diǎn)：

(1)由于其采用了圖形圖像的處理方式，文件數(shù)據(jù)較小，有利于網(wǎng)上在線瀏覽和交互操作，能夠快捷的對(duì)用戶需求進(jìn)行想用，同時(shí)方便了在網(wǎng)絡(luò)上的傳播；

(2)華北理工大學(xué)720°全景導(dǎo)視系統(tǒng)將完全采用華北理工曹妃甸校區(qū)的實(shí)景照片，能夠真實(shí)的反映校區(qū)風(fēng)貌，通過一定的技術(shù)處理，完全能夠建立符合人眼透視習(xí)慣的場景，是觀賞者如身臨其境；同時(shí)節(jié)省了虛擬全景方式中建模所需的時(shí)間和需要占用的數(shù)據(jù)空間，避免了使用和傳輸?shù)牟槐恪?/p>

(3)華北理工大學(xué)720°全景導(dǎo)視系統(tǒng)的交互性和用戶友好性更加出眾，符合一般用戶的使用和交互習(xí)慣，能夠更加便捷的進(jìn)行控制和操作，保障了用戶使用的舒適度。

這些特點(diǎn)提高了該導(dǎo)視系統(tǒng)的使用率和傳播量，能夠?yàn)橐I(lǐng)高校校園導(dǎo)視系統(tǒng)的變革和升級(jí)做出助益，同時(shí)為其他院校提供范例。

三、華北理工大學(xué)720°全景導(dǎo)視系統(tǒng)制作要點(diǎn)

(一)制作方法

通過了解目前已出現(xiàn)的各類全景導(dǎo)視系統(tǒng)，研究其中比較具有普適性的典型案例，通過對(duì)其具體的分析，汲取有利于本項(xiàng)目操作的內(nèi)容，從而建立相應(yīng)的項(xiàng)目解決方案。在華北理工大學(xué)720°全景導(dǎo)視系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)際操作環(huán)境中，進(jìn)行實(shí)景的取材和拍攝，以及相關(guān)的后期制作，按照一定的操作程序，綜合運(yùn)用多種研究方法與技術(shù)，解決項(xiàng)目推進(jìn)中遇到的各種問題。最后通過本項(xiàng)目開展中的具體情況，進(jìn)行歸納和分析，并總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為接下來的其他同質(zhì)同類研究提供幫助。

(二)具體實(shí)施要點(diǎn)

1 前期準(zhǔn)備階段：

首先需要對(duì)應(yīng)用設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)備和添置，對(duì)相應(yīng)軟件進(jìn)行配置。本項(xiàng)目依托藝術(shù)學(xué)院與數(shù)藝工作室的現(xiàn)有設(shè)備，包括已有的全景攝像機(jī)和佳能單反照相機(jī)，以及平衡車等硬件設(shè)備，利用photoshop和Dronepan等軟件進(jìn)行后期合成，在加入語音和文字注釋之后，通過專業(yè)的全景發(fā)布平臺(tái)進(jìn)行測試和使用。

其次是制定詳盡的項(xiàng)目開展計(jì)劃，包括日程安排，設(shè)備借用安排，工作內(nèi)容安排。在初期取景階段，需要的設(shè)備多，不同的拍攝環(huán)境和條件需要借用的設(shè)備也不同，因此需要制定詳盡的計(jì)劃進(jìn)行安排。

2 景物拍攝

華北理工大學(xué)720°全景導(dǎo)視系統(tǒng)的建立，重點(diǎn)在于保障全景圖像的清晰和真實(shí)度，這樣才能真正發(fā)揮其直觀性、沉浸性的特點(diǎn)。對(duì)于全景導(dǎo)視系統(tǒng)全景圖像的前期拍攝是該項(xiàng)目需要解決的關(guān)鍵問題。

需要對(duì)校園區(qū)域進(jìn)行劃分，從而制定詳盡拍攝方式及計(jì)劃。在本項(xiàng)目中，前期校園實(shí)景的拍攝是保證后期整個(gè)全景效果是否真實(shí)、自然、提供用戶沉浸感的重要部分。全景圖像的合成，需要同一景觀不同方位的多個(gè)取景，而新校區(qū)面積較大，教學(xué)區(qū)域較多，因此很難保證短時(shí)間內(nèi)完成。最終生成的校園全景圖需要保證統(tǒng)一的光照條件，天氣狀態(tài)等等，還需保證圖像的完整性，例如盡量避免行人車輛在圖片中出現(xiàn)。這就要求，在取景之前，對(duì)校園各個(gè)區(qū)域進(jìn)行詳盡的劃分，包括日期安排和具體執(zhí)行的實(shí)踐安排，避免同一區(qū)域在后期合成中出現(xiàn)完全不同的光照條件等，避開人流車流大的時(shí)間段。同時(shí)，在取景中保證取準(zhǔn)、取夠，盡量避免補(bǔ)拍，造成前后不符等穿幫。在后期圖片修整中，也可以適當(dāng)對(duì)前期有問題的圖片進(jìn)行光的調(diào)正和穿幫的修正。

3 圖像合成

首先對(duì)圖片進(jìn)行歸類整理，將同一景觀的圖片整理到一個(gè)文件中。然后利用PS等軟件對(duì)圖片進(jìn)行調(diào)整，包括位置的調(diào)整、亮度和其他光照條件的調(diào)整；統(tǒng)一不同時(shí)間地點(diǎn)拍攝的照片的亮度和飽和度及色調(diào)等，使其具有一致性；切除多余的邊角，使其適于縫合軟件對(duì)圖片大小的要求；將圖片多余、不美觀的地方如行人、車輛、樹枝、飛鳥等進(jìn)行消除和美化。最后，通過AI軟件制作地點(diǎn)標(biāo)識(shí)、文字注釋框、語音及文字開關(guān)等圖片。完成后，利用Dronepan軟件對(duì)圖像進(jìn)行縫合，拼接成無縫的全景圖像并在相應(yīng)位置插入制作好的各類圖片。

4 后期制作

在全景圖像處理完成后，為每一個(gè)重點(diǎn)教學(xué)區(qū)域、樓宇、廣場等加入文字注釋，注釋中需要包括該地點(diǎn)或景觀的中英文名稱，主要作用和功能，字?jǐn)?shù)需限制在20到40個(gè)，避免造成界面的不美觀，且增大數(shù)據(jù)量；文字注釋設(shè)計(jì)為常態(tài)隱藏，避免造成正常景觀瀏覽時(shí)對(duì)視線的遮擋，利用設(shè)計(jì)好的圖對(duì)用戶提示此處有文字介紹，用戶可通過單擊圖標(biāo)打開文字提示，再次單擊關(guān)閉。結(jié)合文字注釋錄制語音，插入在相應(yīng)的區(qū)域，并安放制作好的語音開關(guān)圖片，設(shè)計(jì)語音開啟的交互按鈕，如單擊開啟，單擊關(guān)閉，或雙擊開啟雙擊關(guān)閉。對(duì)整個(gè)全景圖像進(jìn)行調(diào)色，采用明亮干凈的色調(diào)，相應(yīng)提高亮度和飽和度，同時(shí)降低色溫，營造校園清爽向上的氣氛。對(duì)圖像、語音和文字進(jìn)行合成和調(diào)整。最后進(jìn)行內(nèi)部測試，包括文字注釋交互開關(guān)的正確響應(yīng)，文字注釋出現(xiàn)的字體和框體顯示是否正常，語音交互開關(guān)的正確響應(yīng)，語音及文字注釋出現(xiàn)位置的正確與否，各個(gè)重點(diǎn)區(qū)域的標(biāo)注是否有疏漏，正確與否，全景圖像在方向交互中是否響應(yīng)正確且視線無死角，在視距交互中可否立即響應(yīng)并達(dá)到清晰效果等等。將出現(xiàn)的問題一一記錄并進(jìn)行修正。在測試中繼續(xù)尋找系統(tǒng)的不足和改進(jìn)的方向，進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整和完善。

5 輸出發(fā)布

選擇適當(dāng)平臺(tái)進(jìn)行發(fā)布，通過各種方式和平臺(tái)推廣鏈接，將鏈接生成二維碼，同步在校園及校園外進(jìn)行宣傳。確保師生對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的便捷獲取和應(yīng)用，同時(shí)幫助校外人員對(duì)華北理工大學(xué)新校區(qū)的更深入了解。在推廣的同時(shí)廣泛聽取各方意見，不斷對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和革新，使其更加符合用戶的需求和使用交互習(xí)慣。

四、結(jié)論

華北理工大學(xué)720°全景導(dǎo)視系統(tǒng)的建立，不僅幫助了老師和同學(xué)們?cè)谛滦^(qū)環(huán)境中更加便捷的進(jìn)行導(dǎo)航，利于師生更快的適應(yīng)新的教學(xué)環(huán)境，同時(shí)豐富了學(xué)校電子信息建設(shè)，為校外人員更深入直觀的了解學(xué)校提供了橋梁。它的建立也為校園導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了全新的視角和方式，改變了以往二維導(dǎo)航方式的呆板和單一，改進(jìn)了虛擬校園系統(tǒng)中建模方式的繁復(fù)和冗余，讓導(dǎo)航和校園宣傳合二為一，成為可交互的、具有沉浸性的全新方式，為其他高校的導(dǎo)視系統(tǒng)提供了一些參考。相信華北理工大學(xué)720°全景導(dǎo)視系統(tǒng)，能夠切實(shí)的為師生、學(xué)校的宣傳和招生帶來助益，在不遠(yuǎn)的未來，通過科技的不斷進(jìn)展與我們對(duì)此系統(tǒng)的不斷更新和改進(jìn)，它會(huì)便的越來越友好和便捷。

[1]張咸蔚.虛擬校園建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用分析[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用,2012,06.

[2]韓慶年.國外高校3D虛擬校園設(shè)計(jì)與應(yīng)用述評(píng)[J].中國教育信息化,2012,09.

[3]師書恩.遠(yuǎn)距離教育和虛擬校園[J].中國電化教育,1997,08.

[4]楊莉.虛擬校園建立方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].交通科技與經(jīng)濟(jì),2014,01.

[5]鄒紅,陸津,包競生.實(shí)景虛擬校園構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2014,01.

Application of 720-degree Panoramic Signs System in Campus

MA Yan, WANG Bao-cun,GAN Lin

(College of Arts, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063210,China)

720-degree panoramic view; campus; sign system; information construction

With the development of the times and the constant maturity of the technology, human beings began to seekmore development and progress in the field of virtual reality. VR technology from the novel into the plot into the public view, but also in a short span of decades. Integrated computer graphics technology, computer simulation technology, display technology and other technology VR technology, more and more appear in our lives. 720-degree panoramic view is a form of virtual reality, it is real to the full range of stunning presentation, let users really can feel personallyon the scene feeling. The technical development of the North China University of science and technology 720-degree panoramic guide system based on the campus will be offered in the navigation path, display school style, to provide help to promote real school publicity and other aspects, inject new vitality for the construction of electronic information school.

2095-2708(2017)02-0144-04

2016-12-07

2016-12-21

馬妍(1990-)，女，河北唐山人，華北理工大學(xué)藝術(shù)學(xué)院研究生在讀，研究方向：數(shù)字藝術(shù)研究。

TP391.9

A