立體校園在線漫游系統(tǒng)

王凱+鞠偉嘉+張高曼+桂易琪

摘要：隨著時代的進步，科學技術的不斷發(fā)展，尤其是智能手機的出現(xiàn)，我們對信息的獲取越來越方便。同時，隨著智能手機在學生群體的普及，提供針對學生的信息服務日趨重要。在面對越來越大的校區(qū)，一套立體校園在線漫游系統(tǒng)的出現(xiàn)就變得非常的重要。本課題是以智能手機為平臺，構建的一個集互聯(lián)網、全景拼接和顯示技術為一體的在線全景漫游系統(tǒng)。

全景漫游技術可以實現(xiàn)虛擬場景漫游，因其具有良好的交互性而受到眾多用戶的青睞。傳統(tǒng)漫游技術基于QuickTime、Flash等實現(xiàn)，標準不統(tǒng)一，依賴性強、集成性差。由于HTML5的問世，基于WebGL庫的全景漫游技術將很好地解決上述問題。全景漫游技術，首先需要采集大量的圖片提供全景圖像合成所需素材，其次利用分割軟件完成全景圖片的處理，最后利用three.js技術來完成全景漫游功能，可以方便地進行場景的平移觀看。

該文主要敘述了立體校園在線漫游系統(tǒng)的需求分析、設計、實現(xiàn)以及測試等相關內容。需求分析從用戶需求和系統(tǒng)需求兩方面以及系統(tǒng)需求中的功能需求和非功能需求等方面展開。通過使用圖形和表格直觀、清楚地實現(xiàn)一整套系統(tǒng)架構的設計。本系統(tǒng)一共分為三個部分，第一部分是數(shù)據(jù)采集；第二部分是全景拼接；第三部分是全景顯示。在實現(xiàn)部分，采用EmguCV庫實現(xiàn)全景拼接功能，使用JSP技術，配合MySQL數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)系統(tǒng)管理功能。最后利用Android實現(xiàn)全景圖片的顯示功能。

關鍵詞：全景漫游技術；Android

中圖分類號：TP37 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）34-0248-03

1 概述

我們正處在21世紀，這是一個信息時代，網絡的開放性、交互性、共享性、超媒體、大容量等優(yōu)勢，給我們的生活和工作都帶來很多方便。目前，地圖導航主要是二維地圖的導航，但是二維地圖不能直觀地顯示當前路面環(huán)境信息，而隨著各大高校的日趨擴大，師生辦事常常很難找到辦事員所在的辦公室，而且二維地圖只能看到建筑平面圖即使到了目的地也不一定能夠找到，所以我們需要一種可以直觀地顯示校區(qū)內建筑信息的方法。

如今虛擬現(xiàn)實技術和三維虛擬環(huán)境發(fā)展迅速，三維全景虛擬現(xiàn)實技術將會給校園的宣傳、展示提供全新的表現(xiàn)形式。隨著近幾年智能手機在學生群體中的不斷普及，以及手機硬件功能的日益強大，各種復雜的、對硬件要求較高的手機應用有了實現(xiàn)的基礎，具有極大的發(fā)展前景[1]。那么，能不能利用這些技術達到我們的目的改變傳統(tǒng)二維地圖只顯示平面圖的缺點呢？因此，我們不斷地研究，經過多次論證，設計開發(fā)出一套立體校園在線漫游系統(tǒng)。

用Android手機為平臺，推出立體校園在線漫游系統(tǒng)應用[2]。該應用使用立體全景技術、立體定位技術、數(shù)據(jù)智能搜索技術，將各種校園資源和應用服務進行整合集中展現(xiàn)在移動智能手機客戶端上，為學生、教室和訪客帶來了便利的移動信息服務。

2 研究意義

校園有了全景虛擬校園展示，可以實現(xiàn)隨時隨地掌上參觀優(yōu)美的校園環(huán)境，展示學校的實力，吸引更多得生源。假如可以把校園環(huán)境、重點實驗室、圖書館、校園周邊生活等設施通過網絡立體地展現(xiàn)出來，讓老師、學生、家長等僅需通過一部手機，就能身臨其境地感受優(yōu)美的校園風光、良好的教學環(huán)境，將對學校的招生工作起到很大的作用[3]。而且現(xiàn)在的大學校區(qū)較以前都擴大了，對于剛入校的學生來說，要找到具體的某個教室或辦公室都是十分困難的，如果可以做到立體定位，只要在手機應用上輸入要查詢的校區(qū)、教室編號或辦公室，就可以在地圖上標注出來，方便了學生。

立體校園在線漫游系統(tǒng)總體目標是：利用先進成熟的計算機軟件開發(fā)技術與定位技術，開發(fā)出一款基于智能手機平臺的應用軟件，通過該軟件實現(xiàn)對學校進行立體瀏覽，并查看周邊相關服務。

3 系統(tǒng)總體設計

本項目由四個部分組成。第一部分，用相機進行各大校區(qū)全景素材的采集，并進行統(tǒng)一編號管理。第二部分，使用自主開發(fā)的全景圖片拼接軟件將采集到的素材拼接成全景圖，然后切割成四等分編號打包。第三部分，使用B/S架構服務器，將全景圖做成網頁顯示，便于Android端顯示。第四部分，使用Android中WebView控件顯示全景圖片，根據(jù)服務器API數(shù)據(jù)確定移動方向，實現(xiàn)漫游。

4 具體實現(xiàn)

本章節(jié)詳細地介紹立體校園在校漫游系統(tǒng)的各個功能模塊的布局和實現(xiàn)效果以及操作流程。

4.1全景拼接模塊

該模塊完成了全景拼接的功能需求?？蓪⒅安杉乃夭膱D片拼接成完整的全景圖。同時，為了配合后面全景圖片在三維場景顯示，可以選擇將全景圖片切割成四張相同大小的圖片。

全景拼接軟件使用C#編寫。如圖2，在“文件”菜單中選擇“導入”子菜單，可以選擇磁盤上的待拼接圖片，點擊拼接按鈕可以實現(xiàn)拼接。左邊顯示導入的圖片，右邊顯示拼接完成后的全景圖片。

全景拼接功能的實現(xiàn)。打開合成軟件，自動進行初始化。初始化主要是對軟件調用顯卡的一些配置。導入圖片素材，備用。點擊拼接按鈕進行圖像拼接。若失敗則初始化軟件，若成功顯示合成后的全景圖。點擊保存按鈕可以將圖片保存到本地。

4.2后臺管理模塊

后臺管理系統(tǒng)是使用JSP技術開發(fā)的動態(tài)網頁。網頁設計使用BootStrap3.0響應式布局框架，美觀大方。數(shù)據(jù)庫使用流行的MySQL 5.6版本，同時使用ORM框架Hibernate進行數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改、查找[4]。后臺開發(fā)使用Java語言，基于JSP開發(fā)，實現(xiàn)了登錄功能和數(shù)據(jù)管理功能。服務器使用Apache的Tomcat 8.0搭建。

如圖3，在管理員登錄該后臺系統(tǒng)之后，Session將登錄信息保持。點擊左邊導航欄可以查看管理校區(qū)信息、學院信息、建筑信息和建筑功能信息。校區(qū)信息管理功能主要對校區(qū)信息進行管理，如校區(qū)名稱、地理位置管理。學院管理功能主要對學院信息進行管理，如學院名稱以及學院所在校區(qū)管理。建筑信息管理功能主要對建筑名稱進行管理，消除各大校區(qū)建筑信息數(shù)據(jù)的冗余。建筑功能信息管理主要針對各校區(qū)建筑的詳細信息進行管理。所有數(shù)據(jù)用于服務器與Android端的數(shù)據(jù)傳輸，以B/S模式開發(fā)的后臺管理系統(tǒng)可以方便有效的管理和維護數(shù)據(jù)，為整個系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)支持[5]。

4.3移動全景漫游模塊

移動全景顯示模塊是基于Android手機平臺實現(xiàn)的。為了便于在校師生能夠快速的定位和導航到所需要的校區(qū)，該模塊還加入了二維地圖導航模塊。

該功能是本系統(tǒng)全景圖片顯示功能。圖4展示了全景圖片的一個局部，在實際操作中，用手指在智能手機的觸摸屏上左右滑動，就可以查看全景圖，用戶可以非常清楚、直觀地了解到該校區(qū)的真實情況。該功能的實現(xiàn)是利用Android中的WebView瀏覽器控件從服務器上加載特定位置的全景顯示網頁。因為運行在服務器上的全景顯示網頁是用了JavaScript技術，所以在初始化WebView的時候需要將WebView設置成允許運行JavaScript程序的模式，以便網頁可以正常顯示[6]。同時加入漫游路徑提示，只要點擊圖中方位按鈕，就可以加載當前位置對應方位的全景圖，實現(xiàn)真正的在線漫游。

4.4地圖導航模塊

該功能是立體在線漫游系統(tǒng)中移動端的地圖導航功能。通過點擊主界面的路線菜單彈出一個對話框。該對話框本質是一個Activity，在對話框中可以選擇要到達的校區(qū)以及導航的方式。主Activity通過start Activity For Result方法啟動導航Activity，同時重寫on Activity Result方法，用于返回導航所選的校區(qū)和方式信息。在主Activity接到回調信息后，根據(jù)具體情況在二維地圖上畫出導航路線。

圖6為揚州大學廣陵學院路南校區(qū)前往揚州大學荷花池校區(qū)的步行路線圖。圖中標有行人的圓圈標記是導航指引，點擊標記就可以查看具體路線怎么走。

5 結束語

本文描述了基于全景技術的校園在線漫游系統(tǒng)的開發(fā)流程，并加入LBS服務使得系統(tǒng)更加完善。該系統(tǒng)面向在校師生，通過移動應用可以方便直觀的瀏覽校園全景圖，也可以導航校區(qū)各個場館辦公室等。與此同時，該系統(tǒng)也存在不足，整個全景拼接過程從素材采集到圖像拼接較為機械，重復的勞動過多。因此在今后的設計中提高系統(tǒng)的自動化水平顯得較為重要。

參考文獻：

[1] 李慧.芻議校園360度全景展示技術的實現(xiàn)[J].科技資訊，2012（5）.

[2] 張波.智能手機在高校的宣傳應用模式探討[J].中國新通信，2014（6）.

[3] 王正梅.淺析多校區(qū)大學管理模式及其管理要點[J].科教導刊，2012（6）.

[4] 許宏圖.STRUTS和HIBERNATE在企業(yè)應用中的研究[D]. 天津：天津大學，2005.

[5] 王雨竹.MySQL入門經典[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[6] 李剛.瘋狂Android講義[M].2版. 北京：電子工業(yè)出版社，2013.