基于虛擬校園三維全景漫游系統(tǒng)的構(gòu)建研究

【摘 要】以大理大學(xué)全景漫游系統(tǒng)的構(gòu)建為目標(biāo)，利用全景漫游技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了虛擬校園的全景漫游系統(tǒng)。重點(diǎn)研究了全景圖的獲取、拼接和漫游的方法。

【關(guān)鍵詞】全景圖；全景圖拼接；漫游系統(tǒng)

【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(jī)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(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)構(gòu)建出全景空間，讓使用者能用鼠標(biāo)控制瀏覽的方向，可左可右、可上可下觀看物體或場(chǎng)景，并實(shí)現(xiàn)全景空間的切換，達(dá)到瀏覽各個(gè)不同場(chǎng)景的目的[1]。

近年來(lái)，大學(xué)建設(shè)結(jié)合地域文化，充分利用自然原本的環(huán)境和原有的特色，建設(shè)出獨(dú)具個(gè)性特色的校園，并逐漸成為極具新意的人文景觀?！皵?shù)字化校園”已被各大學(xué)校廣泛應(yīng)用來(lái)進(jìn)行學(xué)校信息管理和知名度宣傳，傳統(tǒng)的校園展示都是建立在平面圖像或視頻影像的基礎(chǔ)上，這種表達(dá)方式性能單一、交互性差。

大理大學(xué)擁有得天獨(dú)厚的自然生態(tài)環(huán)境，有 “大學(xué)中的山水、山水中的大學(xué)”的美譽(yù)，本文利用全景技術(shù)實(shí)現(xiàn)大理大學(xué)全景漫游系統(tǒng)，把校園的景色和建筑在網(wǎng)絡(luò)上真實(shí)再現(xiàn)并實(shí)現(xiàn)共享，能讓人們更為直觀、清晰的認(rèn)識(shí)和了解校園的美麗景色、辦學(xué)設(shè)施等情況，產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)，滿足學(xué)校對(duì)外招生宣傳、校園展示等方面的要求。

1 制作過(guò)程

1.1 研究方法和技術(shù)路線

1.2 全景圖的獲取

為了使制作的全景漫游系統(tǒng)更具真實(shí)感，以及拍攝360度的全景，使用魚眼鏡頭+相機(jī)+云臺(tái)的拍攝系統(tǒng)。此系統(tǒng)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(tǒng)制作時(shí)就可以進(jìn)行少量的對(duì)天地“打補(bǔ)丁”，呈現(xiàn)更加逼真的漫游效果。

選取好拍攝場(chǎng)景后，將該拍攝系統(tǒng)安放在場(chǎng)景的中心位置，調(diào)整好拍攝基線的高度，以及相機(jī)各項(xiàng)參數(shù)，就可以進(jìn)行全景拍攝了。順時(shí)針的進(jìn)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(tǒng)，因此拍攝完成后，還在需在原地進(jìn)行天空和地面的補(bǔ)充拍攝，為后期“打補(bǔ)丁”提供素材。

1.3 全景圖的拼接

使用PTGui Pro軟件對(duì)拍攝的魚眼照片進(jìn)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(duì)準(zhǔn)圖像”功能，引入手動(dòng)匹配同名像素點(diǎn)，可以更好地解決重疊度低，或者拍攝基線不水平等問(wèn)題，是的拍攝的照片可以更加準(zhǔn)確精確的進(jìn)行全截圖的拼接合成。

在PTGui Pro軟件中加載所拍攝的同一場(chǎng)景的全部魚眼照片，對(duì)其進(jìn)行鏡頭參數(shù)設(shè)置、排序和剪裁后，就可以進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)處理了。如果拍攝的照片較好，軟件將進(jìn)行自動(dòng)的對(duì)準(zhǔn)拼接處理，但很多時(shí)候需要手動(dòng)加入“控制點(diǎn)”。在相鄰兩張照片的重疊部分尋找相同的點(diǎn)（即同名像點(diǎn)），同名像點(diǎn)的數(shù)量為3-6個(gè)，且均勻分布。之后進(jìn)行“優(yōu)化”處理，判斷同名像點(diǎn)選取的是否合理，如果優(yōu)化器優(yōu)化后結(jié)果不錯(cuò)，可以接受優(yōu)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(duì)照片進(jìn)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(shí)光線和陰影、遮擋等問(wèn)題，對(duì)于拼接好的全景圖還需進(jìn)行PS處理。在Photoshop軟件中，進(jìn)行曝光、HDR、變形、剪裁、去除陰影等調(diào)整和處理，最后保存圖3的全景圖，就可用于漫游系統(tǒng)的制作了。

1.4 構(gòu)建校園漫游系統(tǒng)

使用Pano2vr軟件制作虛擬校園全景漫游系統(tǒng)。先進(jìn)行單個(gè)場(chǎng)景的漫游的創(chuàng)建，并對(duì)每個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行天地“打補(bǔ)丁”，創(chuàng)建好單場(chǎng)景漫游后，通過(guò)制作的皮膚，創(chuàng)建“熱點(diǎn)”把全部單場(chǎng)景漫游加載到一起，再制作皮膚、加入音樂(lè)、講解、地圖等制作成為虛擬校園全（下轉(zhuǎn)第27頁(yè)）（上接第37頁(yè)）景漫游系統(tǒng)。

在創(chuàng)建好全部單一場(chǎng)景，并用原始“熱點(diǎn)”連接后，需制作一個(gè)個(gè)性化的“皮膚”?！捌つw”在Pano2vr軟件的皮膚編輯器中進(jìn)行中制作，皮膚編輯器的主要功能是：

1）可以個(gè)性化的設(shè)計(jì)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(wǎng)絡(luò)上下載，也可以使用PhotoShop軟件進(jìn)行自己制作后導(dǎo)入；

3）可以設(shè)計(jì)熱點(diǎn)地圖和雷達(dá)，增強(qiáng)全景漫游的方向感和區(qū)位感；

4）可以添加動(dòng)畫和聲音效果，增強(qiáng)感官和視覺(jué)效果；

5）可以添加外部網(wǎng)站和節(jié)點(diǎn)標(biāo)記，使漫游內(nèi)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(shè)計(jì)，或者在第三方網(wǎng)站進(jìn)行下載。

下圖為使用不同皮膚的虛擬校園全景漫游系統(tǒng)，第一個(gè)圖為使用模板皮膚的漫游，第二個(gè)圖為用自己創(chuàng)建的皮膚的漫游，圖二使用了Google Earth軟件截取的學(xué)校區(qū)域的衛(wèi)星地圖，之后使用PhotoShop軟件進(jìn)行裁剪、色彩和曝光等調(diào)整后，做成tiff或png格式的圖片后導(dǎo)入皮膚編輯器中，在地圖的相應(yīng)位置添加對(duì)應(yīng)的6個(gè)“熱點(diǎn)”，使之可以進(jìn)行場(chǎng)景間的切換。

2 總結(jié)

全景攝影是一種比較實(shí)用的技術(shù)，由于其數(shù)據(jù)量小，場(chǎng)景真實(shí)逼真，獲取數(shù)據(jù)方面容易，制作流程比起三維建模來(lái)也相對(duì)簡(jiǎn)單方面，并且較大的降低了成本等優(yōu)點(diǎn)，使其在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，全景攝影是在互聯(lián)網(wǎng)上展示真實(shí)場(chǎng)景效果最好的工具[7-8]。此系統(tǒng)所構(gòu)建的數(shù)字校園是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將真實(shí)的校園場(chǎng)景通過(guò)數(shù)字化模型再現(xiàn)到計(jì)算機(jī)中，對(duì)校園場(chǎng)景進(jìn)行全方位、立體式、交互式展示。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]