720°全景校園漫游系統(tǒng)設(shè)計與制作

孫建偉 鄭秀娥

摘 要：720°全景是一種三維立體感的實景圖像，是當(dāng)前發(fā)展迅速并且廣泛流行的一種虛擬現(xiàn)實技術(shù)。本文詳細介紹了校園720°全景漫游系統(tǒng)制作的全過程，主要包括：前期規(guī)劃、實景照片的拍攝、全景圖像的拼接以及全景照片網(wǎng)絡(luò)發(fā)布形成漫游系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：720°全景 全景照片 漫游系統(tǒng)

720°全景是一種三維立體感的實景圖像，其中720°是指在水平方向上360°，垂直方向上360°，即能看到全天全地的全景圖像，是當(dāng)前發(fā)展迅速并且廣泛流行的一種虛擬現(xiàn)實技術(shù)。720°全景，以虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為基礎(chǔ)，以平面圖像作為對象，運用數(shù)字技術(shù)處理，將真實的相片變?yōu)樽屖褂谜弋a(chǎn)生身臨其境的三維立體效果。720°全景可以給人帶來置身其中的真實的感覺，這種實現(xiàn)手法給用戶提供全方位視角的感受。正因為此種優(yōu)點，該技術(shù)已經(jīng)開始被應(yīng)用到虛擬校園、酒店旅館、房地產(chǎn)、旅游景區(qū)等領(lǐng)域。

三維建模技術(shù)也可產(chǎn)生一種真實場景的感覺，但其前期資源消耗量巨大，實施起來比較繁瑣，而720°全景則具有數(shù)據(jù)存儲量小，制作過程簡單，系統(tǒng)要求低等特點。與此同時，由于720°全景以真實的場景拍攝為基礎(chǔ)，因此與三維建模技術(shù)創(chuàng)造的虛擬場景相比，720°三維全景的真實感更為強烈。

一、720°全景技術(shù)的優(yōu)點及其應(yīng)用

720°全景技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

一是承載的信息量大。720°全景圖像可以比二維圖像表達更多的信息。

二是真實感強。由于720°全景是基于真實場景圖片制作生成的，所以具有照片級的真實感，與人眼觀看到的場景并無二致，而三維建模生成的場景是無法與之相比的。

三是效率高。全景圖像采集方便，制作周期非常短，與三維建模技術(shù)相比制作成本更低，原始圖像素材的準(zhǔn)備工作簡單，一部單反相機加圖像處理軟件，便能夠很快制作出全景圖像。

四是沉浸感強。利用計算機技術(shù)對全景圖像進行透視處理可以模擬真實三維實景，帶入感強烈，可以給游覽者帶來身臨其境的感覺。

五是宣傳方便。文件體積比較小，傳輸方便，可以利用強大的網(wǎng)絡(luò)進行體驗。同時由于發(fā)布方式多種多樣，適合各種形式的展示。

二、校園720°全景漫游系統(tǒng)前期規(guī)劃

校園720°全景漫游系統(tǒng)其實質(zhì)就是一個全景地圖系統(tǒng)，主要面向即將報考該專業(yè)的學(xué)生以及想要了解該校的社會人士，所以全景地圖要準(zhǔn)確地表現(xiàn)校園風(fēng)光風(fēng)貌。根據(jù)校園的實際情況，需要計劃拍攝場景，每個場景水平6張，天地各2張，以保證后期可以拼接成一個720°球形場景，要注意以下幾個方面。

一是拍攝地點的選擇：被選定的地點一定要具代表性，能體現(xiàn)校園特色，然后根據(jù)所選地點制定一條或幾條游覽路線。

二是拍攝時段的選擇：在實景圖像采集過程中要注意選擇天氣晴朗光線較好的時段進行，保證所采集的圖像具有較高的質(zhì)量，和較一致的光線效果。

三是拍攝器材的選擇：在拍攝地點、時間、計劃完成后，接下來要做的就是拍攝器材的選擇，本設(shè)計過程中所采用的拍攝器材是單反相機、魚眼鏡頭、全景云臺與三腳架，大疆無人機。

四是采集照片的數(shù)字化處理：采集的照片因拍攝時間點的差異、天氣狀況差異、角度的差異等因素，會產(chǎn)生細微的顏色差別，必須對采集的原始照片素材進行后期處理，保證正常曝光、顏色正常并一致。

五是全景圖像的拼接及融合：原始照片經(jīng)過數(shù)字化處理后，接下來就是全景圖像的拼接，本設(shè)計采用PTGui軟件作為圖像拼接的軟件。

六是全景圖像的上傳：將上一步完成的球形圖像文件上傳至720云平臺，生成360°全景效果，然后將生成的獨立全景鏈接起來形成一個720°漫游系統(tǒng)。

三、實景照片的拍攝

在調(diào)試好設(shè)備之后開始進行素材的拍攝工作，相機大致放在場景中心位置，首先拍攝水平的6張圖片，全景云臺有刻度盤，每隔60°拍攝一張圖片，然后拍攝一張?zhí)炜?，最后拍攝地面，機位正下方的腳架或者腳架的陰影是在拍攝和首次拼接時無法回避的問題。拍攝地面時，通常將相機取下，手持拍攝兩張地面圖。注意在拍攝過程中保持相機的各項參數(shù)固定不變。這樣做是因為正下方有規(guī)則且連續(xù)的圖案，如果是柏油馬路，又沒有什么圖案，就可以選擇不拍攝地面，后期直接用ps進行內(nèi)容識別填充更高效快捷。

另外，同一場景的采集時間要盡快，時間間隔不要太久，以免外界移動物體影響后期拼接效果。因魚眼鏡頭的視角原因，每次拍攝都會有身體或影子出現(xiàn)在照片里，而解決的方法是拍攝兩張站立位置不一樣的圖片，后期用蒙版工具擦除身體與影子的部分。

四、全景圖像的拼接

圖像拼接是指把采集到的一些有相互重疊區(qū)域的圖像序列變成一幅無縫的720°全景圖。圖像的拼接是構(gòu)建360°虛擬全景空間的一個重要步驟，是全景圖生成中最為關(guān)鍵的一步，全景圖拼接質(zhì)量的好壞決定著全景漫游效果的好壞。目前圖像拼接最為常用的軟件是PTGui。

PTGui是一款多功能全景制作工具，它通過為全景制作工具（Panorama Tools）提供可視化界面來實現(xiàn)對圖像的拼接，從而創(chuàng)造出高質(zhì)量的全景圖像。制作過程分為如下幾步。

第一，導(dǎo)入素材。打開PTGui軟件，點擊首頁的“加載圖像”，找到原始素材的路徑將原始素材添加到軟件中。選擇具體使用的相機/鏡頭參數(shù)，點擊第二步對準(zhǔn)圖像，軟件自動識別對準(zhǔn)全景圖，這里需要注意的是開始導(dǎo)入的圖像不包括地面的兩張圖，因為此過程是軟件自動進行識別，只能夠簡單地拼接水平的六張圖，地面天空比較復(fù)雜，軟件無法進行自動拼接。

手動添加地面兩張圖。在添加好地面的圖片之后，使用軟件的蒙版工具，將水平六張圖片中出現(xiàn)的身體或影子擦掉，紅色部分即為擦除部分。用同樣的方法擦除兩張地面圖里面的身體或影子，不同的是只需要留下三腳架正下方以及三腳架影子地方的地面即可，用于替換三腳架及其影子。

第二，添加控制點?？刂泣c就是兩張圖片的連接點，添加控制點的目的就是告訴軟件這兩張圖片的相同點，使其更好地拼接。在添加控制點之前隱藏蒙版并放大100%，可以更好地添加控制點，每兩張圖片之間至少要添加3個控制點，重復(fù)添加直至2張地面圖與水平六張圖之間都有鏈接。

添加控制完畢之后，選擇“優(yōu)化器”選項，在運行優(yōu)化器之前在兩張地面圖的視點打鉤以矯正視點，運行優(yōu)化器之后打開全景圖像編輯器，仔細觀察全景圖像，注意每個細節(jié)是否都拼接合適。

第三，反復(fù)修改。然后返回控制點選項卡，繼續(xù)添加控制點，直到全景圖像的拼接趨于完美，有些時候由于拍攝的原因，一些很明顯的小瑕疵無法通過PTGui軟件來處理。對此可以直接導(dǎo)出全景圖，用Photoshop軟件進行后期處理。

第四，導(dǎo)出全景圖片。導(dǎo)出全景圖片，保持縱橫比2∶1，品質(zhì)100%，格式j(luò)peg，選擇要輸出的路徑，其他默認，然后創(chuàng)建全景圖。

五、空中全景照片的制作方法

空中全景照片的拍攝可以采用無人機高空懸停多角度拍攝的方法來拍攝，后期將拍攝的空中照片通過PTGui來拼接出全景圖像，具體操作步驟如下。

第一，無人機升到一定高度。這個高度選在沒有建筑物遮擋視線和能完整展現(xiàn)拍攝主體的平衡點，一般以50～100m為宜。

第二，將無人機的云臺視角設(shè)置為水平?？刂扑叫D(zhuǎn)操縱桿進行順時針或逆時針360度旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)45度拍攝一張照片，保證每兩張照片之間有20%的地方是重合的，以方便后期拼接。

第三，將無人機云臺視角調(diào)為下傾45度，用與上面同樣的方式，每45°拍攝一張，至少拍攝8張。

第四，將云臺調(diào)為90°垂直地面，俯拍一張底圖。

第五，將這同一場景至少17張圖片導(dǎo)入全景拼接軟件PTGui中，拼接過程參照“四、全景圖像的拼接”即可。

第六，雖然圖片拼接到了一起，但是由于無人機視角的限制（無法仰拍），導(dǎo)致天空的不完整。這就需要進行后期“補天”，天空的樣子全世界都是類似的，這種照片我們可以自己拍攝或者直接利用素材進行拼接。

六、全景照片網(wǎng)絡(luò)發(fā)布形成漫游系統(tǒng)

全景要做成漫游系統(tǒng)需要一個平臺來支撐。目前最常用的方式是網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的方式，該方式制作簡單快捷，制作出的漫游系統(tǒng)美觀大方。利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器強大的計算能力，只需要將做好的全景照片上傳到網(wǎng)站，然后再編輯鏈接每個場景，便可以高效地制作出一個漫游系統(tǒng)。

國內(nèi)常用的全景互動分享平臺是720yun.com，基于云存儲平臺的優(yōu)勢，用戶還可以將在線平臺作為全景存儲管理的地方，解決用戶的制作成本高管理復(fù)雜的問題。全景漫游系統(tǒng)可以對多個全景場景進行邏輯串聯(lián)，并配圖片或文字說明、音視頻等，通過熱點、對話框、地圖、縮略圖、功能框、功能鍵及其他自定義操作，建立全功能的虛擬場景漫游，對場景進行整體實景還原。全景漫游提供將客觀真實存在著的場景以虛擬全景漫游形式，通過瀏覽器達到異地虛擬效果，實現(xiàn)用戶足不出戶地游歷景物景點和建筑物內(nèi)部場景等功能。

全景漫游制作主要是鏈接每個場景，組成一個實景地圖，打開全景高級設(shè)置，即可制作每個場景之間的鏈接。同時設(shè)定初始視角，添加陽光、雨雪等天氣特效，還可以嵌入一張二維平面地圖作為沙盤，在全景切換中添加熱點，可以鏈接到各個場景，并且選擇鏈接圖標(biāo)以及動畫方式，將各個場景鏈接完畢后就可以發(fā)布了，該平臺提供了鏈接和二維碼供用戶使用。使用手機掃描二維碼，可以進入場景進行漫游。

（作者單位：山東水利技師學(xué)院）