校園三維全景漫游系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

綦英帆　呂夢(mèng)菲　遲珊姍　周雅詩(shī)

摘 要：文章以臨沂大學(xué)全景校園漫游系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)，分析并研究了校園漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)、具體實(shí)現(xiàn)步驟等內(nèi)容，最終完成了校園全景漫游系統(tǒng)，通過(guò)全方位展示美麗校園，為用戶提供位置信息服務(wù)，助力學(xué)校教學(xué)、招生等各方面應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：虛擬校園;漫游系統(tǒng);全景漫游

中圖分類號(hào)：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2022）03--04

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.037

目前，全景漫游技術(shù)的迅猛發(fā)展，為視覺(jué)市場(chǎng)注入了新鮮血液。不僅如此，全景具有廣闊的應(yīng)用前景，如旅游景點(diǎn)、酒店、建筑和房地產(chǎn)展覽裝飾等，受到日益廣泛的關(guān)注。校園三維全景漫游系統(tǒng)以其交互性強(qiáng)、真實(shí)感強(qiáng)、漸變快速、生成全景等特點(diǎn)，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)地圖形式、教學(xué)領(lǐng)域的虛擬展示不夠逼真等缺陷，滿足了現(xiàn)代虛擬展示領(lǐng)域的基本交互要求，通過(guò)三維全景漫游系統(tǒng)，用戶不僅可以體驗(yàn)到一個(gè)平面化的視覺(jué)感受，而且可以獲得更多層次的視覺(jué)感受，給用戶帶來(lái)身臨其境的感覺(jué)[1]。

此篇論文主要總結(jié)了校園全景漫游系統(tǒng)的亮點(diǎn)，詳細(xì)論述了實(shí)現(xiàn)全景漫游系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)以及全景漫游的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想與實(shí)現(xiàn)方法等內(nèi)容。

1 全景校園漫游系統(tǒng)研究目的

三維全景漫游技術(shù)的發(fā)展，給各行各業(yè)帶來(lái)重大的變革。三維全景與博物館結(jié)合，誕生了數(shù)字博物館;三維全景與電子地圖結(jié)合，誕生了百度街景;三維全景與展覽結(jié)合，誕生了VR展覽館;三維全景與房地產(chǎn)結(jié)合，誕生了VR看房;三維全景與高校招生宣傳相結(jié)合，會(huì)帶來(lái)哪些變化？每年高考后，高考學(xué)生報(bào)志愿時(shí)，都要打開(kāi)有意向?qū)W校的網(wǎng)站，提前感受一下學(xué)校的文化和氛圍，此時(shí)的學(xué)生都想到校園里走一走。對(duì)于高校來(lái)說(shuō)，生源質(zhì)量高低直接影響和制約著高校人才培養(yǎng)質(zhì)量的高低。為吸引優(yōu)質(zhì)生源的報(bào)考，各高校加大了招生宣傳的力度，據(jù)了解，近年來(lái)，北京大學(xué)、安徽工業(yè)大學(xué)、西北大學(xué)等多所知名高校推出了校園全景漫游系統(tǒng)。

因此，利用三維全景漫游技術(shù)制作高校校園的全景漫游，有利于考生提前感受學(xué)校的文化和氛圍，有利于考生下定決心報(bào)考本校，有利于考生提前熟悉學(xué)校環(huán)境，對(duì)于學(xué)校招生宣傳具有重要意義。

2 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)與特色

2.1 研究前沿的全景漫游技術(shù)，市場(chǎng)空間巨大，有利于未來(lái)創(chuàng)業(yè)

越來(lái)越多的人意識(shí)到全景漫游技術(shù)的重要性，現(xiàn)在技術(shù)支持人們足不出戶便能身臨其境地感受各地特色，未來(lái)市場(chǎng)空間很大，在學(xué)校掌握這門技術(shù)，對(duì)將來(lái)的創(chuàng)業(yè)或就業(yè)提供幫助。

2.2 解決學(xué)校的剛性需求

目前，越來(lái)越多的高校認(rèn)識(shí)到校園全景漫游系統(tǒng)的重要性，開(kāi)發(fā)了自己的全景系統(tǒng)，極大地方便學(xué)生了解校園，尤其是對(duì)未入學(xué)新生和想要報(bào)考的考生來(lái)說(shuō)，在目前因疫情封校的狀態(tài)下，能更加全面地了解校園教學(xué)樓、宿舍及其他場(chǎng)所的分布，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)部的720°全景展示，與此同時(shí)，這對(duì)學(xué)校也起到了一定的宣傳作用。項(xiàng)目屬于帶著問(wèn)題來(lái)研究相關(guān)技術(shù)，因此項(xiàng)目本身很有針對(duì)性[2]。

2.3 項(xiàng)目涉及藝術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)，更契合數(shù)字媒體藝術(shù)跨學(xué)科的特點(diǎn)

項(xiàng)目涉及前期的圖片拍攝、全景圖的處理（這部分工作偏藝術(shù)），例如：照片拍攝需要的角度、構(gòu)圖、光影等，照片處理后的調(diào)色、修正。后期全景圖的展示與漫游的實(shí)現(xiàn)涉及計(jì)算機(jī)前端技術(shù)（這部分工作偏理科），能夠更好地發(fā)揮數(shù)字媒體藝術(shù)專業(yè)學(xué)生的專長(zhǎng)。

3 全景漫游系統(tǒng)的核心技術(shù)支持

3.1 全景技術(shù)介紹

全景也稱為全景攝影或虛擬實(shí)景，是基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。全景圖技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)重要分支，是一種新興的可交互的富媒體技術(shù)，在眾多行業(yè)，全景圖技術(shù)因其簡(jiǎn)單便捷的制作流程和直觀獨(dú)特的體驗(yàn)方式而具有廣泛的應(yīng)用前景與商業(yè)價(jià)值，具有采集和制作簡(jiǎn)單、視角全方位、記錄性和再現(xiàn)性強(qiáng)、系統(tǒng)要求低等特點(diǎn)[3]。

3.2 全景校園漫游技術(shù)介紹

全景校園漫游技術(shù)是基于全景漫游技術(shù)在校園展示上的應(yīng)用，在這一系統(tǒng)中，足不出戶便能了解學(xué)校的景色與路程信息，其交互功能可以轉(zhuǎn)換場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)地圖路線、漫游路線等一些交互式操作[4]。

3.3 Insta360全景相機(jī)使用技術(shù)

Insta360 Pro相機(jī)提供了多種相機(jī)與客戶端之間的連接方式，分為圖傳連接、有線連接、無(wú)線連接三種，可連接電腦、IPad或手機(jī)，遠(yuǎn)程控制相機(jī)，使用無(wú)線連接—AP連接方式對(duì)相機(jī)進(jìn)行操控及使用[5]。

首先調(diào)整相機(jī)WIFI模式為“AP”，用手機(jī)App客戶端設(shè)備打開(kāi)WIFI，搜索名為Insta360-Pro-XXXXXX的WIFI AP熱點(diǎn)，默認(rèn)密碼為88888888（8個(gè)8），進(jìn)行連接。連接成功后，打開(kāi)Pro App，選擇“連接方式二”，點(diǎn)擊“連接”即可使用Insta360 Pro相機(jī)。

拍攝階段使用了App客戶端拍攝照片，以安卓手機(jī)App界面演示，如圖1所示。

相機(jī)設(shè)置了拍照、錄像、直播推流、拼接校準(zhǔn)、存儲(chǔ)管理、相機(jī)設(shè)置等功能入口。點(diǎn)擊進(jìn)入拍照模式，App會(huì)自動(dòng)加載預(yù)覽流程，待完成后可進(jìn)行拍攝，開(kāi)啟陀螺儀防抖，該按鈕開(kāi)啟狀態(tài)下，相機(jī)的實(shí)時(shí)拼接功能存儲(chǔ)的照片畫(huà)面自動(dòng)根據(jù)陀螺儀數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正。VR模式預(yù)覽按鈕，點(diǎn)擊切換至VR眼鏡模式觀看預(yù)覽效果。關(guān)閉預(yù)覽畫(huà)面按鈕（關(guān)閉后可以省電，輕觸預(yù)覽區(qū)域再次開(kāi)啟）。

3.4 補(bǔ)天補(bǔ)地技術(shù)

安裝Flexify插件：打開(kāi)Photoshop所在的文件夾，找到plug-ins，將Flexify插件放進(jìn)此文件夾。

使用方法：打開(kāi)Photoshop，將圖片復(fù)制一份，然后選擇Filter，再選擇Flexify插件，在Input中選擇equirectangular;Output中選擇zenith&nadir，實(shí)現(xiàn)從全景照片到天空和地面局部照片的切換，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行地面與天空的處理。畫(huà)面處理完成后，在Input中選擇zenith&nadir;Output中選擇equirectangular將此圖切換成正常全景模式;最后保存導(dǎo)出即可。

Flexify插件使用界面圖如圖2所示。

4 校園漫游系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)

4.1 前期整體思路分析和準(zhǔn)備

查閱全景漫游系統(tǒng)成功案例的相關(guān)資料，與VR全景設(shè)計(jì)公司交流溝通，吸取經(jīng)驗(yàn)，確定校園漫游系統(tǒng)研究的方法及手段，并確定詳細(xì)的內(nèi)容框架[6]。首先規(guī)劃校園整體拍攝路線，在臨沂大學(xué)區(qū)域的景觀取景、拍照，觀察現(xiàn)實(shí)景觀，了解建筑分布狀況。確定合理的位置點(diǎn)，使用全景相機(jī)采集照片并合成，在PhotoShop中完成對(duì)全景圖像的美化與修整。最后在720云平臺(tái)進(jìn)行漫游制作，在其中標(biāo)注文字信息，制作交互熱點(diǎn)，完成發(fā)布。全景漫游規(guī)劃流程圖如圖3所示。

4.2 全景圖像的制作與合成

4.2.1 校園漫游拍攝規(guī)劃

分析與考察地理位置，臨沂大學(xué)校園內(nèi)主要由以圖書(shū)館為中心向外擴(kuò)展的教學(xué)樓、學(xué)院樓、學(xué)生宿舍、體育館、操場(chǎng)、籃球場(chǎng)等組成，經(jīng)過(guò)實(shí)地勘察和分析設(shè)置了20個(gè)組，分別是校園內(nèi)標(biāo)志性建筑，將其作為中心區(qū)，方便拍攝與后期漫游。

經(jīng)過(guò)分析與考察確定好本漫游系統(tǒng)的拍攝思路是以臨沂大學(xué)圖書(shū)館為中心，劃分為兩部分（圖書(shū)館以西為一區(qū)，圖書(shū)館以東為二區(qū)）沿著學(xué)校主路呈放射狀路線拍攝。計(jì)劃先從二區(qū)開(kāi)始拍攝，順著學(xué)校道路的分布，從主路到支路、從建筑外到建筑內(nèi)，逐步深入到每一個(gè)拍攝場(chǎng)景。要確定人群流量集中的時(shí)間點(diǎn)，盡量避開(kāi)人群流量多的時(shí)間段。

臨沂大學(xué)校內(nèi)拍攝路線規(guī)劃圖如圖4所示。

4.2.2 全景圖像采集

拍攝方法：選擇好拍攝位置，在拍攝場(chǎng)景中選擇合適的位置放置相機(jī)，將相機(jī)固定在三腳架上，檢查相機(jī)與三腳架是否穩(wěn)固，調(diào)試相機(jī)，通過(guò)預(yù)拍攝選取合適的光圈值和快門值，達(dá)到拍攝的地點(diǎn)的照片畫(huà)面曝光效果相近。

拍攝注意事項(xiàng)：第一，觀察校園人群流動(dòng)，防止行人干擾畫(huà)面。如果畫(huà)面中有人群，會(huì)干擾畫(huà)面，導(dǎo)致照片中同一個(gè)人物會(huì)在照片的不同方位多次出現(xiàn)，或全景相機(jī)在自動(dòng)拼接圖片中出現(xiàn)殘缺人影等;第二，注意調(diào)整某些角度照片的曝光度;第三，拍攝前要檢查三腳架、云臺(tái)是否穩(wěn)固，水平儀設(shè)置是否合適，確保獲得最佳拍攝效果。

4.3 全景圖像后期處理

4.3.1 分類整理素材

全景照片全部拍攝完畢后進(jìn)行初步篩選，分出需要的圖片，分類整理這些素材，以方便后期處理。根據(jù)校園劃分區(qū)域，新建“一區(qū)文件夾”“二區(qū)文件夾”兩個(gè)文件夾，將照片重新命名并根據(jù)所處位置存入相應(yīng)的文件夾。

4.3.2 地面處理

在拍攝時(shí)因機(jī)器本身的局限性導(dǎo)致全景照片中留有機(jī)器支架及其投影，影響照片美感，需要對(duì)圖片進(jìn)行處理。在Photoshop中打開(kāi)Flexify插件，復(fù)制圖片，將全景照片切換到天空和地面的局部照片，在此模式下將地面上三腳架及影子處理掉。

4.3.3 圖片美化

由于受到天氣、時(shí)間等不確定因素的影響，導(dǎo)致一些圖片整體發(fā)暗或者天空灰暗，影響圖片美觀，需要將圖片中的天空調(diào)色或整體提高亮度。打開(kāi)Photoshop對(duì)照片進(jìn)行調(diào)色，例如通過(guò)Photoshop調(diào)整讓圖片中的天空更藍(lán)，內(nèi)容更鮮艷明亮，增強(qiáng)畫(huà)面的美感[7]。

4.4 全景展示實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的交互效果基于720云客戶端制作。制作過(guò)程中，首先打開(kāi)瀏覽器，登錄720云官網(wǎng)，注冊(cè)賬號(hào)，在右上方點(diǎn)擊發(fā)布作品按鈕，默認(rèn)“全景圖片”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“上傳素材”選項(xiàng)，可以將后期處理好的全景素材上傳至網(wǎng)絡(luò)，上傳完成后確認(rèn)，即可輸入作品標(biāo)題，點(diǎn)擊“發(fā)布作品”，即可點(diǎn)擊發(fā)布。通過(guò)“全景高級(jí)設(shè)置”進(jìn)入全景高級(jí)界面，在場(chǎng)景目錄中對(duì)各全景圖片進(jìn)行詳細(xì)的歸類和整理，主要分為一區(qū)宿舍附近、圖書(shū)館附近、體育場(chǎng)所區(qū)、二區(qū)宿舍附近、辦公樓附近、公共教學(xué)樓、新實(shí)驗(yàn)樓附近及主要干道等場(chǎng)景文件夾。然后，添加交互熱點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全景切換功能[8]。

720云制作界面如圖5所示。

5 結(jié)語(yǔ)

文章主要介紹了一種基于校園實(shí)景的全景漫游展示，此系統(tǒng)發(fā)布到校園官網(wǎng)、官方微博、微信公眾號(hào)等平臺(tái)后，觀看者可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)輕松實(shí)現(xiàn)便捷的校園漫游導(dǎo)航，直觀了解校園環(huán)境、建筑風(fēng)格及師生面貌[9]。全景漫游不僅應(yīng)用于校園建設(shè)展示，而且在現(xiàn)在與未來(lái)各種行業(yè)都能得到應(yīng)用，用戶能夠體驗(yàn)到全景漫游帶來(lái)的全新、完美的體驗(yàn)，具有重要的實(shí)用價(jià)值與商業(yè)價(jià)值，期待未來(lái)全景技術(shù)有新的發(fā)展，能更好地服務(wù)用戶、服務(wù)大眾[10]。

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基金項(xiàng)目：2021年山東省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目“校園三維全景漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)——以臨沂大學(xué)校園為例”（S202110452062）

作者簡(jiǎn)介：綦英帆（2001—），女，山東濰坊人，本科在讀，研究方向：數(shù)字媒體藝術(shù)。