基于PTGui的VR全景校園漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

范曉婷 楊帆

【摘 ?要】 隨著VR技術(shù)的普及與應(yīng)用，教育領(lǐng)域也迎來(lái)了新的變革。傳統(tǒng)的校園參觀方式已經(jīng)無(wú)法滿足師生及大眾的需求，而以VR全景參觀校園的方式變得更加便捷，它不僅可以打破地理限制，還可以全方位、立體地展示學(xué)校的形象，帶來(lái)具有沉浸性、更加真實(shí)的探索體驗(yàn)。同時(shí)，將VR技術(shù)應(yīng)用于校園文化展覽、課堂教學(xué)等方面，將會(huì)為教育質(zhì)量的提升及促進(jìn)教育的公平提供新的可能。文章通過(guò)介紹VR全景圖片制作軟件“PTGui”的功能與特點(diǎn)、VR全景漫游校園的優(yōu)勢(shì)，詳細(xì)介紹VR全景校園漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，包含確定拍攝點(diǎn)位、圖像采集、圖像處理、合成全景圖、制作漫游系統(tǒng)等步驟，探討如何使用PTGui軟件制作VR全景校園漫游系統(tǒng)，以及VR全景漫游在教育領(lǐng)域的其他潛在價(jià)值和實(shí)踐意義。

【關(guān)鍵詞】 VR全景技術(shù)；PTGui；全景校園漫游

一、VR全景校園漫游系統(tǒng)的技術(shù)支持

（一）PTGui軟件

PTGui是一個(gè)具有可視化界面、用于實(shí)現(xiàn)VR全景圖片拼接的軟件，全稱為“Panorama Tools Graphical User Interface”，該軟件通過(guò)自動(dòng)識(shí)別鏡頭參數(shù)、相鄰圖片重疊等像素特征，以“控制點(diǎn)”（Control Point）的形式將拍攝的圖片進(jìn)行自動(dòng)拼接，并進(jìn)行優(yōu)化融合，最終可導(dǎo)出為一張寬高為2：1的VR全景圖。該軟件中的全景圖編輯器也具有增加蒙版細(xì)節(jié)等更加豐富的功能，通過(guò)多種視圖的映射方式，用戶可以通過(guò)手動(dòng)添加或修改控制點(diǎn)的方式來(lái)提升拼接圖片的精度。另外，該軟件支持多種圖片輸入格式，拼接后的VR全景圖片明暗度一致，基本沒(méi)有明顯的拼接痕跡。

（二）VR技術(shù)

VR（Virtual Reality），又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它是指采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技手段，生成逼真的視、聽(tīng)、觸、嗅、味覺(jué)等一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助一些特殊的輸入與輸出設(shè)備，采用自然的方式與虛擬世界中的物體進(jìn)行交互，相互影響，從而產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗(yàn)。VR憑借其沉浸性、交互性和想象性的特點(diǎn)，能夠讓身處虛擬環(huán)境中的使用者難以分清周圍事物的真假，如同身處于現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中一般。

（三）VR全景技術(shù)

VR全景是基于全景圖像的真實(shí)場(chǎng)景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它是通過(guò)將相機(jī)以一個(gè)中心點(diǎn)環(huán)繞360°拍攝的一組或多組照片拼接而成的一張全景圖像，再通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全方位觀看的真實(shí)場(chǎng)景還原方式，讓用戶達(dá)到身臨其境的感受。我國(guó)主要有“720云”“如是”等平臺(tái)提供VR全景內(nèi)容制作、管理、觀看等功能，其廣泛應(yīng)用于建筑家裝、智慧文旅、學(xué)校教育、醫(yī)療服務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域。

（四）VR全景漫游校園的優(yōu)點(diǎn)

首先，以VR全景漫游校園的宣傳方式突破了傳統(tǒng)圖文及視頻宣傳的局限，讓學(xué)校的形象更加立體、生動(dòng)，家長(zhǎng)與學(xué)生可以身臨其境地感受校園的面貌，從教室、實(shí)訓(xùn)室、圖書(shū)館到餐廳、宿舍、操場(chǎng)，每一個(gè)角落都清晰可見(jiàn)，通過(guò)這種全方位的展示，家長(zhǎng)與學(xué)生可更加直觀地了解學(xué)校的辦學(xué)環(huán)境、教學(xué)設(shè)施及校園文化，增強(qiáng)其對(duì)學(xué)校的認(rèn)同感和歸屬感。其次，VR全景漫游校園還可用于記錄學(xué)校的重要時(shí)刻，如學(xué)校的大型活動(dòng)、學(xué)生的畢業(yè)照拍攝等，通過(guò)使用VR全景技術(shù)進(jìn)行記錄和展示，不僅可以讓更多的人見(jiàn)證學(xué)校的輝煌時(shí)刻，還可以為學(xué)校留下寶貴的校史資料。最后，借助VR技術(shù)加強(qiáng)學(xué)校的數(shù)字化建設(shè)也是其重要的優(yōu)勢(shì)之一，VR全景漫游校園作為數(shù)字化建設(shè)的一部分，不僅可以提高學(xué)校的信息化水平，還可以為教學(xué)活動(dòng)帶來(lái)創(chuàng)新。

二、VR全景校園漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

（一）確定拍攝點(diǎn)位

確定拍攝點(diǎn)位對(duì)拍攝VR全景校園至關(guān)重要。由于鄭州城建職業(yè)學(xué)院是一所新辦的院校，樓宇相對(duì)較少，因此在選擇拍攝點(diǎn)位時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮那些具有代表性和重要性的區(qū)域。室外方面，包括學(xué)校校門處、廣場(chǎng)、圖書(shū)館、教學(xué)樓、實(shí)訓(xùn)樓、餐廳、宿舍、操場(chǎng)等多個(gè)區(qū)域；室內(nèi)方面，包括各種教室、圖書(shū)館館藏室、實(shí)訓(xùn)室、學(xué)術(shù)報(bào)告廳、職教展、菜鳥(niǎo)驛站、餐廳等學(xué)習(xí)、活動(dòng)、生活場(chǎng)景。在拍攝時(shí)，需要嘗試使用多種高度和角度，以期獲得更佳的視覺(jué)效果。另外，考慮到交通和人流量情況，最好選擇在人流量較少的時(shí)間段進(jìn)行拍攝，以避免在后期合成時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重的圖片錯(cuò)位問(wèn)題?？傊?，要綜合考慮校園的布局、自然元素、人流量等多種因素確定拍攝點(diǎn)位，以便能夠全面展示學(xué)校的風(fēng)貌，并獲得較佳的視覺(jué)效果。

（二）圖像采集

在進(jìn)行VR全景校園的拍攝時(shí)，通常會(huì)采用三腳架和相機(jī)進(jìn)行圖像采集。然而，由于各種限制因素，本項(xiàng)目采用的是三腳架、720云臺(tái)及手機(jī)進(jìn)行圖像采集。以下是具體的操作步驟：

1. 安裝設(shè)備：將手機(jī)和云臺(tái)安裝在三腳架上，確保三腳架穩(wěn)固地放置在位置上，避免晃動(dòng)。同時(shí)，要注意周圍環(huán)境和光線的影響，確保拍攝的圖像清晰明亮。選擇地面紋理豐富、容易識(shí)別的區(qū)域放置三腳架，這樣在后期合成時(shí)生成的控制點(diǎn)會(huì)更多，合成效果更好。

2. 配置手機(jī)：調(diào)整手機(jī)鏡頭的位置和角度，確保在旋轉(zhuǎn)手機(jī)進(jìn)行拍攝時(shí)，鏡頭保持固定位置。同時(shí)，調(diào)整手機(jī)的設(shè)置，以確保拍攝出質(zhì)量較高、清晰度較好的圖像。

3. 拍攝圖像：在每個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行圖像采集時(shí)，采用斜上方一周10張、前方一周10張、斜下方一周10張、上下各2張的方式進(jìn)行拍攝，共計(jì)34張圖片。這樣的拍攝方式可以覆蓋到不同角度和方向，使得最終合成的全景圖更加完整。

4. 檢查圖像質(zhì)量：在拍攝過(guò)程中，隨時(shí)檢查圖像的清晰度、色彩和曝光等方面，確保每張圖像的質(zhì)量都符合要求。

（三）圖像處理

在Photoshop軟件中進(jìn)行圖像處理是影響VR全景畫(huà)面質(zhì)量的重要步驟之一。在此過(guò)程中，重點(diǎn)是統(tǒng)一調(diào)整每組圖片的色彩度和曝光值，以確保圖像的色彩還原度和明暗度合適，從而保證整體效果的一致性。為了增強(qiáng)VR全景校園的視覺(jué)效果，可以運(yùn)用色彩平衡、曲線、亮度/對(duì)比度等工具進(jìn)行圖像調(diào)整。此外，還可以應(yīng)用濾鏡和特效。

（四）全景圖合成

在Photoshop軟件中將每個(gè)點(diǎn)位的圖像處理后，打開(kāi)PTGui軟件，通過(guò)“加載圖像”，將34張圖片導(dǎo)入至PTGui軟件中，通過(guò)“對(duì)準(zhǔn)圖像”，讓系統(tǒng)自動(dòng)分析圖像，自動(dòng)生成控制點(diǎn)。該點(diǎn)位的全景圖生成后，若有誤置的控制點(diǎn)，則需要根據(jù)相鄰兩張圖片的信息，手動(dòng)調(diào)整同一位置的控制點(diǎn)，使優(yōu)化器更加精準(zhǔn)地對(duì)齊控制點(diǎn)，在全景圖編輯器中查看無(wú)誤后，可創(chuàng)建寬高為2：1的全景圖，此時(shí)可放入Photoshop軟件中進(jìn)行修改，將圖片中顯示的三腳架及云臺(tái)進(jìn)行消除，最終生成一張畫(huà)面完整、圖像效果良好的全景圖。

（五）制作漫游系統(tǒng)并發(fā)布

在“720云”平臺(tái)中制作VR全景的漫游系統(tǒng)，可以為用戶帶來(lái)身臨其境的體驗(yàn)效果，使他們?nèi)轿坏貫g覽和了解特定場(chǎng)景。該VR全景校園漫游的制作過(guò)程主要分為以下步驟：

1. 基礎(chǔ)設(shè)置

首先，在PTGui軟件中生成的寬高比為2：1的全景圖片導(dǎo)入至“720云”平臺(tái)中，進(jìn)行VR全景校園漫游系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)置。這包括確定作品名稱、作品簡(jiǎn)介、512*512像素的作品封面、開(kāi)場(chǎng)動(dòng)畫(huà)、留言等全局設(shè)置。其次，根據(jù)不同的組別，逐一將所有場(chǎng)景的全景圖導(dǎo)入至“720云”平臺(tái)，在此過(guò)程中，需注重分組與層級(jí)的設(shè)置。例如，將校門、廣場(chǎng)、實(shí)訓(xùn)樓、教學(xué)樓等具有標(biāo)志性的宏觀場(chǎng)景設(shè)置為一級(jí)場(chǎng)景，作為整個(gè)場(chǎng)景的入口或核心區(qū)域，旨在為用戶提供直觀且便捷的導(dǎo)航方式。同時(shí)，將每個(gè)一級(jí)場(chǎng)景內(nèi)部的小場(chǎng)景，如實(shí)訓(xùn)樓內(nèi)的實(shí)訓(xùn)室與計(jì)算機(jī)機(jī)房、教學(xué)樓內(nèi)的教室等設(shè)置為二級(jí)場(chǎng)景。這類場(chǎng)景作為一級(jí)場(chǎng)景的延伸與細(xì)分，進(jìn)一步讓用戶深入了解詳細(xì)的布局與特色。最后，設(shè)置進(jìn)入每個(gè)場(chǎng)景后的初始視角、視角（FOV）的范圍，以及垂直與水平視角的限制角度等，確定初始的觀看界面。

2. 添加交互熱點(diǎn)

完成基礎(chǔ)設(shè)置后，為確保用戶在不同的場(chǎng)景中能夠獲得豐富的交互體驗(yàn)，需要根據(jù)各個(gè)場(chǎng)景的獨(dú)特特點(diǎn)和功能，添加不同形式的交互熱點(diǎn)。這樣做不僅可以增強(qiáng)用戶的參與感，還能使整個(gè)全景漫游系統(tǒng)更加生動(dòng)和有趣。在該VR全景校園漫游系統(tǒng)中，可以應(yīng)用多種交互熱點(diǎn)形式，包括全景切換、超鏈接、圖片或視頻等。為區(qū)分不同的交互方式，采用了不同的顯示圖標(biāo)，以便用戶能夠快速找到感興趣的交互點(diǎn)，并更加便捷地操作和瀏覽。

3. 制作電子沙盤及添加遮罩效果

電子沙盤作為一種高效的展示工具，能夠迅速引領(lǐng)觀看者把握?qǐng)鼍暗恼w布局和具體位置。在本案例中，將學(xué)校地圖的圖片置于電子沙盤中，并適當(dāng)調(diào)整電子沙盤的雷達(dá)區(qū)和雷達(dá)扇區(qū)，以確保旋轉(zhuǎn)VR場(chǎng)景時(shí)，場(chǎng)景的地點(diǎn)和方向正確。此外，針對(duì)個(gè)別地面存在瑕疵的場(chǎng)景，添加了地面遮罩效果，以遮擋圖片中的瑕疵。同時(shí)，也可以將宣傳二維碼等信息應(yīng)用在場(chǎng)景的遮罩中。這樣做不僅提升了觀看者的體驗(yàn)，還能進(jìn)一步展示學(xué)校的風(fēng)采與特色。

4. 添加特效等細(xì)節(jié)并發(fā)布

在制作VR全景漫游時(shí)，除了基本的場(chǎng)景呈現(xiàn)外，還可以嵌入文字、圖片、序列幀等內(nèi)容，添加音樂(lè)、語(yǔ)音講解等音頻元素，以提升用戶體驗(yàn)。同時(shí)，還可以添加各種畫(huà)面效果，如太陽(yáng)光、下雪、滾動(dòng)字幕等，增加場(chǎng)景的真實(shí)感和趣味性。最后，通過(guò)一鍵導(dǎo)覽功能，使用戶可以跟隨預(yù)先設(shè)置的路線觀看全景。最終導(dǎo)出的作品二維碼如圖1所示。

三、研究成果總結(jié)

（一）基于PTGui的VR全景校園漫游系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與不足分析

該漫游項(xiàng)目在設(shè)計(jì)與應(yīng)用的過(guò)程中展現(xiàn)了顯著的優(yōu)勢(shì)與潛力，同時(shí)也存在一些不足之處。首先，項(xiàng)目利用PTGui軟件的圖像拼接與校正功能，快速準(zhǔn)確地生成高質(zhì)量的VR全景圖像，為VR全景校園漫游提供了逼真的視覺(jué)體驗(yàn)。其次，720云平臺(tái)具備豐富的交互功能，如場(chǎng)景切換、電子沙盤等，使用戶能更便捷地探索校園環(huán)境。另外，項(xiàng)目在部署和維護(hù)方面相對(duì)簡(jiǎn)單，降低了技術(shù)門檻與成本。

然而，該系統(tǒng)也存在一些不足之處。盡管PTGui軟件與720云平臺(tái)在VR全景制作方面具有一定優(yōu)勢(shì)，但整個(gè)VR技術(shù)領(lǐng)域仍處于快速發(fā)展階段，尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此需要持續(xù)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與合作，推動(dòng)該產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。另外，隨著VR全景在網(wǎng)絡(luò)上的廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)的問(wèn)題逐漸凸顯，供應(yīng)方需要加強(qiáng)數(shù)據(jù)加密等措施，以確保用戶的信息安全。最后，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)更加關(guān)注用戶體驗(yàn)，優(yōu)化界面設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的易用性和吸引力。

（二）VR全景漫游在教育領(lǐng)域的價(jià)值和意義

首先，VR全景技術(shù)能夠創(chuàng)造沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使學(xué)習(xí)過(guò)程更加視覺(jué)化與具象化。學(xué)生可以佩戴VR頭盔游歷古老的朝代，了解當(dāng)時(shí)的人文歷史，從而吸引學(xué)生的注意力。通過(guò)全景技術(shù)將所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行視覺(jué)化呈現(xiàn)，有助于學(xué)生更好地理解與記憶，提高學(xué)習(xí)效果。其次，將VR應(yīng)用至實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以降低教育成本。在實(shí)踐課程中，經(jīng)常會(huì)遇到各種較為稀缺的資源，尤其是關(guān)于醫(yī)護(hù)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)資源。VR教學(xué)可以模擬部分實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所需的器官組織等內(nèi)容，讓學(xué)生通過(guò)VR方式進(jìn)行反復(fù)操作練習(xí)，從而提高實(shí)踐能力。最后，由于化學(xué)實(shí)驗(yàn)中涉及的物質(zhì)多為有毒、易爆炸、腐蝕性的固體或液體，采用VR方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)艽蟠蠼档蛯?shí)驗(yàn)中的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步促進(jìn)了VR在教育中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 張林辛. VR全景技術(shù)在社區(qū)非遺展覽中的應(yīng)用研究［J］. 中國(guó)民族博覽，2023（11）：65-67.

［2］ 胡小強(qiáng)，何玲，祝智穎. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與應(yīng)用［M］. 北京：北京郵電大學(xué)出版社，2020.

［3］ 李建甫，李滿. 基于全景技術(shù)的三維校園漫游系統(tǒng)的虛擬場(chǎng)景搭建：以廣州工商學(xué)院花都校區(qū)部分場(chǎng)景為例［J］. 現(xiàn)代信息科技，2021，5（11）：60-63.

［4］ 葉玉萍. 基于PTGui的全景圖技術(shù)在校園漫游中的應(yīng)用研究［J］. 電腦與信息技術(shù)，2020，28（03）：20-21+29.

［5］ 吳濤，楊甲樂(lè)，陶欣. 基于VR全景技術(shù)的揚(yáng)州大學(xué)校園漫游導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用研究［J］. 華中建筑，2019，37（12）：28-31.