小議全景圖在地理學中的應用

凡少影　朱良　劉世寬　任丹

摘要：全景圖具有比普通圖像更廣闊的視野，在房產、旅游、酒店、教育等領域得到廣泛應用，其虛擬性可以展現地理野外實習的場景，使學生獲得真實的動態立體感、方位感和沉浸感。

關鍵詞：全景圖；地理學；應用

一、全景圖的涵義

360°全景圖（panorama）可以稱為3維全景、3維實景或者虛擬現實全景，是基于全景圖像的真實場景虛擬現實技術，主要是對場景進行360°拍攝，然后利用圖像拼接技術得到全景圖，通過計算機技術實現全方位互動式觀看的真實場景還原展示方式。在播放插件（通常為JAVA或quicktime、active、flash）的支持下，使用鼠標控制環視的方向，可左可右可近可遠，瀏覽者有身臨其境的感覺[1， 2]。它能夠提供比普通圖像更廣闊的視野，在房產、旅游、酒店、教育等領域得到廣泛應用，在地質勘探、軍事偵察、醫學微創手術、航空航天、視頻會議、場景監控及虛擬現實等各方面具有廣闊的應用前景。全景圖最大的特點是虛擬性，它可以將地理野外實習的場景展現在學生面前，讓學生不用去現場就能體驗到現場環境，并可以通過控制鼠標變換場景，使學生獲得真實的動態立體感、方位感和沉浸感。

二、全景圖在地理學中的應用

1.全景圖在遙感領域中的應用

無論是抗震救災、資源調查、環境監測、天氣預報或者其它領域，涵蓋地面區域小的單條航帶的遙感圖像往往不能滿足人們對地面信息的需要與應用，因此需要將不同航帶的多幅圖像合成一幅具有大視角的全景圖。多航帶寬視角的全景影像作為一種全新的圖像信息模式，能夠提供給人們更加完整準確的真實地物信息。全景展示具有真實性、全面性以及素材獲取的便捷性。如在地震發生現場，由于受災地區分布廣泛，對地層破裂信息、斷層信息、滑坡泥石流以及堰塞湖等震災信息的準確收集和有效評估至關重要。這些信息可為地震決策部門迅速把握災情，發布地震災情信息以及做出正確決策提供可靠依據。但小幅的單幀影像往往不能完全反映出完整的地層破裂信息、一段公路的斷裂信息、滑坡泥石流的范圍以及整座湖面的堵塞情況，此時，繪制超寬視角的無失真全景圖就顯得非常重要[3， 4]。

2.全景圖在地理野外實習中的應用

地理野外實習課程是一種特殊的學習過程，是學生親自到野外近距離觀察各種地理現象，探究事物現象的成因以及驗證課堂所學理論知識的過程。地理野外實習教學過程與通常的課堂教學、其它學科的實驗教學或實習教學不同，具有教學地點特定、教學環境特定的特點，整個教學過程與地理空間的聯系較為緊密。同時，野外教學過程中容易受到天氣、噪音等多種因素影響，使得有些地理現象難以進行觀察。而全景圖的虛擬性特點可以有效營造地理野外教學中所需要的空間場景。通過專業人員或者地理工作人員拍攝的照片制成的各個實習地實習點的全景圖像，學生可在計算機上獲得這些地理環境的“真實”感受。可以彌補由于受條件限制而不能實地進行地理野外實習和野外觀測的缺憾；同時，學生通過實習地的全景圖像，可以不親自去實習地考察地質、地貌、水文、土壤、植被等自然狀況，便能夠了解該地的各種自然人文狀況。

3.全景圖在旅游地理學中的應用

在旅游地理的教學中，全景圖為研究、分析和欣賞旅游景觀提供了有效途徑。目前越來越多的旅游網站將景區的平面布置圖與全景多媒體文件結合，做成熱點鏈接，游客只需點擊鼠標，即可實現從一個景點進入下一個景點，并且實現各個景點的左右上下的瀏覽和觀看，進而實現網上虛擬旅游。這樣，通過虛擬全景圖可以全方位地觀察、研究和欣賞旅游景觀，充分感受到不同方位、不同視角甚至不同季節的景觀變化，以獲得滿足感。

4.全景圖在地圖中的應用

目前發展越來越成熟、廣泛應用的百度地圖全景圖、谷歌地圖全景圖等，實現了二維平面地圖與全景圖的完美結合，用戶在相應位置拖動鼠標，不僅可觀看該觀測點周圍的地物信息，還可以進行前后左右的瀏覽、觀看，并可進入下一觀測點，加深用戶對地圖上地物信息的了解，增加地圖的可讀性和實用性。這種把高度概括化的抽象的二維平面地圖與三維立體空間中的真實地理環境有效結合在一起的全景圖，增強了地圖的功能以及地圖使用的廣泛性。

三、全景圖的發展趨勢

1.全景照片的高清化

至今為止，互聯網上全景照片的圖像尺寸只有400×300pixel，圖幅較小，圖像分辨率較低、質量差，主要是因為使用Java Applet作為播放器。這種播放器可以自動下載安裝，免去安裝插件的麻煩，但它占用較多系統資源，顯示速度慢，無法加大圖像幅度、改進圖像質量。但是隨著拍攝設備分辨率的提高，人們希望用更高分辨率的全景圖來對現實場景進行展示。其中，具有代表性的是2013年由360Cites（世界全景圖片網站）公司三位攝影師歷時三天拍攝完成的360°倫敦全景照，它是世界上尺寸最大、解析度最高的全景照片，拼合照片的工作大部分由電腦完成。本次拍攝的全景圖打破了三年前該公司拍攝過的800億像素倫敦全景圖，全景圖的高清度令人嘆為觀止，達3 200億像素，可以看到大概六英里以外的細節[5]。

2.全景視頻技術

至今為止，全景還只是靜態的，即場景內的景象是靜止的。隨著網絡寬帶和電腦CPU技術的進步，全景視頻技術將會出現。全景視頻是將某一固定視點生成的全景圖作為視頻中的一部分，它不僅能使用戶可以全視角觀看虛擬場景，而且場景中的一切都是動態的。全景視頻需要網絡帶寬的支持，就目前而言，難以滿足全景視頻的要求。因此，為使流暢性得到保證，全景視頻每秒需播放大約30幀的全景圖。可以利用全景視頻技術全視角記錄大型集會、運動比賽全視角景觀等。全景視頻能更加真實地還原現實中的場景，觀看者可用鼠標調節觀看方向，可以看到不同視點下的視頻情況。全景視頻數據量極大，目前還不能制作高分辨率的全景視頻。

3.全景技術在移動設備上的應用

隨著手機拍攝分辨率的提高及智能手機處理能力的提升，在手機上生成全景圖成為可能。手機平臺在處理能力、內存大小等方面較PC平臺都有較大局限性。因此，手機輸入圖像的獲取與全景圖的合成在同一地點完成，極大方便了手機用戶對全景圖像的獲取。即一般采用攝像模式掃描周邊場景，全景生成軟件實時地繪制全景圖中的場景，最終生成一張完整的全景圖。鑒于手機拍攝的分辨率和處理能力，最終發布的全景圖分辨率較低，但隨著技術的發展，手機也將擁有更強的處理能力[6]。

參考文獻：

[1] 龔琪慧，吳健平，王潔華，等. 基于全景圖的3維實景制作及其與GIS集成研究[J]. 測繪與空間地理信息. 2012（06）： 33-37.

[2] 馮建平，吳麗華. 基于全景圖像的三維全景漫游系統的構建[J]. 計算機與數字工程. 2013（01）： 115-117.

[3] 劉異. 無人機遙感影像的航帶拼接算法研究[D]. 電子科技大學， 2012.

[4] 全政環. 360°全景技術的應用和發展歷程[J]. 電腦知識與技術. 2010（03）： 713-715.

[5] Rich L. J.，Stephanie. 拍攝世界最大全景照片[J]. 瘋狂英語（中學版）. 2013（05）： 20-21.

[6] 馬杰. 360°全景圖像拼接技術研究[D]. 西南財經大學， 2012.

作者單位：1.上海中學（200231） 2.北京師范大學地理學與遙感科學學院（100875）