虛擬校園三維全景漫游地圖的構建

白澔樂+成藝+馬晨翔+常偉東

摘 要：三維全景又稱虛擬現實全景，是當前迅速發展并流行的VR虛擬現實技術的一個分支，采用數字圖像處理等計算機技術，基于對真實全景場景圖像的還原展示生成一種虛擬環境。它提供關于視覺、聽覺等感官的逼真模擬，使得用戶在VR設備的輔助下，可以與虛擬空間進行無痕的人機交互，如同身歷其境。本文以成都理工大學校園硯湖上空為例，通過對攝像機攝取的圖片進行圖像處理、圖像拼接以及后期格式轉換等處理，進行三維全景漫游制作分析。

關鍵詞：三維全景；虛擬現實；圖像處理；PTGui；Pano2vr。

引言

1965年虛擬現實之父Sutherland在《終極的顯示》一文中首次提出虛擬現實系統的基本思想。在前些年虛擬現實僅用于軍工等高端行業，而在近年來，VR迅速火熱，無論是資本市場的表現，愈來愈多的相關性發布會，甚至是微信等各大新媒體渠道所推送的相關話題的劇增數量等等，都反映著VR正逐步走入主流消費市場。此外，計算機圖形技術、數字圖像處理技術、人機交互接口技術等虛擬現實核心技術的革新以及VR設備等的完善，使得虛擬現實有著強大的技術環境作為背景支撐力量，穩步向前。融現實與虛擬為一體的沉浸感和立體感，虛擬現實因其極佳的效果成為大勢所趨。巨大的市場，技術的支撐以及國內政治環境等的支撐，使得VR作為新時代技術的領軍角色被廣泛用于數字三維校園、醫療、航空、建筑房地產、虛擬旅游、數字展館、工程匯報、教育科研、城市街景、電子商務等多種領域。

三維全景提供全方位三維立體視角，給人以極具真實感的視覺沖擊如置身其中，傳統三維建模技術在它面前便表現得“相形見絀”。采用真實高清圖片素材極具真實感，可隨用戶操作做出不同響應的高人機交互性，可依據不同需求完成多功能拓展等優點，表明三維全景的應用有著極高的市場響應。

筆者所著重介紹的是通過基于序列圖片的數字三維全景技術實現三維全景漫游再現的制作流程。集航拍測繪、圖片處理和拼接、漫游制作、封裝和上傳的完整的三維全景制作體系結構。

1 圖片拍攝

三維全景漫游地圖定制是指通過將多點位的航拍全景、室內外全景等拍攝素材進行美工處理和算法拼接，以全景視角展示的立體地圖，可任意切換視角瀏覽各場景的三維空間，配合VR設備，使得用戶有身臨其境之感。

1.1 取景

背景要求光線充足，飛手、云臺手、全景攝影師等攜帶全畫幅單反相機、全景云臺、魚眼鏡頭、三腳架、無人機、云臺等專業設備前往規劃的點位進行魚眼圖以及平面圖拍攝。

1.2 拍攝

相機拍攝：調整云臺，三腳架位置，相機轉動角度等進行環拍，取下廣視角景點，包括平拍和仰拍以及俯拍。即，水平面和上下兩個環斜面，加上仰拍和俯拍拼接成球，以制成360度全景視角漫游地圖，為方便處理可將圖片存為ARW格式。

無人機拍攝：飛手與云臺手配合進行空中航拍。遙控飛行器不同于相機和運動相機，其危險系數較高，所以一定遵守飛行守則。此外，一些飛行技巧也可以為攝取的照片加分，減少后期圖像處理的工作量：①倒著飛可以避免機身晃動很厲害使得螺旋槳進入畫面；②面向陽光飛行，防止因為陽光穿透螺旋槳角度問題，在照片上形成條紋；③環繞場景360度拍攝照片，將相機角度調整為平行地面，盡量使鏡頭方向保持水平等。

2.圖像處理

2.1 圖片預處理

利用計算機圖像處理技術，例如用matlab以及VS或其他圖像處理程序語言編程進行圖像濾波等處理（處理算法以及源代碼等此處不公開），分類處理（例如，圖像增強或減弱等）拍攝圖片得到待拼接圖像。

2.2 全景圖像拼接

導入處理后的圖片到PTGui進行圖片合成，軟件自動識別對準圖像拼接后，取消“方案助手”中“相機、鏡頭參數”的“自動”選項，更改水平視角參數等進行手動調整。在全景編輯器中選擇“編輯個別圖像”設置居中點，以先選中的圖像作為初始參考，調整點的位置，一幅幅拖動圖像手動對準位置，制作成理想全景圖，“編輯整個全景圖”中查看全景效果，滿意則關閉照片編輯器，創建全景圖，導出圖片。

3.圖片交互

將制成的全景效果圖拖入pano2vr中進行三維場景特效處理等，配置熱點，制作熱點圖像。具體操作簡述為：選中一張為初始圖，且點擊交互熱點進行修改，在“點型和多變性交互熱區”欄下的“交互熱點類型”中選中區域類型圖標，調整圖片朝向繪制想要的多邊形交互區，下拉url選項選中要交互的圖片后點擊全景圖片初始點調整點調整全景圖片的初始點。同樣方法調整所有待處理的全景效果圖，回到開始界面更改格式，設置過渡效果等后flash輸出。

4.封裝上傳

本文以常見的三維全景漫游發布平臺720云為例，講解三維漫游圖的封裝上傳。打開720云平臺，創建全景，將待上傳的配置好的熱點圖（全景圖）全部放入后點擊“確認創建”，開始編輯全景圖特效，可為不同場景單獨添加不同背景音樂；各場景的文字解說或是動畫等；左鍵選中全景圖后在全局設定中打開手機陀螺儀，保證觀眾在手機上也能正常瀏覽全景漫游地圖。確認編輯到達滿意效果后右鍵全景圖上傳，保存分享地址即可。

5.結語

三維全景通過將攝像機拍攝的環360度方向的多張照片拼接成一張全景圖像，利用計算機圖形圖像技術構建出全景虛擬空間。使用者可通過鼠標（PC）或手指（手機）上下左右觸屏控制瀏覽的方向及角度來觀看物體或場景，配合相應背景音效音樂和圖文解說，如身臨其境，比傳統三維建模技術構建的場景更具真實感。采用這種漫游技術的優點是瀏覽者可以單擊或者雙擊三維全景中的地面來實現場景切換，大大簡化了漫游的操作。該方法一般在場景中采集盡可能多的視點，所以用戶想瀏覽哪兒，只要點擊該處地圖的地面即可實現，并且能夠瀏覽到該場景中的任意細節，增強了漫游的真實感與沉浸感。

參考文獻：

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[2] 常濤、王子煊. 360°全景圖像拼接技術分析[J]. 江蘇科技信息， 2017（02）.

[3] 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）.

作者簡介：

白澔樂（1996-05-03），男，漢族，四川成都，成都理工大學2014級本科生，成都理工大學，主要學習電氣工程及其自動化。

成藝（1997-01-27），女，漢族，四川遂寧，成都理工大學2013級本科生，成都理工大學，主要學習數字媒體技術。endprint