基于無人機技術的校園全景漫游系統制作

摘 要：目前，無人機被廣泛用于農業植保、電力巡線、搜索營救及影視制作。本文通過利用無人機獨特的視角采集素材，制作青島港灣職業技術學院校園全景漫游系統。在具體論述過程中，闡述了設置飛行參數和拍攝技巧，全景圖像的拼接和渲染，漫游系統的制作于發布，以期為相關學者的研究提供參考。

關鍵詞：全景漫游;無人機;krpano

中圖分類號：TP391.41;TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）25-0039-03

虛擬現實就是讓人們足不出戶就能感同身受地體驗到各種場景，如同親臨現場一樣。用戶可以利用屏幕或是頭戴式設備，環顧四周觀賞細節。目前，沉浸式體驗受到人們的追捧，應用非常廣泛。實現虛擬漫游技術有兩個途徑：一種是傳統的三維建模;二是利用全景圖片。前者的出現和發展都比較早，技術上也較為成熟，但缺點是工作量大、成本高，建模需要的數據量和渲染對人力、財力和設備要求都很高，而且雖然能滿足沉浸式體驗的要求，但不真實，無法讓用戶了解真實的現場。所以，被應用于游戲開發和專業領域的仿真模擬。后者的素材來源于照片，所以場景真實，沉浸感強烈，且建模快，數據量小，更加適合在網絡上傳輸。因此，被谷歌地圖和百度地圖應用于街景，體驗效果好。

1 設計思路和流程

普通的校園漫游大部分是基于人物視角，讓用戶體驗漫游校園的感受，利用無人機的高空視角，能更加快速直觀地觀賞校園，對于新生和校外人員了解學校效率更高，更加便捷[1]。目前，實現全景圖片的采集變得越來越方便，市面上有很多全景攝像機直接出圖，但價格昂貴。利用無人機采集圖片，通過圖像拼接完成全景圖制作，再利用PS對全景圖進行調整和渲染，達到最佳效果，最后導入漫游制作系統實現漫游系統制作。

2 圖像采集

利用無人機采集校園圖像，關鍵是位置的選取、相機參數的設置及拍攝環境和天氣狀況選擇。由于無人機無法獲得頭部天空的圖片，全景圖視野是水平360°，垂直180°，因此，在采集圖片時，將無人機飛到最佳拍攝位置，飛行高度根據校園建筑高度設置為75m。從水平位置開始旋轉無人機，每30°拍攝一張，盡量讓每張相鄰圖片之間至少有1/3的重疊，以便于后期更好地進行拼接。然后控制云臺，向下調整鏡頭25°左右，飛機位置不變，再旋轉一周獲取一組圖片[2]。左后共得到大約40張圖片。不同角度獲取的照片如圖1所示。

3 全景圖拼接和渲染

3.1 全景拼接

前期圖片采集穩定，重疊性好，后期拼接效果就會更佳。筆者利用的PTGUI是一款基于多平臺的全景攝影照片拼接軟件，采用的是基于特征點的匹配算法，實現完美的圖像拼接。

將一個拍攝點拍攝的一組圖片導入，查看預覽效果（如圖2所示）。對于拼接效果不佳的圖片，可以通過設置控制點（如圖3所示），標注兩圖中同一坐標點，將相鄰圖片的重疊區域更好地匹配、優化，最終完成全景圖。

3.2 渲染和補天

最終生成的圖是一幅長寬比為2∶1的720°全景圖。由于飛機無法獲取頂部天空圖片，因此需要額外采集天空的圖片，利用PS進行拼接和渲染。待補天的全景圖如圖4所示。補天可以直接在全景圖上部進行操作，但通過實驗發現效果不好，這樣完成的全景圖部署到系統預覽時，左右邊界拼接處過渡不好，亮度色彩不同會有明顯的分界線，因為天空圖片是后期用相機拍攝不是全景圖片。為此，我們先將圖片進行極坐標轉化（如圖5所示），這樣在中間對天空進行修補，采用涂層過渡功能，完成兩張圖的匹配，合理設置羽化值能夠做成兩個天空的均勻過渡，這樣補全的天空，在全景漫游里就不會有拼接處不連貫的缺點。

4 漫游系統的實現

我們通過krpano引擎來完成漫游場景的制作，其包含一個基于Flash的全景播放器，小巧、靈活、性能高，且是開源的。為了能實現快速開發和部署，通過Panotour Pro來進行加工，其就是基于krpano內核，并集成了krpano的Viewer，避免煩瑣、復雜的編程，還能所見即所得地修改并瀏覽漫游系統的效果[3]。

通過編輯器，設置不同全景圖之間的熱點鏈接（見圖6），瀏覽者在一個場景中，通過點擊熱點圖標（見圖7）就可以進入另外一個場景。通過設置皮膚，可以增加其他附加控制功能，如校園的平面預覽圖、上下左右按鈕、導航圖組、自動漫游、網絡分享等，可以根據用戶的需求進行調節。最終可以創建支持HTML5的漫游發布包，通過Webserve發布項目包，就可以在電腦網頁或手機、Pad端進行校園全景漫游了。發布的漫游場景見圖8。

5 技術要領和注意事項

①在操作無人機時最好選擇無風的晴朗天氣，無人機飛行器穩定，圖片質量好，拼接時不需要進行太大調整。

②拍攝時間最好選擇正午前后，這樣拍攝的天空四周光線均勻，補天后過渡會比較流暢。

③通過把全景圖進行極坐標轉化后補天，再轉化成平面全景圖后，補天的效果會更好，不會出現邊界天空銜接不好的問題[4]。

④平面布置圖的指南針設置一定要各個全景圖指南針進行匹配，不然會造成預覽圖雷達輻射區域與全景圖瀏覽區域不一致，影響用戶體驗。

6 結語

利用無人機技術獨特視角完成的全景漫游系統，能更好地展示校園風貌，配合地面全景瀏覽，全方位地向新生和外部人員展示校園。同時，制作過程中積累的技術和經驗，為后期制作室內和船上的全景漫游積累了寶貴的經驗。

參考文獻：

[1]張敏，劉軍，羅穎.無人機航拍合成球面全景圖技術研究[J].電子警務，2014（3）：63-66.

[2]張嬌嬌，司占軍.基于720云的室內全景漫游的設計與實現[J].電腦知識與技術，2017（11）：191-192.

[3]杭永沖，洪祎晨.基于krpano的校園全景VR漫游系統的設計與實現[J].現代計算機（專業版），2017（25）：57-61.

[4]董春俠，司占軍.全景圖技術在校園全景漫游中的應用研究[J].電腦知識與技術，2017（4）：210-211.