結合三維實景VR的科普基地WebGIS研究與應用

許開行 張洪吉 譚小琴 陳建華

摘 ?要：三維實景VR技術作為虛擬現實技術的一個分支，因其具有立體感強、沉浸感好、交互性好等優點而深受大眾喜愛。而利用Web技術來擴展和完善GIS的WebGIS也是一種大眾頻繁使用的獲取及展示信息的技術。文章在詳細介紹兩種技術的基礎上分析總結了將三維實景VR技術與WebGIS結合的可能性和必要性，并對此進行了實踐，構建并開發了一個信息資源多維度展示的綜合性平臺用于四川省科普基地資源的展示與管理，在增強用戶觀賞體驗的同時也使得上級管理者足不出戶就能對科普基地資源有更加真實的了解。最后對未來全景與WebGIS結合的方向提出了展望。

關鍵詞：WebGIS;實景VR;漫游系統;Krpano

中圖分類號：TP311.5 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）35-0183-02

Abstract： As a branch of virtual reality technology， three-dimensional real VR technology is popular with the public because of its strong three-dimensional sense， good immersion， good interaction and so on. The use of Web technology to expand and improve the GIS WebGIS is also a frequently used technology to obtain and display information. On the basis of introducing the two technologies in detail， this paper analyzes and summarizes the possibility and necessity of combining 3D real VR technology with WebGIS， and puts it into practice. A comprehensive platform for multi-dimensional display of information resources is constructed and developed for the display and management of science popularization base resources in Sichuan Province. While enhancing the user viewing experience， it also enables the superior managers to have a more real understanding of the resources of the popular science base without leaving the house. Finally， the direction of the combination of panoramic view and WebGIS in the future is put forward.

Keywords： WebGIS; real scene VR; roaming system; Krpano

1 概述

三維全景虛擬現實（Three Dimensional Panorama），又稱虛擬現實全景，是基于拍攝的靜態真實場景的全景圖像來構建虛擬空間的一種技術，是虛擬現實技術的一個分支，也是一種計算機新視覺技術[1]。其實現原理是通過水平和垂直環繞事物對象360度拍攝的一組或多組重疊率不低于70%的照片，然后利用圖像拼接算法拼接成一張全景二維圖像，再將全景二維圖像進行投影透視變形變換到球體、柱體等幾何體表面上面，以此來達到模擬真實三維場景空間的能力，最終通過計算機技術及專門的全景顯示技術[2，3]（即根據用戶的交互操作計算呈現不同的視角）在互聯網上播放全景，使用戶通過窗口瀏覽就能有身臨其境的觀賞體驗，實現全方位互動式觀看真實場景。三維實景VR技術由于其相對于傳統的計算機三維建模具有更簡單地表達真實復雜場景的優勢，相對于二維圖片的表達具有更直觀、真實、交互好、制作周期短、文件格式多樣以及便于網絡傳輸等優點，常常被用在各行各業的產品或場景展示中[4]。而WebGIS作為互聯網與地理信息系統的結合，是傳統的GIS在網絡上的延伸和發展。通俗的來說就是將GIS（地理信息系統）這門學科所能提供的功能，以B/S方式提供給用戶，使用戶只需要在網絡瀏覽器上便能使用這些服務的一個GIS應用方向。WebGIS極大的方便了我們對地理信息的獲取和理解。

2 系統開發背景

在飛速發展的網絡技術、圖象處理技術、計算機軟硬件技術的支持下，與三維全景技術有關的全景圖像采集設備、全景圖像拼接算法、全景圖像瀏覽顯示軟件等也如雨后春筍般迸發。WebGIS 技術的發展成熟也為全景技術提供了一個發展方向，即結合web地圖、三維全景、數據庫等實現互聯網地理信息的強化表達[5]。網絡速度的提升，豐富多彩的技術發展引領了新的視覺展示藝術也使得人們對信息呈現形式有了新的需求[6]。觀之現有的一些三維全景的應用案例大多都是單獨的全景展示，沒有全景的制作編輯功能。而有些全景和地圖結合的應用實質也是全景與GIS分離，沒有真正做到二維地圖與三維全景的聯動，為了更好的用戶體驗，我們不僅要讓用戶知道事物對象在哪里，還要讓用戶真實的感受到那里到底是怎么樣的。也就是說我們應該將空間信息和屬性信息疊加在一起，以更直觀豐富的形式呈現給用戶，便于用戶的理解，這樣才是用戶想要的。因此構建并開發一個綜合地理空間和屬性信息的信息多維展示與管理平臺值得我們研究、實踐。

3 系統構建原理

為了對科普基地資源進行更好的宣傳與展示，結合三維全景VR技術和WebGIS技術構建科普基地資源信息展示與動態管理平臺。綜合考慮可操作性、開源性，平臺采用HTML5+C#+Krpano+高德地圖API+Postgres數據庫+云服務器技術鏈搭建[7]。Krpano作為一款輕量化的全景漫游制作工具，兼容HTML5和Flash，支持WebGL下的全景展示[8]。將Krpano、高德地圖API和數據庫統一集成，在管理者后端頁面進行地理位置信息數據、文字圖片屬性信息數據的上傳、制作三維全景等操作，將一個基地的所有信息規整為一個條目存入服務器數據庫。然后前端展示頁面通過請求服務器數據和三維全景顯示技術呈現所有信息。

4 系統展示

4.1 三維全景的制作

對于三維全景的制作，系統采用引導式流程設計和靈活化管理，讓用戶不需具備專業知識便可進行各種數據信息的上傳、整理并發布。用戶將采集的科普基地圖像信息和一些基本信息在后臺頁面上傳之后系統會自動生成全景并保存，一個基地的所有信息為一個條目存入數據庫。隨后呈現給用戶一個全景編輯頁面。通過提供的菜單即可給要呈現在前臺頁面的前端全景進行后續的全景管理、導航點管理、熱點管理等交互設置。

4.2 三維全景VR與Web地圖集成

前端展示頁以高德地圖API提供的二維Web地圖為載體，在呈現基本屬性信息的基礎上將三維全景嵌入，以特殊的全景點標注形式在二維地圖上標注地理空間位置，以點擊跳轉的方式轉換到三維全景顯示界面，全景瀏覽窗口也有導航圖指示對應真實場景的空間位置。用戶在三維全景界面可以進行文本熱點及音、視頻熱點的查看等更多良好的交互體驗。最終實現從多維展示多種信息，便于用戶的理解，提高了觀賞性。

5 結束語

通過將三維實景與WebGIS集成的方式，構建一個多維度的科普基地資源信息展示與管理平臺能更好的對科普基地資源進行科普和管理，一方面游客用戶通過網絡就可以真實的感受到基地資源的真實情況，增強了用戶體驗的同時也起了更好宣傳作用;另一方面，管理者不用實地考察也能及時的了解基地各方面情況，方便了資源的管理。此系統是將三維實景VR與WebGIS結合的一種很好的嘗試。隨著虛擬現實技術的繼續火熱發展，不管是在網頁端的還是移動手機端，結合GIS的VR技術將會是場景信息展示的一種更佳選擇。

參考文獻：

[1]趙振峰.基于HTML5的景區多維展現系統的設計與實現[D].青島理工大學，2016.

[2]Campos， Gustavo & Nunes， Luccas & Peres Arruda， Luciano & Teixeira， Paulo & Amaral， Guilherme & Junior， Wilson. CURRENT PANORAMA OF ANTERIOR CRUCIATE LIGAMENT RECONSTRUCTION SURGERY IN BRAZIL[J]. Acta Ortopédica Brasileira， 2019，27（3）：146-151.

[3]Panorama[J].psychopraxis. neuropraxis， 2019，22（5）：192-193.

[4]王延朝.基于Krpano的三維全景系統的開發和應用[D].華東師范大學，2012.

[5]殷騰箐，仲偉凡，張笑楠.基于Krpano的全景技術在灘涂資源管理系統中的應用[J].浙江水利科技，2017，45（03）：89-91.

[6]孫磊.全景制作平臺的設計與實現[D].西安電子科技大學，2014.

[7]王玉瓊.三維全景漫游技術及應用研究[D].云南財經大學，2013.

[8]梁棟.基于HTML5的校園全景漫游系統研究與實現[D].四川師范大學，2015.