VR全景圖制作項目化教學實踐

趙智 蔡彬卓 張雷

[摘 要]VR全景圖制作是攝影與無人機航拍技術課程中的關鍵環節和典型應用。論文以VR全景圖制作為例，分析了該教學內容實施項目化教學的可行性以及適用性，進而將項目化教學引入VR全景圖制作教學過程。通過PTGui平臺、小組實施等方式，學生能夠進行項目設計、推進直至完成，對項目實施中出現的問題進行了有針對性的解決，保證了教學過程的順利開展及學生項目的實施效果。結果表明，在VR全景圖制作教學中引入項目化教學，有益于提高教學效果，且學生對軟件的綜合運用能力、項目實施能力都得到有效提高。

[關鍵詞]VR全景圖;項目化教學;無人機航拍;PTGui

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2020）10-0011-03

攝影與無人機航拍技術是現代教育技術專業的重要課程之一，課程開設的目的是引導學生掌握多旋翼無人機飛行及航拍技術，并利用無人機進行視頻航拍、照片拍攝及全景制作。課程內容包含傳統攝影技術、無人機應用以及圖像后期處理軟件等方面，綜合性及應用性強，涉及多學科知識，且具有邏輯性及知識連貫性不強、教學內容分散的特點。教學過程中，學生普遍反映課程學習難度較大、知識點上下關聯性差，不易掌握。

項目化教學是把一個教學單元作為一個項目，而不是在學科知識的邏輯中建構課程內容，課程內容與現實商業活動有直接聯系。李小濤等人[1]提出在STEAM教育中以項目學習完成了學業，培養了學習者的創新能力;胡文超等人[2]研究了項目教學與產教融合平臺間的關系，并對兩者間的互動實效性提出了關鍵性舉措;楊婷等人[3]在電子技術實驗中采用了項目式教學，發揮了學生的主觀能動性，培養了學生的工程知識、協作能力;馮小軍等人[4]、趙茂錦等人[5]對項目化教學設計的原則、方法、關鍵要素及評價進行了研究?？梢?，項目化教學可以讓學生更好地提高知識應用能力、拓展眼界、提高知識綜合運用能力。

近年來流行的全景圖片制作軟件有PTGui、Pano2VR等，葉萍萍等人[6]使用PTGui Pro、Pano2VR軟件制作出具有漫游熱點、聲音、文字的三維全景圖，大大加強了與用戶的互動效果;索南尖措等人[7]用Pano2VR軟件及Insta360 Nano全景相機制作出具有漫游熱點、背景音樂、文字介紹的校園VR全景圖，為人們提供了良好的校園參觀體驗。綜合來看，相對于其他全景拼圖軟件來說，PTGui可做很細致的操控，功能強大，操作簡單，因而得到大量應用。

VR全景圖制作是攝影與無人機航拍技術課程中的重要知識點，VR全景可作為旅游景區的全景漫游，以虛擬現實的方式宣傳景區，有利于提高景區的知名度，能夠吸引更多游客，從而促進旅游企業的進一步發展。本文以VR全景圖制作知識點為例，引入項目化教學，以調動學生學習積極性，提高工程化實踐能力及綜合技能。

一、項目化教學

項目化教學是指師生通過共同實施一個“項目”而進行的教學活動。項目本身是以生產一件產品或提供一項服務為目的的任務。適合用于開展項目化教學的項目具有以下特點：一是來源于真實的生產經營活動，與企業實際生產過程或經營活動有直接關系;二是項目能將理論知識和實踐技能結合在一起，具有綜合性;三是完成項目具有一定難度，必須結合項目實施學習新的知識、技能，解決過去未遇到過的實際問題;四是學生獨立（或合作）制訂工作計劃、組織實施、檢查評估，在實踐中安排自己的學習;五是有明確而具體的成果展示，可以評判質量優劣，師生共同評價工作成果和工作學習方法[8]。

二、VR全景圖制作的項目化教學實施

（一）項目化教學的適用性分析

開展VR全景圖制作知識點教學的目的是讓學生能夠獨立完成全景圖的制作，在教學過程中能夠生產一件（數字）產品。教學內容涉及無人機攝影、圖像處理后期軟件的使用和網絡發布等知識與能力，具有綜合性，被廣泛用于旅游景點的宣傳和虛擬漫游，與真實生產經營活動密切相關，制作過程具備一定難度，學生需制定工作計劃并組織實施才能夠更好地完成制作。綜合以上分析可以看出，VR全景圖制作的教學完全符合項目化教學的實施條件。

（二）VR全景圖制作的工具軟件

PTGui制作全景照片包含原照片的輸入、參數設置、控制點的采集和優化、全景的粘貼、輸出完成全景等過程，通過Panorama Editor直觀調整水平、垂直、中心點，快捷地制作出炫目的全景圖片，導入照片后配準鏡頭參數就可以自動拼接和融合為全景圖像。

（三）VR全景圖制作教學案例

VR全景圖制作的方法隨著軟件與硬件的發展而發生了很大的變化，從使用單目相機等設備在固定的角度拍攝多張照片獲取相片素材，像玩拼圖游戲一樣把這些照片拼接成一張全景照片，到用多目全景相機一次拍下一組照片、用專門的軟件一次生成全景圖，全景圖制作的效率與質量都有很大的提高[9]。教師考慮到設備的易用性和可操作性，在教學中使用大疆無人機實現基本素材的獲?。ú捎么蠼詭У南鄼C作為拍攝工具），它能夠實現拍攝廣闊遠景，配合全景圖片拼接軟件PTGui來實現VR全景圖的制作。學生采取小組團隊的形式開展項目，有助于提高設備利用率和學生的團隊協調能力。

1.獲取照片

以大疆無人機“御”為拍攝設備，在手機APP中打開無人機控制端軟件DJIGO4，將照相模式設置為全景照片;選擇合適的地點，將無人機升空到合適的高度，調整無人機至合適角度，按下拍攝按鈕即可自動拍攝一組34張用于拼接的照片。

完成該部分項目任務是有較大難度的，這也是教學環節中的難點。實際教學過程中確實也有相當一部分學生提出拍攝質量不佳、全景效果不好的問題，其主要原因如下：首先，大疆無人機的內置相機并不是專業全景相機，故無法達到專業全景相機的效果;其次，操作者的空間感，包括空間想象能力、構圖能力等方面，都會對拍攝效果產生巨大影響。

鑒于此，教學中必須采取針對性的分析講解及配套的練習才能幫助學生得到盡可能好的拍攝效果。

（1）詳細分析無人機拍攝全景照片的原理，向學生強調拍攝環境的重要性，包括拍攝高度和環境因素兩個方面。無人機鏡頭視角有限，拍攝范圍有限，在選定高度后，上下視角不可能包含所有場景，所以拍攝高度的選取非常關鍵，必要時還需分段拍攝再按高度合成。為了讓學生能夠盡快掌握其原理，可先通過手機中全景圖拍照練習使用在不同高度進行單張全景圖的拍攝，使學生深刻體會旋轉速度、旋轉時水平穩定性以及拍攝的高度對拍攝效果的影響。環境因素主要指無人機拍攝時天氣的因素，拍攝時的風速、光線分布情況都會直接影響到拍攝效果。全景拍攝不同于傳統的單張標準幅面相片的拍攝，它的超寬幅度決定了在拍攝時會包含更多的光線信息，如果此時風速過快會導致無人機在空中懸停時出現抖動，在光線不足的環境下就會拍攝失敗，而光線變化過快或是無人機鏡頭在旋轉拍攝時如果正好遇上逆光，現有民用鏡頭就很難達到合適的曝光強度調整及過渡自然的拼接效果。學生在實際操作中可盡量選擇無風或是微風的多云天氣，此時光線過渡自然、無明顯光線突變，無人機可以穩定懸停，有利于提升拍攝效果。

（2）空間感需要學生在實踐中反復地練習、積累、構建。對于不同的拍攝對象，拍攝的高度選擇是不同的，拍攝的高度與場景大小相關，拍攝場景越大飛行高度就越高，反之亦然。構圖反映了作品內部結構與外部結構的一致性，由于全景拍攝幅度明顯變大，對構圖能力的要求沒有標準幅面相片那么高，但依然要滿足構圖的基本形式并靈活使用構圖的方法進行拍攝，盡可能好地體現出對象的重要方面，這對于旅游宣傳類的拍攝來說尤為重要，可能會直接影響到觀賞者的體驗效果。學生在項目實施中可以通過從不同角度對同一對象進行拍攝，后期進行小組討論來評判構圖的效果好壞。

以上兩個難點，學生通過反復嘗試、實踐、總結還是能夠基本掌握的，但是要想達到專業水平還需花大量時間進行積累。畢竟原始素材的獲取對后期編輯起著關鍵作用，而且操作經驗、構圖能力、用光能力等都只能是在不斷的實踐中摸索、積累、體會，在反復嘗試中提高綜合能力。

2.導入原始底片，調整圖像

啟動PTGui，點擊“加載圖像”，導入上一步獲取的34張照片。在導入照片后若出現顛倒或反向的情況，可以點擊旋轉按鈕，調整到合適方向，調整圖像順序、對齊等。一般情況下選擇默認的設置就可以滿足大多數場合的使用。

盡管大多數學生可以較為輕松地完成這一操作，但對于操作能力較強的學生，教師在教學中可以引導其對全景圖像進行深度編輯，包括對圖片的水平、弧度、中軸等進行調節，從而進一步熟悉軟件功能，以獲得更多的制作效果。

3.創建全景圖，修改缺陷

通過“創建全景圖”功能，軟件自動將單幅照片進行拼接，在原素材圖像的文件夾中生成格式為jpg的全景圖。但此時生成的全景圖會有一些缺陷，最常見的就是圖片中的天空部分會出現黑洞，這就需要進行有針對性的處理。

學生在項目實施中對大多數步驟完成得較好，但是也反映出不少問題，主要集中在對圖片缺陷問題的處理方法五花八門。這也說明VR全景制作對學生的綜合運用能力有較高要求。劉鑫國[10]使用Photoshop中的濾鏡工具實現了多種圖片特效，劉鶴楠[11]利用色彩范圍摳圖法等方法成功地對復雜圖像進行了處理。因此，教師在教學中可以適當地對圖像處理方法進行講解，比如針對圖片出現黑洞的問題，可以使用Photoshop印章工具或是濾鏡進行處理。

該環節會涉及多工具的使用，部分學生會受到軟件操作不熟練、前期基礎較差等的影響，不容易獲得較好的全景圖片輸出效果。教學中應該多注意觀察學生的實時制作效果，在效果不理想時給學生更多的鼓勵和指導，增強學生的信心。

4.上傳、設置、分享全景圖

為生成可在手機端瀏覽的VR全景圖，需將全景圖上傳到“720云全景虛擬現實社區”。然后引導學生注冊、登錄網站，在其主界面上將前期制作完成的全景圖逐一上傳，生成VR全景圖，通過網站生成該全景圖的二維碼和鏈接地址以供訪問。

以上操作完成后，學生基本可以實現簡單的VR全景圖的制作。學有余力的學生還可以在網站上進行深度編輯。教師在教學中可以引導學生通過對“作品管理”“視角”“熱點”等操作，在作品中插入音樂、場景鏈接、圖片鏈接、視頻等內容，進一步豐富全景圖內容，提高可觀賞性。

（四）教學反思

通過項目化教學能夠讓學生不同程度地完成VR全景圖制作，體驗到項目實施帶來的動力感。采用無人機航拍獲取原始圖片，完成的VR全景圖作品具有“全視角、真實景、高清晰、可互動”的特點，可實現虛擬實景漫游——上下左右共720度全視角的觀看效果，該效果無視角盲點，觀看者猶如置身情境之中，立體真實，用鼠標進行任何方向的拉動都能觀看得到。學生對于全景制作的效果比較激動，項目進行中團隊成員的分工合作提高了學生的組織能力與團隊合作能力。在多軟件綜合運用方面，學生也能體會到不小的壓力，這有助于提高學生對相關課程的學習積極性。對于學習能力較強的學生，教師可以在教學中引導其將項目中獲取的照片由3DMAX三維設計軟件渲染輸出系列單幀效果圖[12]，從而生成應用于設計領域的高質全景圖。

三、結語

VR全景圖制作是攝影與無人機航拍技術課程的關鍵環節，本研究對比了項目化教學在VR全景圖制作知識點中的適用性，并成功地將其引入教學中。根據項目主題，學生借助PTGui平臺，通過照片獲取、圖片處理而完成整個全景圖制作，教學過程以小組的工作方式實施，從整個項目的方案設計、前期信息的收集、項目的具體推進直至最終完成項目作品，每一個環節既發揮了學生的主觀能動性，同時也促進了學生責任感和協作精神的形成。教學實踐證明，靈活有效地開展項目化教學，可以激發學生的學習興趣，培養其獨立決策、解決專業實際問題的能力。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 李小濤，高海燕，鄒佳人，等.“互聯網+”背景下的STEAM教育到創客教育之變遷：從基于項目的學習到創新能力的培養[J].遠程教育雜志，2016（1）：28-36.

[2] 胡文超，陳童.項目教學與產教融合平臺建設的互動關系研究[J].高等工程教育研究，2016（6）：118-121.

[3] 楊婷，劉沛津，彭莉峻.CDIO模式下電子技術實驗項目式教學研究與探索[J].實驗室研究與探索，2018（2）：212-215.

[4] 馮小軍，趙鵬飛，陳秀虎，等.課程項目化教學設計的原則與方法[J].中國職業技術教育，2016（5）：33-36.

[5] 趙茂錦，李振陸.項目教學法設計的關鍵要素及評價[J].中國職業技術教育，2017（8）：47-50.

[6] 葉萍萍，羅宏.基于PTGui Pro、Pano2VR的三維全景圖制作方法與應用[J].城市勘測，2012（4）：66-69.

[7] 索南尖措，陳家威.基于Pano2VR的校園VR全景圖制作方法與應用[J].計算機時代，2018（11）：70-72.

[8] 蔡芹.創新創業教育項目化教學實施的出發點、要點及路徑[J].教育與職業，2019（3）：53-56.

[9] 喬國臻，張茹涵，趙國梁.基于HTML5的虛擬校園三維漫游系統研究[J].測繪技術裝備，2018（1）：33-36.

[10] 劉鑫國.濾鏡特效在Photoshop中的應用[J].信息與電腦（理論版），2016（6）：129.

[11] 劉鶴楠.Photoshop在復雜圖像處理與摳圖中的應用研究[J].軟件，2018（12）：191-193.

[12] 周潔.基于3ds MAX的室內全景效果圖制作技術分析[J].信息記錄材料，2019（9）：239-240.

[責任編輯：龐丹丹]