學院三維地圖和三維全景圖的實現

張銳　張振宇　袁金堂　陳恩娜

學院三維地圖和三維全景圖的實現是虛擬校園建設中的重要組成部分。結合已有的新疆生產建設兵團興新職業技術學院三維地圖和三維全景圖的建設經驗，解析了學院三維地圖和三維全景圖的實現過程，分享了在校園三維建模及全景圖制作過程中獲得的經驗和心得。

研究背景

近年來，隨著計算機技術的快速發展和數字校園技術的應用與普及，虛擬校園成為校園信息化建設中一個新的發展趨勢。學院三維地圖和三維全景圖的實現是虛擬校園建設中的重要組成部分。本文中搭建學院三維地圖和三維全景圖網絡平臺采用HTML5編輯方式，支持移動端瀏覽器訪問，同時對平臺的性能和功能進行了測試。

研究理論依據

虛擬校園基于三維全景虛擬現實技術（實景虛擬），通過對校園內實體進行數字建模，并通過三維實景模擬的表現方式，使瀏覽者能身臨其境感受優美的校園風光、良好的教學環境和教學資源，也可以隨意選擇校園中的景點和參觀路線。因此開展三維虛擬校園系統及相關課題的研究適應信息社會的發展趨勢，具有重要的理論意義和現實意義。

建立在二維平面和影像地圖基礎上的傳統虛擬校園，無法滿足學院對外招生宣傳、校園展示及信息多元化的功能需求。三維地圖和三維全景圖的實現可更加形象直觀地對校園進行多種方式查看，讓人們更真實地了解學院的建筑構造，感受校園環境。

研究實施過程

三維地圖和三維全景圖的實現，首先依據衛星地圖繪制校園平面圖，以平面圖為依據進行三維建模，渲染成全景圖進行交互式設計。

制作工藝

1.繪制校園平面圖

通過百度地圖的衛星地圖定位到學院，以衛星地圖為參照繪制校園平面圖。

2.建模數據采集

通過專業的數碼相機或手機多方位多角度地拍攝校園場景，為建模校園提供數據參照。

3.三維建模

通過三維建模軟件對校園內場景進行三維建模，渲染成全景圖。

4.數據整合

利用PANO2VR工具強大的3D環境虛擬實景編輯功能，設計和開發互動三維場景系統。

三維地圖及三維全景圖主要實現功能包括：

全景圖自動旋轉查看功能;

鼠標點擊拖拽環繞查看模式;

三維地圖導航功能;

導航定位查看校園全景圖;

路徑漫游，鼠標點擊設置好的路徑進行漫游查看;

縮略圖導航功能。

主要技術方法

課題研究主要分三維地圖的實現和三維全景圖的實現。

首先是三維地圖的實現，三維地圖主要是對校園實體的三維數字建模，可選用的工具有3DS MAX、SKETCHUP等三維建模軟件，根據日常教學活動中熟悉的3DS MAX軟件進行校園三維建模。

打開百度地圖中找到學院所在位置，選擇衛星地圖模式查看，百度地圖工具箱中有測距工具。通過衛星影像圖定位，確定各個樓宇所在地，用CAD繪制完成校園平面圖。

將CAD圖導入到3DSMAX中為底圖，3DSMAX中系統單位和顯示單位設置為毫米，分別使用樣條線繪制各個樓房平面，通過擠出命令輸入樓房高度，轉換為可編輯多邊形，然后對樓房進行逐個建模。

將建模好的樓宇建筑按照CAD底圖的位置擺放好，完成校園運動場、籃球場、健身器材、道路和綠植裝飾等的建模并擺放好位置，添加燈光攝像機，攝像機位置以衛星地圖為參照，但可適當降低高度以便達到更佳的觀賞效果，渲染出圖得到校園三維地圖數據。

其次是三維全景圖的實現。三維地圖只是校園全景的整體概述，無法充分地展現出校園的具體面貌，三維全景圖的實現正好可以填補三維地圖的不足之處。

三維全景效果圖，可以通過架設三腳支架固定相機機位，運用數碼相機廣角鏡頭對校園場景進行多角度實景拍攝，拍攝得到的照片進行拼接得到三維全景圖。根據拍攝方式的不同，三維全景圖又可分為柱狀全景和球型360。全景。

基于三維地圖的實現，校園已經有了具體的三維模型數據，三維全景圖可通過三維模型渲染輸出來。選取校園主要場景，如學院大門、運動場、學生宿舍樓前、學生食堂樓前、主要教學樓、實驗樓以及行政樓等場景。在3DS MAX軟件渲染設置中選擇Vary渲染器，只有在Vary渲染器中才可以選擇360全景相機渲染全景圖，全景圖的寬高比為2：1。

三維地圖和三維全景圖的實現，將全景圖素材導人到360全景效果圖制作軟件中，本文選用的是PANO2VR軟件，在PAN02VR中對三維全景圖校園場景的預覽，通過設置皮膚的方式完成場景的交互和地圖預覽功能。搭建校園三維地圖和三維全景圖服務器平臺，通過網址訪問查看校園全景，PANO2VR中采用HTML5編碼方式，能更好地支持在移動設備上瀏覽。

研究意義及推廣價值

三維地圖和三維全景圖的實現有利于提升學院的知名度。三維地圖和三維全景圖可作為學院數字化校園建設的一部分，有效宣傳學院，提升學院的整體形象。

三維地圖和三維全景圖的實現有利于提高教師的科研探索精神。通過課題的研究，鞏固了教師對軟件的操作能力，同時還可將知識和技能轉化為教學成果和科研成功。

三維地圖和三維全景圖也可以使用方便學生的HTML5編碼方式，讓學生在手機上就可以快速對校園風景和校園面貌進行瀏覽，對于新生入學及時直觀地了解學院起到了積極的作用。

學院三維地圖和三維全景圖的實現，還可以不斷完善和擴充功能模塊。地圖的標注、添加文字介紹以及多媒體展示等功能的實現，能充分發揮三維地圖和全景圖對校園信息的管理

研究中存在的問題

以衛星地圖為參照，應用百度地圖中測距工具在地圖中測量出的數據與真實場景有一定誤差。另外對于樓房高度的測量因為沒有專業測量工具均采用估算，所以校園三維地圖和三維全景圖的建模數據與真實的校園場景存在一定誤差。

通過相機拍攝校園中建筑物和各個運動器械的外觀和構造，作為校園三維數據建模的主要依據。因要表現出建筑物的各個方位和具體構造以及校園中建模元素較多，故要采集的數據照片數據量大，有時在建模的同時還需返回校園重新拍攝素材。

三維數據建模工作量龐大，要求對3DS MAX軟件熟練操作，對計算機配置也有一定的要求。在完成三維數據建模后，渲染出圖因要選擇高品質的效果圖，故渲染出圖時間較長，通常一張效果圖的渲染出圖時間都在1～2 h左右。

此外，三維地圖和三維全景圖的實現，滿足了校園全景面貌的展示，但與通過自由漫游的方式觀察校園還存在一定的差距，這也是今后課題研究的方向之一。