校園三維全景漫游系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

綦英帆　呂夢菲　遲珊姍　周雅詩

摘 要：文章以臨沂大學全景校園漫游系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)為目標，分析并研究了校園漫游系統(tǒng)的設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)、具體實現(xiàn)步驟等內(nèi)容，最終完成了校園全景漫游系統(tǒng)，通過全方位展示美麗校園，為用戶提供位置信息服務(wù)，助力學校教學、招生等各方面應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：虛擬校園;漫游系統(tǒng);全景漫游

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）03--04

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.037

目前，全景漫游技術(shù)的迅猛發(fā)展，為視覺市場注入了新鮮血液。不僅如此，全景具有廣闊的應(yīng)用前景，如旅游景點、酒店、建筑和房地產(chǎn)展覽裝飾等，受到日益廣泛的關(guān)注。校園三維全景漫游系統(tǒng)以其交互性強、真實感強、漸變快速、生成全景等特點，有效彌補了傳統(tǒng)地圖形式、教學領(lǐng)域的虛擬展示不夠逼真等缺陷，滿足了現(xiàn)代虛擬展示領(lǐng)域的基本交互要求，通過三維全景漫游系統(tǒng)，用戶不僅可以體驗到一個平面化的視覺感受，而且可以獲得更多層次的視覺感受，給用戶帶來身臨其境的感覺[1]。

此篇論文主要總結(jié)了校園全景漫游系統(tǒng)的亮點，詳細論述了實現(xiàn)全景漫游系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)以及全景漫游的系統(tǒng)設(shè)計思想與實現(xiàn)方法等內(nèi)容。

1 全景校園漫游系統(tǒng)研究目的

三維全景漫游技術(shù)的發(fā)展，給各行各業(yè)帶來重大的變革。三維全景與博物館結(jié)合，誕生了數(shù)字博物館;三維全景與電子地圖結(jié)合，誕生了百度街景;三維全景與展覽結(jié)合，誕生了VR展覽館;三維全景與房地產(chǎn)結(jié)合，誕生了VR看房;三維全景與高校招生宣傳相結(jié)合，會帶來哪些變化？每年高考后，高考學生報志愿時，都要打開有意向?qū)W校的網(wǎng)站，提前感受一下學校的文化和氛圍，此時的學生都想到校園里走一走。對于高校來說，生源質(zhì)量高低直接影響和制約著高校人才培養(yǎng)質(zhì)量的高低。為吸引優(yōu)質(zhì)生源的報考，各高校加大了招生宣傳的力度，據(jù)了解，近年來，北京大學、安徽工業(yè)大學、西北大學等多所知名高校推出了校園全景漫游系統(tǒng)。

因此，利用三維全景漫游技術(shù)制作高校校園的全景漫游，有利于考生提前感受學校的文化和氛圍，有利于考生下定決心報考本校，有利于考生提前熟悉學校環(huán)境，對于學校招生宣傳具有重要意義。

2 項目創(chuàng)新點與特色

2.1 研究前沿的全景漫游技術(shù)，市場空間巨大，有利于未來創(chuàng)業(yè)

越來越多的人意識到全景漫游技術(shù)的重要性，現(xiàn)在技術(shù)支持人們足不出戶便能身臨其境地感受各地特色，未來市場空間很大，在學校掌握這門技術(shù)，對將來的創(chuàng)業(yè)或就業(yè)提供幫助。

2.2 解決學校的剛性需求

目前，越來越多的高校認識到校園全景漫游系統(tǒng)的重要性，開發(fā)了自己的全景系統(tǒng)，極大地方便學生了解校園，尤其是對未入學新生和想要報考的考生來說，在目前因疫情封校的狀態(tài)下，能更加全面地了解校園教學樓、宿舍及其他場所的分布，實現(xiàn)校園內(nèi)部的720°全景展示，與此同時，這對學校也起到了一定的宣傳作用。項目屬于帶著問題來研究相關(guān)技術(shù)，因此項目本身很有針對性[2]。

2.3 項目涉及藝術(shù)與計算機技術(shù)，更契合數(shù)字媒體藝術(shù)跨學科的特點

項目涉及前期的圖片拍攝、全景圖的處理（這部分工作偏藝術(shù)），例如：照片拍攝需要的角度、構(gòu)圖、光影等，照片處理后的調(diào)色、修正。后期全景圖的展示與漫游的實現(xiàn)涉及計算機前端技術(shù)（這部分工作偏理科），能夠更好地發(fā)揮數(shù)字媒體藝術(shù)專業(yè)學生的專長。

3 全景漫游系統(tǒng)的核心技術(shù)支持

3.1 全景技術(shù)介紹

全景也稱為全景攝影或虛擬實景，是基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實技術(shù)。全景圖技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一個重要分支，是一種新興的可交互的富媒體技術(shù)，在眾多行業(yè)，全景圖技術(shù)因其簡單便捷的制作流程和直觀獨特的體驗方式而具有廣泛的應(yīng)用前景與商業(yè)價值，具有采集和制作簡單、視角全方位、記錄性和再現(xiàn)性強、系統(tǒng)要求低等特點[3]。

3.2 全景校園漫游技術(shù)介紹

全景校園漫游技術(shù)是基于全景漫游技術(shù)在校園展示上的應(yīng)用，在這一系統(tǒng)中，足不出戶便能了解學校的景色與路程信息，其交互功能可以轉(zhuǎn)換場景，實現(xiàn)地圖路線、漫游路線等一些交互式操作[4]。

3.3 Insta360全景相機使用技術(shù)

Insta360 Pro相機提供了多種相機與客戶端之間的連接方式，分為圖傳連接、有線連接、無線連接三種，可連接電腦、IPad或手機，遠程控制相機，使用無線連接—AP連接方式對相機進行操控及使用[5]。

首先調(diào)整相機WIFI模式為“AP”，用手機App客戶端設(shè)備打開WIFI，搜索名為Insta360-Pro-XXXXXX的WIFI AP熱點，默認密碼為88888888（8個8），進行連接。連接成功后，打開Pro App，選擇“連接方式二”，點擊“連接”即可使用Insta360 Pro相機。

拍攝階段使用了App客戶端拍攝照片，以安卓手機App界面演示，如圖1所示。

相機設(shè)置了拍照、錄像、直播推流、拼接校準、存儲管理、相機設(shè)置等功能入口。點擊進入拍照模式，App會自動加載預(yù)覽流程，待完成后可進行拍攝，開啟陀螺儀防抖，該按鈕開啟狀態(tài)下，相機的實時拼接功能存儲的照片畫面自動根據(jù)陀螺儀數(shù)據(jù)進行糾正。VR模式預(yù)覽按鈕，點擊切換至VR眼鏡模式觀看預(yù)覽效果。關(guān)閉預(yù)覽畫面按鈕（關(guān)閉后可以省電，輕觸預(yù)覽區(qū)域再次開啟）。

3.4 補天補地技術(shù)

安裝Flexify插件：打開Photoshop所在的文件夾，找到plug-ins，將Flexify插件放進此文件夾。

使用方法：打開Photoshop，將圖片復(fù)制一份，然后選擇Filter，再選擇Flexify插件，在Input中選擇equirectangular;Output中選擇zenith&nadir，實現(xiàn)從全景照片到天空和地面局部照片的切換，在此基礎(chǔ)上進行地面與天空的處理。畫面處理完成后，在Input中選擇zenith&nadir;Output中選擇equirectangular將此圖切換成正常全景模式;最后保存導(dǎo)出即可。

Flexify插件使用界面圖如圖2所示。

4 校園漫游系統(tǒng)的具體實現(xiàn)

4.1 前期整體思路分析和準備

查閱全景漫游系統(tǒng)成功案例的相關(guān)資料，與VR全景設(shè)計公司交流溝通，吸取經(jīng)驗，確定校園漫游系統(tǒng)研究的方法及手段，并確定詳細的內(nèi)容框架[6]。首先規(guī)劃校園整體拍攝路線，在臨沂大學區(qū)域的景觀取景、拍照，觀察現(xiàn)實景觀，了解建筑分布狀況。確定合理的位置點，使用全景相機采集照片并合成，在PhotoShop中完成對全景圖像的美化與修整。最后在720云平臺進行漫游制作，在其中標注文字信息，制作交互熱點，完成發(fā)布。全景漫游規(guī)劃流程圖如圖3所示。

4.2 全景圖像的制作與合成

4.2.1 校園漫游拍攝規(guī)劃

分析與考察地理位置，臨沂大學校園內(nèi)主要由以圖書館為中心向外擴展的教學樓、學院樓、學生宿舍、體育館、操場、籃球場等組成，經(jīng)過實地勘察和分析設(shè)置了20個組，分別是校園內(nèi)標志性建筑，將其作為中心區(qū)，方便拍攝與后期漫游。

經(jīng)過分析與考察確定好本漫游系統(tǒng)的拍攝思路是以臨沂大學圖書館為中心，劃分為兩部分（圖書館以西為一區(qū)，圖書館以東為二區(qū)）沿著學校主路呈放射狀路線拍攝。計劃先從二區(qū)開始拍攝，順著學校道路的分布，從主路到支路、從建筑外到建筑內(nèi)，逐步深入到每一個拍攝場景。要確定人群流量集中的時間點，盡量避開人群流量多的時間段。

臨沂大學校內(nèi)拍攝路線規(guī)劃圖如圖4所示。

4.2.2 全景圖像采集

拍攝方法：選擇好拍攝位置，在拍攝場景中選擇合適的位置放置相機，將相機固定在三腳架上，檢查相機與三腳架是否穩(wěn)固，調(diào)試相機，通過預(yù)拍攝選取合適的光圈值和快門值，達到拍攝的地點的照片畫面曝光效果相近。

拍攝注意事項：第一，觀察校園人群流動，防止行人干擾畫面。如果畫面中有人群，會干擾畫面，導(dǎo)致照片中同一個人物會在照片的不同方位多次出現(xiàn)，或全景相機在自動拼接圖片中出現(xiàn)殘缺人影等;第二，注意調(diào)整某些角度照片的曝光度;第三，拍攝前要檢查三腳架、云臺是否穩(wěn)固，水平儀設(shè)置是否合適，確保獲得最佳拍攝效果。

4.3 全景圖像后期處理

4.3.1 分類整理素材

全景照片全部拍攝完畢后進行初步篩選，分出需要的圖片，分類整理這些素材，以方便后期處理。根據(jù)校園劃分區(qū)域，新建“一區(qū)文件夾”“二區(qū)文件夾”兩個文件夾，將照片重新命名并根據(jù)所處位置存入相應(yīng)的文件夾。

4.3.2 地面處理

在拍攝時因機器本身的局限性導(dǎo)致全景照片中留有機器支架及其投影，影響照片美感，需要對圖片進行處理。在Photoshop中打開Flexify插件，復(fù)制圖片，將全景照片切換到天空和地面的局部照片，在此模式下將地面上三腳架及影子處理掉。

4.3.3 圖片美化

由于受到天氣、時間等不確定因素的影響，導(dǎo)致一些圖片整體發(fā)暗或者天空灰暗，影響圖片美觀，需要將圖片中的天空調(diào)色或整體提高亮度。打開Photoshop對照片進行調(diào)色，例如通過Photoshop調(diào)整讓圖片中的天空更藍，內(nèi)容更鮮艷明亮，增強畫面的美感[7]。

4.4 全景展示實現(xiàn)

本系統(tǒng)的交互效果基于720云客戶端制作。制作過程中，首先打開瀏覽器，登錄720云官網(wǎng)，注冊賬號，在右上方點擊發(fā)布作品按鈕，默認“全景圖片”選項，點擊“上傳素材”選項，可以將后期處理好的全景素材上傳至網(wǎng)絡(luò)，上傳完成后確認，即可輸入作品標題，點擊“發(fā)布作品”，即可點擊發(fā)布。通過“全景高級設(shè)置”進入全景高級界面，在場景目錄中對各全景圖片進行詳細的歸類和整理，主要分為一區(qū)宿舍附近、圖書館附近、體育場所區(qū)、二區(qū)宿舍附近、辦公樓附近、公共教學樓、新實驗樓附近及主要干道等場景文件夾。然后，添加交互熱點實現(xiàn)全景切換功能[8]。

720云制作界面如圖5所示。

5 結(jié)語

文章主要介紹了一種基于校園實景的全景漫游展示，此系統(tǒng)發(fā)布到校園官網(wǎng)、官方微博、微信公眾號等平臺后，觀看者可通過網(wǎng)絡(luò)輕松實現(xiàn)便捷的校園漫游導(dǎo)航，直觀了解校園環(huán)境、建筑風格及師生面貌[9]。全景漫游不僅應(yīng)用于校園建設(shè)展示，而且在現(xiàn)在與未來各種行業(yè)都能得到應(yīng)用，用戶能夠體驗到全景漫游帶來的全新、完美的體驗，具有重要的實用價值與商業(yè)價值，期待未來全景技術(shù)有新的發(fā)展，能更好地服務(wù)用戶、服務(wù)大眾[10]。

參考文獻

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[5] 王靜，司占軍，候冕.全景漫游技術(shù)在泰達校區(qū)的應(yīng)用展示研究[J].電腦知識與技術(shù)，2018（36）：211-212.

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[7] 吳濤，楊甲樂，陶欣.基于VR全景技術(shù)的揚州大學校園漫游導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].華中建筑，2019（12）：28-31.

[8] 李滿，陳展鵬.基于VR技術(shù)的三維校園漫游系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)——以廣州工商學院為例[J].現(xiàn)代信息科技，2019（19）：100-103.

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[10] 陳偉娜.全景漫游技術(shù)在圖書館專題展覽中的應(yīng)用研究[J].蘭臺內(nèi)外，2021（20）：72-74.

基金項目：2021年山東省大學生創(chuàng)新訓練項目“校園三維全景漫游系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)——以臨沂大學校園為例”（S202110452062）

作者簡介：綦英帆（2001—），女，山東濰坊人，本科在讀，研究方向：數(shù)字媒體藝術(shù)。