地質災害應急排查VR全景展示系統的設計與實現

李勇，羅招青

（四川省計算機研究院，四川 成都 610041）

0 引 言

近年來，隨著計算機軟硬件技術的快速發展，VR 全景技術被廣泛地應用于旅游，房產及虛擬教育等行業，給用戶帶來全新的真實現場感和交互式的感受。虛擬全景又稱三維全景虛擬現實（也稱實景虛擬）是基于全景圖像的真實場景虛擬現實技術，是虛擬現實技術中非常核心的部分。全景(英文名稱是Panorama)是把相機環360 度拍攝的一組或多組照片拼接成一個全景圖像，通過計算機技術實現全方位互動式觀看的真實場景還原展示方式。本系統利用無人機拍攝地貌景觀全景圖來制作地質災害虛擬全景，基于Krpano技術開發全景展示系統，實現真實展現目標點的地形地貌場景。本系統以全景影像方式展示地質災害特征，提升地質災害調查成果可視化展示效果，是一種實用的新型地質災害調查成果表達方式。

1 需求分析

1.1 數據需求

系統數據需求主要有地質災害隱患排查點位數據和VR全景數據：

（1）地質災隱患排查點位數據：調查人員通過實地現場勘查，獲取的地質災害隱患點位的位置信息、隱患類型、威脅對象、威脅人數、穩定性、防災負責人（姓名及聯系方式）、防治緊迫程度、險情分級、已采取措施、現場照片等數據。

（2）VR 全景數據：對已經確定需要展示的地質災害隱患排查點位的VR 全景數據，利用無人機拍攝地貌景觀原始影像數據，通過圖像拼接技術獲取點位全景圖像。

1.2 功能需求

根據調研的系統用戶實際需求，地質災害應急排查VR全景展示系統應具備以下功能：

（1）地質災害點的全景VR 瀏覽，支持VR 設備使用本系統。為用戶提供逼真的景觀瀏覽體驗。

（2）在VR 場景中實現地質災害點文本圖標的標注，同時通過場景中圖標點擊查詢，查詢的結果為該地質災害點數據（現場實景地質災害隱患圖片文字等介紹）。

（3）通過熱點導航功能支持任意場景的切換。

（4）運用地圖功能對全景瀏覽進行地理位置標注和切換。

（5）支持所有PC 端、移動端瀏覽器，并且針對不同端有不同優化，只需要瀏覽器訪問網頁便可以加載地圖訪問系統。

2 系統設計與實現

2.1 系統數據庫設計

系統數據庫主要為系統實現提供數據支持。本系統采用關系型數據庫MySQL，并使用Navicat for MySQL 來構建MySQL 數據庫。Navicatfor MySQL 為MySQL 數據庫管理、開發和維護提供了直觀而強大的圖形界面和全面的工具。

本系統選用MySQL 數據庫存地質災害隱患排查點位屬性數據庫，地質災害點屬性結構如表1所示。

表1 地質災害點屬性結構

2.2 系統設計原則

本系統設計遵循以下原則：

（1）先進性：采用無人機航拍獲取地質災害點位空中視角的全景圖，基于Krpano 技術二次開發，Krpano 框架提供的各種成熟插件，開發人員通過編寫腳本即可實現各種場景下的交互功能。

（2）實用性：系統采用人性化的操作方式，用戶可方便快捷的使用系統。

（3）標準性：系統針對地質災害數據應嚴格按照現有的國家標準和行業標準進行數據生產。

2.3 系統功能設計

根據功能需求分析結果，本系統功能設計分為兩個模塊，一是系統后臺數據管理功能主要包含用戶登錄、地質災害點位屬性數據編輯；二是系統前端展示主要功能包括VR 全景瀏覽、點位導航、地圖基本操作、地質災害點位標注、地質災害點位數據窗口查詢等，如圖1所示。

圖1 系統功能設計圖

2.4 系統技術路線

本系統設計為B/S 系統，后臺數據管理使用NET 框架實現數據管理，系統前端展示基于HTML5和Krpano開發實現VR 全景網頁端展示。數據發布與功能實現技術流程為：

首先，通過make vtour droplet 批處理文件工具，實現制作可以漫游的全景VR 系統。首先將圖片名歸一化并簡單排序，選擇所有圖片執行處理命令，結束后系統會生成全景漫游文件包含若干文件和文件夾。然后通過Krpano 內置可視化點位編輯的工具選擇各點位之間起始，更換相關功能按鈕圖片，讓整體美觀度與最終的系統保持一致。最后通過JavaScript 實現系統各展示功能。

2.5 系統實現

2.5.1 系統登錄

系統登錄只需要在瀏覽器中輸入對應網址快速進入系統。進入系統后會有一個初始畫面，如圖2所示，提示系統開始運行。

圖2 系統啟動界面

進入成功后，可以看到以下景觀球體旋轉的動畫如圖3所示，該初始動畫會按照設備性能以及用戶網絡速度持續數秒，設備性能越好網絡速度越快持續時間越短。

等待動畫完成后畫面會呈現靜止狀態，即可進行操作，如圖3所示。

圖3 小行星開場界面

2.5.2 系統操作主界面

用戶登錄后進入到系統主界面，本系統主界面采用時尚扁平化風格，圖標半透明化。窗口大部分界面為虛擬全景圖片展示畫面，界面下部為工具欄。場景導航工具控制著系統的瀏覽路徑，它可以自由選擇想要瀏覽的點，地圖工具負責顯示當前瀏覽點的地理位置，方便用戶獲取該點詳細的地理信息。標注工具主要是對場景中地質災害點位信息標注出來。具體分布如圖4所示。

圖4 系統功能區劃分

2.5.3 全景瀏覽功能

全景瀏覽是本系統最為主要的功能，它能給用戶帶來仿真的景觀瀏覽體驗以及對感興趣的對象進行查詢。在主界面上按住鼠標左鍵待鼠標變成十字箭頭，向屏幕的各個方向拖動，界面會隨著拖動方向而移動類似人轉動頭和眼睛觀察周圍觀景。擁有觸摸屏的用戶可以通過點按并滑動屏幕進行全景瀏覽。全景圖中有一些地名以及抖動的圖標，用戶可以通過點擊這些圖標前往下一個全景觀測點。每個界面都是通過觀測點相互鏈接，通過旋轉畫面均能找到。

2.5.4 導航功能

導航功能主要是通過導航欄操作的，主要有前進、后退、自由選擇。導航欄中部為觀測點自由選擇按鈕，鼠標左鍵點擊或者在觸摸屏幕上輕觸按鈕，將會彈出觀測點列表窗口，如圖5所示。

圖5 場景導航功能界面

2.5.5 地圖功能

地圖功能是對全景瀏覽功能的補充和完善，在切換不同觀測點的過程中用戶可以通過地圖同能了解該觀測點的地理空間位置以及其他觀測點的位置關系。點擊右側地圖工具按鈕，地圖窗口會彈出，如圖6所示。

圖6 地圖導航

整個地圖工具分為3 個部分，地圖基礎操作功能，地圖點擊查詢切換功能，地圖底圖切換功能。

2.5.6 地質災害點標注

點擊標注功能圖標，實現場景中將會彈出地質災害點位點位圖標（地質災害點位名稱），如圖7所示。

圖7 地質災害點位標注

2.5.7 地質災害點位數據查詢

通過點擊地質災害標注圖標，查詢該點位信息，如圖8所示。

3 結 論

本文通過需求調研與分析，基于Krpano 平臺設計并開發了地質災害應急排查VR 全景展示系統。系統基于地質災害應急排查點位勘查數據和VR 全景數據，用戶可以更加直觀清晰地看到地質災害隱患點情況，以及歷史災害發生后的場景。系統提供地質災害點的數據查詢，方便用戶結合全景瀏覽信息快速直觀獲取災害點位數據。但是，在地質災害的實施監測等功能，還需要進一步研究，可以結合實時視頻監控、邊坡位移監測等技術完善。

圖8 地質災害點位信息