全景技術在教室信息服務中的應用探索

摘" 要：近年來，隨著智慧教室的建設，教室形態逐步多樣化，急需提供與教學業務高度融合的教室信息智能化服務手段，以適應師生們教學活動的需要。該文分析教室信息服務的問題現狀與需求，在比較多種教室信息呈現手段后，研究教室全景技術，設計并實踐教室全景可視化的方案，并對其進行教室信息服務應用的探索，搭建基于教室全景圖的全平臺教室信息服務系統，實現一種可視化智能化的教室信息服務手段，促進智慧教室的有效使用。

關鍵詞：智慧教室；全景技術；信息服務；智能化服務；教室信息

中圖分類號：TP391" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）12-0173-04

Abstract： In recent years， with the construction of smart classroom， classroom forms are gradually diversified， there is an urgent need to provide classroom information intelligent service means highly integrated with teaching business， in order to meet the needs of teachers and students' teaching activities. This paper analyzes the present situation and demand of classroom information service， after comparing many kinds of classroom information presentation methods， studies classroom panoramic technology， designs and practices the scheme of classroom panoramic visualization， explores the application of classroom information service， builds a full-platform classroom information service system based on classroom panorama， and realizes a visual and smart classroom information service， so as to promote the effective use of smart classrooms.

Keywords： smart classroom; panoramic technology; information service; intelligent service; classroom information

隨著教學改革的深入，教學模式已經由傳統的演示型變得百花齊放，互動式、實踐式等多種教學模式在日常授課中變得日益廣泛。但這些教學模式都對教室有著特殊的要求，并且有些要求是互相矛盾的，因此多種類型的智慧教室應需而生，多媒體教學時代的一種教室適應大多數課堂的情況不復存在。近年來，各學校都在逐步從多媒體教室時代走向智慧教室時代，為適應不同類型教學模式及活動場景，產生了不同類型的智慧教室，有著不同的教室環境和設備配置，為師生們帶來更多樣化的教學體驗，對教學改革起到了促進作用[1]。

與此同時，個性化的教室也為師生了解和使用教室帶來了困擾。在多媒體教室時代，教室類型單一，差異集中在教室大小和座位數量，因此通常一張教室信息表就可以描述學校的教室信息，排課教師根據教師座位數即可排課，教師不需要教室信息就可以開展備課。而智慧教室時代，一張表的形式已經無法準確描述教室的多樣性和復雜性。一方面，復雜多樣的教室對排課工作是個挑戰。課程排課人員要根據老師的課程需求匹配合適的教室，但教室類型眾多，為排課工作造成了很大的困難，為了避免課程教室安排不當，老師們需要打電話咨詢才能知道適用的教室，為教務管理人員和授課老師都帶來不便。另一方面，教師對教室情況的未知為授課帶來額外的風險和負擔。為了避免教室不適宜自己課堂教學需求，老師們通常要實地查看排課教室實況，根據教室情況進行課程調整，或更換教室[2]。

因此，急需進行新型的教室信息智能化服務手段研究與探索實踐，并與教學業務深度融合，適應師生們教學活動的需要，充分發揮智慧教室的作用。

1" 教室信息服務手段研究

教室信息包括了靜態信息和動態信息。靜態信息包括教室的地址、大小等基本信息，教室裝修、桌椅類型與數量等環境設施信息，教室設備系統功能等信息，以及如何使用等延伸信息。動態信息包括教室在指定時間是否已占用及教室人數等。

傳統的教室信息服務手段采用表格式或圖片式，部分學校采用視頻進行展示。近年來，虛擬現實技術發展迅猛，已應用到諸多環境展示領域，虛擬現實技術包括了3D建模和全景技術等方式。各種呈現方式用于展示教室信息的優缺點見表1。

如表1所列，表格式可以清晰地一覽各教室的多種信息，但信息不直觀不形象；普通照片式難以形成對教室直觀全面的認識，死角過多缺乏空間感；視頻方式則因為加載量過大，沒有交互感，不適宜查找教室這種快速瀏覽的場景；3D建模具有很強的交互感和沉浸感，呈現效果很好，但成本太高，制作工序復雜，而且要求的網絡平臺傳輸速度較高；與虛擬3D建模、仿真技術等復雜的虛擬技術不同，全景技術拍攝成本較低，編輯制作程序較少，網絡播放平臺開發較為簡單，能夠方便快捷地實現對真實場景的還原和模擬，雖然在沉浸感和交互感方面全景技術比不上3D建模技術，但因為實現成本低、加載量小且容易產生直觀全面的體驗，已經越來越多地成為環境展示利器[3]。

綜合比較，教室全景圖是一種低成本、輕量級的虛擬現實方案，對展現復雜多樣的智慧教室環境具有明顯優勢。

2" 教室全景展示的研究與實現

虛擬全景（Virtual Panorama）又稱三維全景虛擬現實，是基于全景圖像的真實場景虛擬現實技術[4]。全景圖（Panorama），能夠讓人方便地獲取全方位的信息。狹義的全景圖是指能夠覆蓋橫向360°縱向180°視域空間的全景圖像，而實際應用中的全景圖像則是指超過人的雙眼正常視角的各類全景圖。全景技術應用中比較典型是柱面全景圖、球面全景圖和多面體全景圖，也就是采用圓柱體、球體和多面體來投影和呈現全景圖[5]。全景漫游是指把全景圖像通過計算機圖形圖像技術構建出全景空間，在播放插件的支持下，讓使用者使用鼠標控制瀏覽的方向，可左可右、可上可下、可近可遠、可大可小的觀看物體或場景，實現全景空間切換，讓瀏覽者有身臨其境的感覺[6]。在教室信息服務場景中，采用橫向360°的柱面全景圖即可滿足需求。

通常，實現全景展示需要3個步驟：拍攝、拼接處理和呈現，如圖1所示。

2.1" 拍攝

目前，拍攝全景圖一般可采用2種方式：專業全景攝像機拍攝、普通相機拍攝。專業全景相機可以直接拍攝出全景圖，自動拼接，甚至可以直接進行全景圖呈現，其圖像質量通常沒有普通相機拍攝的圖像質量高，價格較貴，但操作簡單、制作速度快，因此適用于大量全景圖制作；普通相機拍攝的方式是采用普通相機結合全景云臺拍攝多角度圖片，可以根據環境和質量要求調整相機和鏡頭，這種方式不需要專用設備，設備購置成本低，圖像質量好，但制作工序稍顯復雜繁瑣，因此制圖速度慢，適用于少量全景圖制作。拍攝教室全景圖僅僅是一次性的拍攝工作，若采購專業全景相機會造成后期設備閑置，從成本和效率多方面考慮，本文采用了普通相機結合全景云臺進行拍攝。將教室中間作為拍攝點，云臺轉動每60°拍攝一張照片，首尾重合。

2.2" 拼接處理

拼接是把多個角度的圖片拼合成一張全景圖，一般可以采用photoshop或者ptgui等軟件進行拼接，本文采用photoshop的photomerge功能完成拼接工作。具體流程是：文件→自動→photomerge，選擇照片后拼接成教室全景。拼接完成后的圖如圖2所示，需要進行一些圖像處理調整，包括明暗度調整等。

2.3" 呈現

全景圖無法像普通圖片一樣查看，需要通過特定的方式來呈現。呈現全景圖需要通過Unity3D、VRP及Pano2VR等進行開發，其缺點是對制作的技術水平和專業性都有一定的要求，步驟稍顯復雜，其優點是全景圖可以生成視頻、網頁及動畫等多種形式，網頁可以實現本地化部署，具有更強的自主性和安全性。現在市面上有的全景圖云平臺，可以將全景圖甚至未拼接的原始圖片上傳，自動實現全景圖的一鍵生成和漫游，例如720云[7]。這類云平臺是基于全景圖像開發的，不需要任何的語言基礎，開發簡單且周期短，成本也相對較低，但自主性、擴展性和安全性都較低。本文為實現全景圖在教學信息服務中的多場景深度融合應用，因此采用自建平臺的模式實現全景圖呈現，具體采用的是Pano2VR。

Pano2VR 是全景圖轉換軟件，其主要功能就是把多種類型的全景圖轉換成不同的載體形式進行展示[8]，其導出格式主要有QuickTime、Flash和Html5。隨著Html5的興起和廣泛應用，Html5已逐漸成為全景圖的重要展示方式，不需要特殊軟件，通過瀏覽器實現在電腦和手機端的放大、縮小和移動等操作。

3" 全景技術在教室信息服務中的應用探索

3.1" 搭建全平臺的教室信息檢索與預覽服務

搭建全平臺的教室信息服務系統，將教室實景、環境和設備信息通過Web、移動Web為師生提供教室檢索與預覽服務。

如圖3所示，搭建全教室信息服務系統需首先建立教室信息數據庫，存儲教室的環境設施信息、功能特點等，并實現身份認證數據訪問等基礎業務，開發跨平臺的Web應用系統。根據以往師生在課程或活動前選擇教室時的咨詢記錄分析，篩選師生常關注的教室特征作為檢索條件（例如類型、容量等），在校園網提供多維度的教室查詢檢索功能；集成Html5全景圖，呈現教室全景，響應鼠標的拖拽操作進行圖像3D環繞視角的展示，實現快速篩選查找教室，遠程直觀查看教室實景和教室信息。師生可根據課程或活動需要，通過檢索條件初步篩選教室，再查看具體教室的全景圖進行確認，從而實現快速準確地挑選符合要求的教室。

3.2" 與教學業務系統深度融合

教室信息必須與教學業務系統深度融合才能切實起到服務師生的目的。對教室信息依賴度較高的業務包括：排課、教室借用及教室管理等，融合方式可以分為2類，即以業務系統為主體和以教室信息服務系統為主體。

3.2.1" 以業務系統為主體

以業務系統為主體的方式是將教室信息服務接入業務系統。這類融合方式適用于已有業務系統，或教室不是業務的主體內容，例如排課系統。將教室信息服務嵌入原有業務，可根據教室信息進行篩選，作為排課、借用等的匹配手段，同時呈現詳細教室信息及教室全景圖作為確認。

3.2.2" 以教室信息服務系統為主體

以教室信息服務系統為主體的方式是將業務在教室信息基礎上擴展。這類融合方式適用于以教室為對象的業務應用，例如教室借用、教室設備管理及培訓等。在教室信息的基礎上嵌入相應業務應用，在查看篩選出教室后可直接跳轉進入相應應用。

4" 教室全景信息服務的價值與意義

4.1" 幫助教務人員在排課時提高教室課程匹配度

運用教室全景信息系統后，教務人員可以根據老師的課程特點，在線選擇合適類型的教室，并遠程查看確認，提高教室和課程的匹配準確性，減少與老師和教室管理人員的溝通負擔，大大降低教室不適用的概率，避免開課后調換教室的情況發生。

4.2" 幫助師生快捷準確挑選符合要求的教室

以往，老師和學生們在新開課或借用教室前要想找到合適的教室，需要電話或者當面咨詢教室管理人員，并實地查勘確認和熟悉環境，以確保教室滿足活動需要，為師生造成極大的不便。教室全景可以為廣大師生選擇和查勘教室提供在線支持，師生們可根據課程或活動需要檢索出目標教室，再通過查看教室的全景圖進行確認，全程足不出戶、身臨其境。

4.3" 推動智慧教室培訓網絡化、虛擬化

為提高教師使用智慧教室的能力，學校會開展智慧教室培訓，為從未在智慧教室上課的老師介紹智慧教室的環境和設備系統情況，并協助老師進行常規設備操作練習，但因為時間或場地等原因導致有的老師難以參加培訓。教室可視化可作為智慧教室培訓網絡化和虛擬化的基礎，根據培訓需要進行圖文交互設計，即可以實現“虛擬智慧教室”，用于在線熟悉智慧教室的環境與設備操作，提高學校老師運用智慧教室的能力。

4.4" 推動教室管理維護走向可視化

在設備維護管理工作中，主要管理設備基礎信息和設備運行狀態，傳統管理以表格形式進行數據管理。通過設備管理系統進行數字化管理后，通過數據表和消息形式呈現。在教室實景圖上進行設備標注定位、設備狀態信息實時采集，可以實現現場仿真的效果，實現教室設備可視化管理，提高教室設備管理維護水平。

5" 結束語

在比較多種教室信息呈現手段后，研究教室全景技術，設計并實踐了教室全景可視化的方案，并將其進行了教室信息服務應用的探索，搭建了基于教室全景圖的全平臺教室信息服務系統，實現了一種可視化智能化的教室信息服務手段，促進智慧教室的有效使用。

參考文獻：

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