基于虚拟校园三维全景漫游系统的构建研究

【摘 要】以大理大学全景漫游系统的构建为目标，利用全景漫游技术，实现了虚拟校园的全景漫游系统。重点研究了全景图的获取、拼接和漫游的方法。

【关键词】全景图；全景图拼接；漫游系统

【Abstract】In Dali university panoramic roaming system construction as the goal，using panoramic roaming technology，panoramic view of the virtual campus roaming system is realized.Panoramic view of research is mainly focused on the method of acquiring， splicing and roaming.

【Key words】Panorama；Panorama stitching；Roaming system

0 引言

三S全景漫游是指摄像机拍摄的水平方向360度，垂直方向180度的多张照片拼接成一张全景图像，然后利用得到的全景图像，采用计算机图形图像技术构建出全景空间，让使用者能用鼠标控制浏览的方向，可左可右、可上可下观看物体或场景，并实现全景空间的切换，达到浏览各个不同场景的目的[1]。

近年来，大学建设结合地域文化，充分利用自然原本的环境和原有的特色，建设出独具个性特色的校园，并逐渐成为极具新意的人文景观。“数字化校园”已被各大学校广泛应用来进行学校信息管理和知名度宣传，传统的校园展示都是建立在平面图像或视频影像的基础上，这种表达方式性能单一、交互性差。

大理大学拥有得天独厚的自然生态环境，有 “大学中的山水、山水中的大学”的美誉，本文利用全景技术实现大理大学全景漫游系统，把校园的景色和建筑在网络上真实再现并实现共享，能让人们更为直观、清晰的认识和了解校园的美丽景色、办学设施等情况，产生身临其境的感觉，满足学校对外招生宣传、校园展示等方面的要求。

1 制作过程

1.1 研究方法和技术路线

1.2 全景图的获取

为了使制作的全景漫游系统更具真实感，以及拍摄360度的全景，使用鱼眼镜头+相机+云台的拍摄系统。此系统可以最大限度的拍摄到天地角度的景物，这样在后期漫游系统制作时就可以进行少量的对天地“打补丁”，呈现更加逼真的漫游效果。

选取好拍摄场景后，将该拍摄系统安放在场景的中心位置，调整好拍摄基线的高度，以及相机各项参数，就可以进行全景拍摄了。顺时针的进行拍摄，并且保持相邻照片之间存在不少于40%的重叠度。

需要制作包括天地的360°的全景漫游系统，因此拍摄完成后，还在需在原地进行天空和地面的补充拍摄，为后期“打补丁”提供素材。

1.3 全景图的拼接

使用PTGui Pro软件对拍摄的鱼眼照片进行拼接处理。全景照片拼接有很多软件，例如PTGui Pro、Cool 360、Pixtra Viewer、 Realviz Stitcher5.1、上海杰图的造景师等，但PTGui Pro软件提供“对准图像”功能，引入手动匹配同名像素点，可以更好地解决重叠度低，或者拍摄基线不水平等问题，是的拍摄的照片可以更加准确精确的进行全截图的拼接合成。

在PTGui Pro软件中加载所拍摄的同一场景的全部鱼眼照片，对其进行镜头参数设置、排序和剪裁后，就可以进行对准处理了。如果拍摄的照片较好，软件将进行自动的对准拼接处理，但很多时候需要手动加入“控制点”。在相邻两张照片的重叠部分寻找相同的点（即同名像点），同名像点的数量为3-6个，且均匀分布。之后进行“优化”处理，判断同名像点选取的是否合理，如果优化器优化后结果不错，可以接受优化并可以在全景编辑器中查看拼接的全景照片，并且可以对照片进行整体编辑，选择视野、投影方式等。最后就可以输出品极好的全景图片。

由于拍摄时光线和阴影、遮挡等问题，对于拼接好的全景图还需进行PS处理。在Photoshop软件中，进行曝光、HDR、变形、剪裁、去除阴影等调整和处理，最后保存图3的全景图，就可用于漫游系统的制作了。

1.4 构建校园漫游系统

使用Pano2vr软件制作虚拟校园全景漫游系统。先进行单个场景的漫游的创建，并对每个场景进行天地“打补丁”，创建好单场景漫游后，通过制作的皮肤，创建“热点”把全部单场景漫游加载到一起，再制作皮肤、加入音乐、讲解、地图等制作成为虚拟校园全（下转第27页）（上接第37页）景漫游系统。

在创建好全部单一场景，并用原始“热点”连接后，需制作一个个性化的“皮肤”。“皮肤”在Pano2vr软件的皮肤编辑器中进行中制作，皮肤编辑器的主要功能是：

1）可以个性化的设计用户需要的外观和款式；

2）可以添加用户所需的各种按钮和图形，这些按钮和图像可以从网络上下载，也可以使用PhotoShop软件进行自己制作后导入；

3）可以设计热点地图和雷达，增强全景漫游的方向感和区位感；

4）可以添加动画和声音效果，增强感官和视觉效果；

5）可以添加外部网站和节点标记，使漫游内容更加丰富；

6）Pano2vr软件自带了一些模板皮肤，也可以用户自己设计，或者在第三方网站进行下载。

下图为使用不同皮肤的虚拟校园全景漫游系统，第一个图为使用模板皮肤的漫游，第二个图为用自己创建的皮肤的漫游，图二使用了Google Earth软件截取的学校区域的卫星地图，之后使用PhotoShop软件进行裁剪、色彩和曝光等调整后，做成tiff或png格式的图片后导入皮肤编辑器中，在地图的相应位置添加对应的6个“热点”，使之可以进行场景间的切换。

2 总结

全景摄影是一种比较实用的技术，由于其数据量小，场景真实逼真，获取数据方面容易，制作流程比起三维建模来也相对简单方面，并且较大的降低了成本等优点，使其在网络技术不断发展的今天，全景摄影是在互联网上展示真实场景效果最好的工具[7-8]。此系统所构建的数字校园是利用虚拟现实技术将真实的校园场景通过数字化模型再现到计算机中，对校园场景进行全方位、立体式、交互式展示。

【参考文献】

[1]马凌云.计算机建筑漫游实例[M].上海交通大学出版社，2004.

[2]曾建超，俞志和.虚拟现实技术及其应用[M].北京：清华大学出版社，1996.

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[4]袁晓红.360°球形全景制作技术及其网络应用示范[J].测绘与空间地理信息，2010，33（5）：13-15.

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[6]http：///，2017，2.

[7]Mundhenk T N，Michael J R，Liao Xiao―qun，et a1.Techniques for fisheye lens calibration using a minimal number of measurements[C]//Proc of the SPIE Intelligent Robotics and Computer Vision Conference，Boston，Massaehusetts，2000（11）：8-9.

[8]杨育桢.全景制作流程及地图雷达的应用研究[J].科技视界，2013.

[9]巫刚，余武.虚拟校园三维全景漫游系统探究与实践[J].现代教育技术，2013，5（23）：122-126.

[10]黄建萍.数字技术在博物馆网站中的应用[J].地理空间信息，2009（2）.