李海亭，張淼，彭清山

(1.武漢市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢 430022； 2.武漢大學(xué)數(shù)字制圖與國(guó)土信息應(yīng)用工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430079)

城市地理信息系統(tǒng)中的全景地圖技術(shù)研究

李海亭1，2?，張淼1，彭清山1

(1.武漢市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，湖北武漢 430022； 2.武漢大學(xué)數(shù)字制圖與國(guó)土信息應(yīng)用工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430079)

隨著GIS技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，全景地圖已成為城市地理信息系統(tǒng)中的重要組成部分。本文結(jié)合武漢公益地圖網(wǎng)(http://www.vrwuhan.com)中全景地圖系統(tǒng)的研發(fā)實(shí)踐，重點(diǎn)闡述了全景采集器的設(shè)計(jì)思路、全景圖像拼接方法、全景照片與電子地圖的接口設(shè)計(jì)以及整個(gè)系統(tǒng)的具體發(fā)布過(guò)程。

城市地理信息系統(tǒng)；全景地圖；數(shù)據(jù)采集；圖像拼接

1 引 言

全景地圖系統(tǒng)的研制涉及數(shù)字電路、數(shù)字圖像處理、空間定位技術(shù)、地理信息系統(tǒng)以及互聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)布技術(shù)等，具有多學(xué)科交叉應(yīng)用的特點(diǎn)。它的本質(zhì)是利用最新的圖像三維技術(shù)——三維全景(Panorama)與二維地圖結(jié)合而創(chuàng)建的地圖。它提供每個(gè)地理位置的360°真實(shí)場(chǎng)景，并且實(shí)現(xiàn)全景漫游、全景搜索和全景分享等功能，從而進(jìn)一步解決傳統(tǒng)電子地圖完整性和直觀性欠缺問(wèn)題。把電子地圖所具有的地理位置查詢功能與三維全景所提供的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，將會(huì)給人們平常的生活、出行等提供非常大的便利。全景地圖系統(tǒng)在城市基礎(chǔ)設(shè)施管理、道路養(yǎng)護(hù)、旅游景點(diǎn)在線展示、安保部門任務(wù)執(zhí)行等方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

在全景地圖系統(tǒng)的研制過(guò)程中，主要包括兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):全景技術(shù)和電子地圖發(fā)布技術(shù)。其中，全景技術(shù)的本質(zhì)是攝像技術(shù)的延伸，同時(shí)也是基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。在該技術(shù)中，360°全景是用真實(shí)的照片來(lái)得到三維立體的感覺(jué)，這是一般圖片和三維建模都無(wú)法達(dá)到的。電子地圖發(fā)布技術(shù)則主要涉及地圖投影、電子地圖設(shè)計(jì)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布技術(shù)等。基于預(yù)生成思想的地圖圖塊實(shí)時(shí)拼合技術(shù)日益成熟并在電子地圖的發(fā)布過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用。該技術(shù)的思想是將設(shè)計(jì)好的電子地圖預(yù)先進(jìn)行橫向分幅和縱向分級(jí)，然后根據(jù)圖塊切割算法進(jìn)行地圖瓦片的預(yù)生成，最后根據(jù)用戶的請(qǐng)求在客戶端實(shí)時(shí)拼接成地圖呈現(xiàn)給用戶。

由于全景圖像與電子地圖在接口設(shè)計(jì)上的復(fù)雜性，理想的全景地圖系統(tǒng)一體化產(chǎn)品目前還沒(méi)有出現(xiàn)。當(dāng)前世界上研制的全景采集設(shè)備主要有Point Grey公司的Ladybug系列產(chǎn)品和Immersive Media公司的Dodeca 2360產(chǎn)品，如圖1和圖2所示。

圖1 Ladybug3全景采集器

圖2 Dodeca 2360全景采集器

其中，Ladybug3是Point Grey公司的最新全景采集產(chǎn)品，它集成了水平方向和頂部(5＋1)共6個(gè)CCD圖像傳感器，能實(shí)現(xiàn)6幅圖像的同步采集。存在的缺點(diǎn)主要包括相鄰圖像重疊區(qū)域較少，拼接效果一般、場(chǎng)景采集不全(底部圖像部分缺失)等。Dodeca 2360全景采集器由11個(gè)鏡頭組成，采集圖像質(zhì)量高，拼接效果好，并且支持全景視頻輸出功能。缺點(diǎn)是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)與空間數(shù)據(jù)的一體化處理與發(fā)布，并且價(jià)格昂貴。

在全景地圖服務(wù)領(lǐng)域，Google公司已提供部分城市的全景漫游功能。國(guó)內(nèi)有城市吧，立得也推出了自己的全景地圖服務(wù)。由華東師范大學(xué)地理信息科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與北京超盛越宇公司、上海普適導(dǎo)航公司聯(lián)合研發(fā)的雙星制導(dǎo)車載高維全景數(shù)據(jù)移動(dòng)采集平臺(tái)(RSDAS)實(shí)現(xiàn)了全景數(shù)據(jù)的采集。該平臺(tái)將一輛東風(fēng)輕型車全面改裝，將攝像機(jī)、激光掃描儀、計(jì)算機(jī)、北斗/GPS(全球定位系統(tǒng))接收機(jī)、慣性導(dǎo)航(IMU)等設(shè)備合理裝配，當(dāng)車輛沿著道路行駛時(shí)，車載的攝像機(jī)和激光掃描儀就會(huì)對(duì)道路前后左右上下各個(gè)方向進(jìn)行一次全方位掃描和攝錄，同時(shí)把采集得到的數(shù)據(jù)信息傳送到車載的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行儲(chǔ)存。

上述產(chǎn)品或服務(wù)可以實(shí)現(xiàn)全景圖像的采集與拼接，但多數(shù)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全景圖像與地圖數(shù)據(jù)的一體化處理，存在數(shù)據(jù)更新慢，維護(hù)成本高的缺點(diǎn)。另外，在上述服務(wù)商發(fā)布的全景地圖中還存在一些技術(shù)細(xì)節(jié)問(wèn)題，例如數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式及存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等。良好的界面設(shè)計(jì)可以給用戶帶來(lái)更好的體驗(yàn)，而合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以避免用戶在全景地圖漫游時(shí)出現(xiàn)過(guò)度延遲或不連續(xù)的情況。

3 全景地圖的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 采集器設(shè)計(jì)

全景地圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集通常采用車載全景采集器的方式進(jìn)行。全景采集器的設(shè)計(jì)是保證全景圖像質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。由于全景采集器中的圖像傳感器成像點(diǎn)相距很近，因此可用于攝影測(cè)量的基線較短，而全景圖像采集多用于街道、旅游景點(diǎn)、高速公路等實(shí)景拍攝，采集作業(yè)時(shí)物距較大，因此采集器的設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮全景圖像的質(zhì)量和拼接效果。全景采集器的基本構(gòu)成包括數(shù)碼相機(jī)、GPS接收機(jī)、時(shí)間同步器以及護(hù)罩四部分組成。為了更好地跟蹤視點(diǎn)位置，捕獲連續(xù)的GPS信號(hào)，通常還附加陀螺儀和加速計(jì)等慣導(dǎo)設(shè)備。由于采集的全景圖片通常采用相同的圖像配準(zhǔn)與拼合參數(shù)進(jìn)行批量處理，因此車載全景采集器須滿足以下特定要求:

(1)全景相機(jī)拍攝的水平視域角度之和大于360°，并且相鄰相機(jī)必須存在較大的視域重疊區(qū)域；

(2)全景相機(jī)拍攝的垂直視域角度達(dá)到或接近180°；

(3)相鄰相機(jī)拍攝的視角之差保持相等；

(4)GPS接收機(jī)位于各相機(jī)焦點(diǎn)的重心位置；

(5)具有一定的防震和防抖動(dòng)功能。

在全景武漢(http://pano.vrwuhan.com)的具體研發(fā)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)采集的垂直視域角度滿足或接近180°，采用魚(yú)眼鏡頭作為全景圖像的采集設(shè)備。魚(yú)眼鏡頭具有超廣角特性，水平和垂直視角均接近180°。全景采集器主要由4臺(tái)Nikon D90單反相機(jī)(配有SIGMA 8mm魚(yú)眼鏡頭)、GPS接收機(jī)、云臺(tái)、防護(hù)罩、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成。采集控制系統(tǒng)集成了WHCORS(武漢市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)，Continuous Operational Reference System)和SNTP(簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，Simple NetWork Time Protocol)。由連接到WHCORS的GPS接收機(jī)提供定位信息并精確同步授時(shí)，以保證多臺(tái)相機(jī)能夠在同一時(shí)刻完成拍攝工作。全景采集器的相機(jī)裝置設(shè)計(jì)及外觀如圖3所示。

圖3 全景采集器相機(jī)裝置設(shè)計(jì)及外觀圖

時(shí)間同步器的精確授時(shí)和控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)全景數(shù)據(jù)與GPS位置數(shù)據(jù)一致的重要保障。它根據(jù)系統(tǒng)的局域網(wǎng)環(huán)境和采集設(shè)備，綜合利用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步技術(shù)、串口數(shù)據(jù)通信技術(shù)、多線程技術(shù)、高精度定時(shí)器技術(shù)等加以實(shí)現(xiàn)。具體技術(shù)路線如下:

(1)采用C/S(客戶端/服務(wù)器)體系架構(gòu)。系統(tǒng)局域網(wǎng)內(nèi)架設(shè)一臺(tái)SNTP時(shí)間服務(wù)器，使用串口數(shù)據(jù)通信技術(shù)，從GPS獲得高精度的時(shí)間信息，為全景圖像此采集設(shè)備提供高精度時(shí)間校準(zhǔn)服務(wù)；

(2)根據(jù)相機(jī)提供的開(kāi)發(fā)包，利用多線程技術(shù)編寫(xiě)全景圖像采集程序，實(shí)現(xiàn)全景圖像的同步采集；

(3)采用操作系統(tǒng)提供的高精度定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)固定時(shí)間間隔的不間斷全景數(shù)據(jù)采集。

精確授時(shí)誤差設(shè)計(jì)為1毫秒，這樣就保證了運(yùn)載工具在高速運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)采集質(zhì)量?？刂破骺梢栽O(shè)置相機(jī)拍攝時(shí)間的間隔。如可設(shè)置拍攝時(shí)間間隔為2 s，并可通過(guò)適當(dāng)控制車速實(shí)現(xiàn)每個(gè)視點(diǎn)的距離在10 m～15 m。全景照片文件以精確至毫秒的即時(shí)時(shí)間命名，以便根據(jù)GPS點(diǎn)的時(shí)間屬性建立視點(diǎn)位置與全景照片的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

整個(gè)采集控制系統(tǒng)采用兩層體系架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 全景地圖采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

3.2 全景圖像拼接技術(shù)

全景技術(shù)本質(zhì)上是一種基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它的基本數(shù)據(jù)為全景圖片庫(kù)。全景圖片通常采用魚(yú)眼鏡頭拍攝。魚(yú)眼鏡頭上下和左右的視角一般接近180°，使用該鏡頭拍攝的地物在圖像中表現(xiàn)出非常鮮明的縱深透視效果。將全景圖片無(wú)縫拼接，然后將拼好的360°全景圖投影到相應(yīng)的多面體上，假設(shè)視點(diǎn)在多面體的中心，視點(diǎn)所觀察的場(chǎng)景即為該位置的真實(shí)場(chǎng)景。360°全景圖投影的多面體多為球體、立方體或圓柱體，球體和立方體能夠完整地反映整個(gè)視域范圍。基于場(chǎng)景的多視點(diǎn)全景圖像漫游[1]是全景技術(shù)與電子地圖融合應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

全景圖像拼接的過(guò)程主要包括圖像序列獲取、選取投影模型、圖像配準(zhǔn)、圖像融合四個(gè)過(guò)程。本項(xiàng)目在投影模型選取上主要采用球型全景和立方體全景。球型全景的視覺(jué)效果較好，但網(wǎng)格劃分與渲染過(guò)程比立方體全景復(fù)雜得多，效率相對(duì)也較低；立方體全景計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，但視覺(jué)效果一般，數(shù)據(jù)處理過(guò)程也相對(duì)復(fù)雜。因此，投影模型的選取主要取決于全景的應(yīng)用特點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。基于特征點(diǎn)的圖像配準(zhǔn)將首先從圖像上選取特征點(diǎn)，然后對(duì)兩幅圖像的對(duì)應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行匹配，由匹配的特征點(diǎn)信息計(jì)算圖像轉(zhuǎn)換參數(shù)，從而按轉(zhuǎn)換關(guān)系拼接整個(gè)全景圖像序列。常用的特征點(diǎn)包括Harris、KLT、SIFT等。本項(xiàng)目采用SIFT(Scale Invariant Feature Transform)方法進(jìn)行特征點(diǎn)進(jìn)提取。該方法性能較高，且不受圖像旋轉(zhuǎn)變換、縮放變換的影響，也不受圖像本身色差、噪聲的影響，能較好地應(yīng)用于全景圖像的拼接。圖像融合主要采用多分辨率樣條法。該方法是1983年由Burt Adelson提出。其主要思想是先構(gòu)建圖像的金字塔，將輸入圖像分解成一系列不同頻段的帶通層，然后對(duì)不同頻率帶通層在邊界處分別進(jìn)行拼合，得到拼接圖像的帶通層，由拼接圖像的帶通層組合得到最終拼接圖片。因?yàn)槭窃诓煌l段進(jìn)行的圖像拼接，所以能避免圖像的疊影。由于圖像的分解和組合是一個(gè)無(wú)損互逆的過(guò)程，即原始圖像分解能得到帶通層，帶通層組合能得到原始圖片，所以用這種方法得到拼接圖像能保證其正確性。

4 數(shù)據(jù)處理與系統(tǒng)發(fā)布

4.1 數(shù)據(jù)處理

全景地圖數(shù)據(jù)處理須首先制定全景圖像、空間定位數(shù)據(jù)與電子地圖的接口規(guī)范，主要指制定適用于全景圖像、空間定位數(shù)據(jù)以及電子地圖數(shù)據(jù)一體化處理的流程與規(guī)范，其中還包括處理過(guò)程中的主要算法設(shè)計(jì)，例如空間定位數(shù)據(jù)與道路數(shù)據(jù)的容錯(cuò)尺度規(guī)定與擬合算法、GPS點(diǎn)的抽稀和內(nèi)插、每個(gè)GPS點(diǎn)的視線角度計(jì)算、道路交叉口的多方向全景數(shù)據(jù)調(diào)度、根據(jù)時(shí)間匹配原則對(duì)GPS數(shù)據(jù)與全景數(shù)據(jù)進(jìn)行選取等。全景圖像和GPS點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理是全景地圖系統(tǒng)的核心部分。其中全景圖像拼接采用基于區(qū)域的配準(zhǔn)和特征點(diǎn)匹配技術(shù)[2]。GPS數(shù)據(jù)處理主要通過(guò)采用基于距離的線性內(nèi)插法進(jìn)行內(nèi)插，然后根據(jù)精確授時(shí)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)匹配。全景地圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程如下:

(1)圖像拼接。為了實(shí)現(xiàn)全景圖像的無(wú)縫拼接，相鄰兩幅圖像必須存在視覺(jué)重疊區(qū)域，該重疊區(qū)域表達(dá)相同的地物內(nèi)容。圖形拼接的目的就是自動(dòng)查找相鄰兩幅圖像中匹配的內(nèi)容，然后確定它們的相對(duì)位置，從而將兩幅圖像拼合起來(lái)；

(2)GPS數(shù)據(jù)內(nèi)插。首先根據(jù)相機(jī)控制系統(tǒng)的時(shí)間設(shè)置計(jì)算所需內(nèi)插的GPS數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)。如果運(yùn)載工具配備陀螺儀和加速計(jì)等慣導(dǎo)設(shè)備，可以通過(guò)計(jì)算運(yùn)載工具的方向和速度對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插。如果未安裝慣導(dǎo)設(shè)備，也可以通過(guò)采用基于距離的線性內(nèi)插法進(jìn)行處理。內(nèi)插后的GPS點(diǎn)與全景圖像形成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；

(3)GPS數(shù)據(jù)抽稀與再匹配。對(duì)于運(yùn)載工具可能遭遇堵車或紅綠燈的情況，需要對(duì)內(nèi)插后的GPS點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽稀。抽稀過(guò)程采用基于距離和特征點(diǎn)(例如路口)的方法進(jìn)行處理。例如在保留道路交叉口GPS點(diǎn)的前提下，刪除間隔距離小于8 m的GPS點(diǎn)數(shù)據(jù)。根據(jù)抽稀后的GPS點(diǎn)數(shù)據(jù)讀取并保存全景圖像文件；

(4)視角計(jì)算。由于視點(diǎn)的前進(jìn)方向總是沿著道路的方向，因此當(dāng)用戶移動(dòng)視點(diǎn)至某一個(gè)特定的地理位置時(shí)，視角中心線須與道路方向一致。除道路交叉口以外的GPS點(diǎn)均需進(jìn)行視角計(jì)算，計(jì)算方法采用計(jì)算相鄰兩點(diǎn)之間的正切值得出每個(gè)視點(diǎn)的視角；

(5)道路交叉口處理。為了保證全景瀏覽時(shí)真實(shí)地反映路口的場(chǎng)景，需對(duì)視點(diǎn)在道路交叉口時(shí)的前進(jìn)方向進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算。每個(gè)方向的計(jì)算方法同(4)；

(6)鏡像變換。為了將拼合好的全景圖像投影到相應(yīng)的多面體內(nèi)部，首先將圖像進(jìn)行鏡像變換，然后采用紋理映射的方法將全景圖像映射到多面體上，這樣位于多面體中心的視點(diǎn)所觀察的場(chǎng)景為完整的真實(shí)場(chǎng)景。

其中，全景圖像拼接技術(shù)是全景地圖系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。圖像拼接首先配準(zhǔn)相鄰圖像的重疊位置，具體方法可采用模式識(shí)別法[3]。然后根據(jù)配準(zhǔn)后相鄰圖像的特征點(diǎn)再進(jìn)行拼接。全景圖拼接的算法非常多，常用的包括灰度相關(guān)匹配法和特征相關(guān)匹配法[4]。由于全景圖像在拍攝時(shí)各個(gè)方向的光線強(qiáng)度差異，配準(zhǔn)后的圖像經(jīng)過(guò)拼接后有時(shí)會(huì)出現(xiàn)較明顯的亮度差異。通常采用顏色擬合的方法調(diào)整相鄰圖像的亮度差。圖像拼接和顏色擬合的具體算法可參見(jiàn)文獻(xiàn)[3，4，5]。全景圖像的拼接效果如圖5所示。

圖5 全景圖像的拼接效果圖

4.2 系統(tǒng)發(fā)布

全景地圖系統(tǒng)要求制作出的全景圖像能使用瀏覽器進(jìn)行瀏覽。用戶對(duì)虛擬全景空間的觀察與感知體現(xiàn)在對(duì)視覺(jué)一致性有不同要求的三個(gè)方面:

(1)觀察視點(diǎn)空間中某一焦距的全景，包括環(huán)視、仰視、俯視；

(2)全景圖空間中不同細(xì)節(jié)程度全景之間的切換，即變焦觀察；

(3)全景圖之間的空間變換，即在虛擬全景空間中的運(yùn)動(dòng)觀察。

本項(xiàng)目的全景圖像發(fā)布采用Eclipse作為開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用Flex技術(shù)和PV3D(PaperVision3D)框架完成程序開(kāi)發(fā)工作。PV3D是著名的Flash 3D免費(fèi)開(kāi)源引擎，同時(shí)也是一個(gè)基于ActionScript的開(kāi)源項(xiàng)目，目的在于實(shí)現(xiàn)更加絢麗美觀、功能強(qiáng)大的Flash 3D Web應(yīng)用程序。同時(shí)，全景地圖發(fā)布過(guò)程中還使用了Tween-Lite類庫(kù)。TweenLite是一個(gè)非?？焖俚?、輕巧、靈活和高效的緩動(dòng)引擎類庫(kù)，也是一個(gè)基于ActionScriptde的開(kāi)源項(xiàng)目，它可以對(duì)任何一對(duì)象隨時(shí)間推移實(shí)現(xiàn)模糊、漸變、旋轉(zhuǎn)等多個(gè)屬性的功能。全景地圖的瀏覽正是利用其特性，在場(chǎng)景漫游和切換中實(shí)現(xiàn)了漸進(jìn)、模糊和自動(dòng)旋轉(zhuǎn)等效果。全景圖像發(fā)布軟件的設(shè)計(jì)流程如圖6所示。

圖6 全景圖像發(fā)布軟件的設(shè)計(jì)流程圖

在全景地圖制作過(guò)程中，首先將拼合并經(jīng)過(guò)鏡像變換的全景圖像紋理映射到球體，將視點(diǎn)置于球體中心位置，然后通過(guò)不間斷的變換視點(diǎn)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的平滑漫游效果。當(dāng)視點(diǎn)前進(jìn)時(shí)，視角方向通常保持一致，因此視域范圍內(nèi)的地物并未發(fā)生過(guò)多改變，發(fā)生明顯改變的是地物的距離感。采用圖像放大與漸變技術(shù)可實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的平滑漫游。由于采集的GPS點(diǎn)(包括內(nèi)插點(diǎn))位置之間并沒(méi)有嚴(yán)格的距離間隔，圖像過(guò)渡時(shí)的放大倍數(shù)通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算相鄰點(diǎn)的距離獲得。視點(diǎn)發(fā)生位置變換的同時(shí)，將地理位置數(shù)據(jù)同步與電子地圖進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)全景瀏覽器與電子地圖的位置匹配。同樣，當(dāng)用戶在電子地圖上平移視點(diǎn)時(shí)，位置信息同步傳輸至全景瀏覽器。全景地圖系統(tǒng)的發(fā)布效果圖如圖7所示。

圖7 全景地圖系統(tǒng)的發(fā)布效果圖

5 總結(jié)及發(fā)展趨勢(shì)

全景地圖是近年來(lái)地理信息系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)方向，它實(shí)現(xiàn)了基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，給人以身臨其境的感受。全景地圖系統(tǒng)一體化研究的理論與方法涵蓋了圖像處理技術(shù)、通訊技術(shù)以及空間信息技術(shù)。這些成果將對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的進(jìn)一步發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐方案。同時(shí)，全景地圖系統(tǒng)也是數(shù)字城市建設(shè)的重要組成部分，它不僅對(duì)政府監(jiān)管部門在道路養(yǎng)護(hù)、城市管理以及安保任務(wù)執(zhí)行等方面具有輔助作用，同時(shí)還能為社會(huì)公眾的出行提供便利。建立基于時(shí)空數(shù)據(jù)模型的城市實(shí)景數(shù)據(jù)庫(kù)，可以對(duì)不同時(shí)代的城市面貌起到較好的記錄作用，對(duì)分析城市變化，研究城市發(fā)展進(jìn)程具有重要意義。全景地圖系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)主要包括以下方面:

(1)全景視頻技術(shù)。全景視頻技術(shù)是指在全景圖像的采集頻率達(dá)到或超過(guò)24FPS時(shí)實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)景平滑漫游技術(shù)，該技術(shù)能給用戶帶來(lái)更流暢的用戶體驗(yàn)；

(2)全景時(shí)空模型。將時(shí)空數(shù)據(jù)模型應(yīng)用于全景數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使全景地圖系統(tǒng)能夠記錄城市不同階段的歷史變遷；

(3)基于全景的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。隨著空間定位技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，基于全景的真三維場(chǎng)景漫游必將成為全景技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

[1] 李怡靜，張劍清.多視點(diǎn)全景圖與平滑漫游的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程，2009，35(12):187～191

[2] 李艷麗.全景圖生成技術(shù)研究[D].2007，11～30

[3] 劉翔，增芬芳，高世峰等.基于IBR技術(shù)的全景圖生成[J].華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2001，15(1): 32～37

[4] 雷震，李東，吳玲達(dá).基于粒子群優(yōu)化和互信息量的全景圖拼接算法[J].計(jì)算機(jī)仿真，2009，26(4):256～258

[5] 安維華，付永剛.采用分段插值的球狀全景圖自動(dòng)拼接方法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2009，45(13):34～37

Research of Panoramic Map in Urban Geographic Information System

Li HaiTing1，2，Zhang Miao1，Peng QingShan1
(1.Wuhan Geotechnical Engineering and Surveying Institute，Wuhan 430022，China； 2.Wuhan University Key Laboratory of Digital Mapping and Land Information Application Engineering，Wuhan 430079，China)

With the further development of GIS technology，panoramic map has become an important part in urban geographic information system.According to the development practice in Wuhan public map network(http://www.vrwuhan.com)construction，this paper elaborate the design idea of panoramic equipment，analysis the image mosaic method and the interface between images and digital map.Finally，this paper give the specific publishing process of the whole system.

Urban Geographic Information System；panoramic map；data collect；image mosaic

1672－8262(2010)03－39－05

P235.2

B

2010—12—13

李海亭(1980—)，男，博士，主要從事電子地圖的發(fā)布技術(shù)研究。

數(shù)字制圖與國(guó)土信息應(yīng)用工程國(guó)家測(cè)繪局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放研究基金(GCWD200903)