摘 要：目前，無人機(jī)被廣泛用于農(nóng)業(yè)植保、電力巡線、搜索營(yíng)救及影視制作。本文通過利用無人機(jī)獨(dú)特的視角采集素材，制作青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園全景漫游系統(tǒng)。在具體論述過程中，闡述了設(shè)置飛行參數(shù)和拍攝技巧，全景圖像的拼接和渲染，漫游系統(tǒng)的制作于發(fā)布，以期為相關(guān)學(xué)者的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：全景漫游;無人機(jī);krpano

中圖分類號(hào)：TP391.41;TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）25-0039-03

虛擬現(xiàn)實(shí)就是讓人們足不出戶就能感同身受地體驗(yàn)到各種場(chǎng)景，如同親臨現(xiàn)場(chǎng)一樣。用戶可以利用屏幕或是頭戴式設(shè)備，環(huán)顧四周觀賞細(xì)節(jié)。目前，沉浸式體驗(yàn)受到人們的追捧，應(yīng)用非常廣泛。實(shí)現(xiàn)虛擬漫游技術(shù)有兩個(gè)途徑：一種是傳統(tǒng)的三維建模;二是利用全景圖片。前者的出現(xiàn)和發(fā)展都比較早，技術(shù)上也較為成熟，但缺點(diǎn)是工作量大、成本高，建模需要的數(shù)據(jù)量和渲染對(duì)人力、財(cái)力和設(shè)備要求都很高，而且雖然能滿足沉浸式體驗(yàn)的要求，但不真實(shí)，無法讓用戶了解真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)。所以，被應(yīng)用于游戲開發(fā)和專業(yè)領(lǐng)域的仿真模擬。后者的素材來源于照片，所以場(chǎng)景真實(shí)，沉浸感強(qiáng)烈，且建?？?，數(shù)據(jù)量小，更加適合在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。因此，被谷歌地圖和百度地圖應(yīng)用于街景，體驗(yàn)效果好。

1 設(shè)計(jì)思路和流程

普通的校園漫游大部分是基于人物視角，讓用戶體驗(yàn)漫游校園的感受，利用無人機(jī)的高空視角，能更加快速直觀地觀賞校園，對(duì)于新生和校外人員了解學(xué)校效率更高，更加便捷[1]。目前，實(shí)現(xiàn)全景圖片的采集變得越來越方便，市面上有很多全景攝像機(jī)直接出圖，但價(jià)格昂貴。利用無人機(jī)采集圖片，通過圖像拼接完成全景圖制作，再利用PS對(duì)全景圖進(jìn)行調(diào)整和渲染，達(dá)到最佳效果，最后導(dǎo)入漫游制作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)漫游系統(tǒng)制作。

2 圖像采集

利用無人機(jī)采集校園圖像，關(guān)鍵是位置的選取、相機(jī)參數(shù)的設(shè)置及拍攝環(huán)境和天氣狀況選擇。由于無人機(jī)無法獲得頭部天空的圖片，全景圖視野是水平360°，垂直180°，因此，在采集圖片時(shí)，將無人機(jī)飛到最佳拍攝位置，飛行高度根據(jù)校園建筑高度設(shè)置為75m。從水平位置開始旋轉(zhuǎn)無人機(jī)，每30°拍攝一張，盡量讓每張相鄰圖片之間至少有1/3的重疊，以便于后期更好地進(jìn)行拼接。然后控制云臺(tái)，向下調(diào)整鏡頭25°左右，飛機(jī)位置不變，再旋轉(zhuǎn)一周獲取一組圖片[2]。左后共得到大約40張圖片。不同角度獲取的照片如圖1所示。

3 全景圖拼接和渲染

3.1 全景拼接

前期圖片采集穩(wěn)定，重疊性好，后期拼接效果就會(huì)更佳。筆者利用的PTGUI是一款基于多平臺(tái)的全景攝影照片拼接軟件，采用的是基于特征點(diǎn)的匹配算法，實(shí)現(xiàn)完美的圖像拼接。

將一個(gè)拍攝點(diǎn)拍攝的一組圖片導(dǎo)入，查看預(yù)覽效果（如圖2所示）。對(duì)于拼接效果不佳的圖片，可以通過設(shè)置控制點(diǎn)（如圖3所示），標(biāo)注兩圖中同一坐標(biāo)點(diǎn)，將相鄰圖片的重疊區(qū)域更好地匹配、優(yōu)化，最終完成全景圖。

3.2 渲染和補(bǔ)天

最終生成的圖是一幅長(zhǎng)寬比為2∶1的720°全景圖。由于飛機(jī)無法獲取頂部天空?qǐng)D片，因此需要額外采集天空的圖片，利用PS進(jìn)行拼接和渲染。待補(bǔ)天的全景圖如圖4所示。補(bǔ)天可以直接在全景圖上部進(jìn)行操作，但通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)效果不好，這樣完成的全景圖部署到系統(tǒng)預(yù)覽時(shí)，左右邊界拼接處過渡不好，亮度色彩不同會(huì)有明顯的分界線，因?yàn)樘炜請(qǐng)D片是后期用相機(jī)拍攝不是全景圖片。為此，我們先將圖片進(jìn)行極坐標(biāo)轉(zhuǎn)化（如圖5所示），這樣在中間對(duì)天空進(jìn)行修補(bǔ)，采用涂層過渡功能，完成兩張圖的匹配，合理設(shè)置羽化值能夠做成兩個(gè)天空的均勻過渡，這樣補(bǔ)全的天空，在全景漫游里就不會(huì)有拼接處不連貫的缺點(diǎn)。

4 漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

我們通過krpano引擎來完成漫游場(chǎng)景的制作，其包含一個(gè)基于Flash的全景播放器，小巧、靈活、性能高，且是開源的。為了能實(shí)現(xiàn)快速開發(fā)和部署，通過Panotour Pro來進(jìn)行加工，其就是基于krpano內(nèi)核，并集成了krpano的Viewer，避免煩瑣、復(fù)雜的編程，還能所見即所得地修改并瀏覽漫游系統(tǒng)的效果[3]。

通過編輯器，設(shè)置不同全景圖之間的熱點(diǎn)鏈接（見圖6），瀏覽者在一個(gè)場(chǎng)景中，通過點(diǎn)擊熱點(diǎn)圖標(biāo)（見圖7）就可以進(jìn)入另外一個(gè)場(chǎng)景。通過設(shè)置皮膚，可以增加其他附加控制功能，如校園的平面預(yù)覽圖、上下左右按鈕、導(dǎo)航圖組、自動(dòng)漫游、網(wǎng)絡(luò)分享等，可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。最終可以創(chuàng)建支持HTML5的漫游發(fā)布包，通過Webserve發(fā)布項(xiàng)目包，就可以在電腦網(wǎng)頁(yè)或手機(jī)、Pad端進(jìn)行校園全景漫游了。發(fā)布的漫游場(chǎng)景見圖8。

5 技術(shù)要領(lǐng)和注意事項(xiàng)

①在操作無人機(jī)時(shí)最好選擇無風(fēng)的晴朗天氣，無人機(jī)飛行器穩(wěn)定，圖片質(zhì)量好，拼接時(shí)不需要進(jìn)行太大調(diào)整。

②拍攝時(shí)間最好選擇正午前后，這樣拍攝的天空四周光線均勻，補(bǔ)天后過渡會(huì)比較流暢。

③通過把全景圖進(jìn)行極坐標(biāo)轉(zhuǎn)化后補(bǔ)天，再轉(zhuǎn)化成平面全景圖后，補(bǔ)天的效果會(huì)更好，不會(huì)出現(xiàn)邊界天空銜接不好的問題[4]。

④平面布置圖的指南針設(shè)置一定要各個(gè)全景圖指南針進(jìn)行匹配，不然會(huì)造成預(yù)覽圖雷達(dá)輻射區(qū)域與全景圖瀏覽區(qū)域不一致，影響用戶體驗(yàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

利用無人機(jī)技術(shù)獨(dú)特視角完成的全景漫游系統(tǒng)，能更好地展示校園風(fēng)貌，配合地面全景瀏覽，全方位地向新生和外部人員展示校園。同時(shí)，制作過程中積累的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，為后期制作室內(nèi)和船上的全景漫游積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張敏，劉軍，羅穎.無人機(jī)航拍合成球面全景圖技術(shù)研究[J].電子警務(wù)，2014（3）：63-66.

[2]張嬌嬌，司占軍.基于720云的室內(nèi)全景漫游的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017（11）：191-192.

[3]杭永沖，洪祎晨.基于krpano的校園全景VR漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)（專業(yè)版），2017（25）：57-61.

[4]董春俠，司占軍.全景圖技術(shù)在校園全景漫游中的應(yīng)用研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017（4）：210-211.