王藝霖 ，俞曉宇

(1皖江工學院 藝術設計學院，安徽 馬鞍山 243031；2皖江工學院 水利工程學院，安徽 馬鞍山 243031)

伴隨著近年來VR技術的迅猛發(fā)展，一些學者發(fā)現(xiàn)三維虛擬的效果能夠營造出更好的視覺體驗，720°全景的概念被提出和廣泛應用。所謂720°全景，是一類視覺體驗的水平視角達到360°，垂直視角達到180°，整體視覺體驗上沒有視角盲點的球面全景模型，這一概念的提出是為了區(qū)別常說垂直視角不足360°的180°全景，如手機自帶相機中的全景模式，是通過保持在同一水平高度進行拍攝進行的相片合成處理。720°全景技術最早被應用于電子地圖的街景呈現(xiàn)，也被稱為VR地圖，即在傳統(tǒng)地圖呈現(xiàn)的基礎上增加了虛擬現(xiàn)實感[1]。

本研究以皖江工學院為研究對象，設計一套虛擬校園全景漫游系統(tǒng)，通過對校內景觀的數(shù)據(jù)化處理與真實感渲染，實現(xiàn)對校內環(huán)境的線上觀察與交互。虛擬校園全景漫游系統(tǒng)對教師、學生的一般事務處理，校園的推廣介紹等項目具有較大的幫助。用戶借助互聯(lián)網(wǎng)可以身臨其境地欣賞學校的全景，并且能夠進行交互。

1 720°全景技術在校園漫游系統(tǒng)中的應用

5G互聯(lián)網(wǎng)技術的應用和推廣給數(shù)字經(jīng)濟帶來更多可能，而我國高等教育的普及和建設，讓高校校園有更多的機會展現(xiàn)在外界面前。通過虛擬校園的瀏覽形式，可以在外網(wǎng)查看到校園的景色，幫助學校樹立良好的形象并對外宣傳校園文化。校園虛擬漫游系統(tǒng)通過兩種方式生成：一是通過 CAD 軟件導入校園的平面圖，再通過3Dsmax建模的方式進行渲染，即利用計算機軟件來生成的虛擬校園的3D展示圖。二是以全景圖像采集方式得到的校園實景720°全景圖，再經(jīng)過后期加工得到更為真實的全景虛擬校園，供大家點擊和瀏覽。然而3D建模存在著成本高、技術手段相對復雜等缺點。而全景攝影因為其成本低、生產過程相對簡單，從而成為性價比更高的實用性技術受到廣泛應用。隨著相關領域技術水平的不斷發(fā)展，全景攝影呈現(xiàn)真實場景的效果將會越來越好。

2 校園虛擬全景設計流程

本研究以皖江工學院為研究對象，提出720°全景技術下的虛擬校園漫游系統(tǒng)設計方案。

2.1 全景圖像的采集和拼接制作

先用相機環(huán)360°記錄幾組照片，將其拼接成全景圖像。用戶直接使用手機調整觀察的方向，實現(xiàn)全方位的現(xiàn)實場景還原，并在此基礎上進行一定的交互，利用虛擬校園漫游系統(tǒng)全景瀏覽校園。拍攝過程中選擇采用相機+魚眼鏡頭+平移傾斜的拍攝系統(tǒng)，盡可能實現(xiàn)360°全景。在漫游系統(tǒng)后期的制作過程中，少量加工即可呈現(xiàn)更真實的漫游效果[3]。

圖書館是皖江工學院的標志性建筑之一，其整體采用鋼筋混凝土框架結構，基礎色為優(yōu)雅的淺灰色，搭配以澄澈的藍色。以直線型階梯來取義“書山有路”，外立面簡約雅致、和諧自然。圖1為皖江工學院圖書館的圖像采集和拼接圖片，圖像中可見前景草坪，圖2是圖書館從正面直接拍攝的圖像。

圖1 皖江工學院圖書館的圖像采集和拼接

圖2 皖江工學院圖書館的正面圖像

圖像拼接和縫合主要是將360°的各個圖片按照相機位進行拼接，拼接后，圖片拼接邊緣進行一定的加工，從而使得圖片的拼接沒有瑕疵[4]。具體制作過程如下：

⑴導入素材。打開PTGui，將原始材料添加到軟件中。選擇特定相機/鏡頭參數(shù)，對齊圖像，軟件將自動識別對齊全景。該軟件的識別水平有限，只能拼接六個水平地圖，因此地面圖像需要手動添加。

⑵添加控制點。在每兩個圖像之間添加至少3個控制點。反復增添直到地圖和水平圖都存在鏈接?？丶瓿珊螅x擇Optimizer選項并檢查兩個地圖的視點以在運行優(yōu)化程序之前更正視點。

⑶反復修改。繼續(xù)增加控制點，重復上述操作直至完成拼接，也可以對圖像進行后期的加工處理。

⑷導出全景圖片。設置好相應參數(shù)，導出全景圖，投影到模型內表面進行展覽。

2.2 空中全景照片的制作方法

空中全景照片通過無人機多角度進行航拍，拍攝出的全景照片用PTGui縫合到全景圖像中[5]。

⑴無人機保持一定高度。一般是50米到100米之間，這個高度不容易受到阻擋，可以更全面完整地呈現(xiàn)所要的場景。

⑵將無人機的萬向節(jié)視角設置為水平。為方便拼接，需要控制水平旋轉操縱桿旋轉360°。每45度拍一張照片，確保每張照片有20%的重合。

⑶將UAV平移/傾斜角度向下調整為45°，用上述方式拍攝至少8張照片，保持與水平方向夾角對齊。

⑷將遙感拍攝/傾斜調整到90°?；鶞拭娲怪钡孛妫纬苫鶞拭娉上?。

⑸在全景化軟件PTGui中引入至少17幅相同場景的圖像，且全景圖像可以在其他處理類別中連接。

⑹進行圖像拼接后，仍有元素尚未捕捉到，原因是無人機視角有盲區(qū)，造成天空的呈現(xiàn)殘缺。此時為保證環(huán)境要素的充分呈現(xiàn)，需要后期修圖進行加工處理。

2.3 系統(tǒng)的構建框架

為了創(chuàng)建虛擬校園全景漫游系統(tǒng)，使用PanoO2VR，創(chuàng)建單個場景的漫游，并“修補”每個場景。通過創(chuàng)建的皮膚，用創(chuàng)建“熱點”的方法來加載所有漫游在一起的單個場景。在后期處理中，附加注釋、地圖、背景音樂等元素，將這些要素作為虛擬校園全景漫游系統(tǒng)的重要載體[6]。

創(chuàng)建“皮膚”之前，要創(chuàng)建所有單個場景并連接原始“熱點”，在Pano2vr的皮膚編輯器中制作“Skin”。通過增加功能圖標，更好地滿足用戶對使用體驗的需求，從而彰顯實用性與個性化。整個設計過程，用戶可以個人設計，使用自帶模板，也可以從外部下載并導入。

2.4 全景系統(tǒng)選擇與應用

只要將處理好的全景圖片提交，對各場景進行拼接等一系列操作，用戶可以成功創(chuàng)建漫游系統(tǒng)。720云是國內具有大量用戶的全景互動平臺。其憑借管理過程簡單，所需投入成本不高等特點受到大眾青睞。全景漫游系統(tǒng)可以將多個全景場景與圖片、視頻、音頻或文本描述連接起來。借助720云大數(shù)據(jù)云服務，創(chuàng)建的全景圖被上傳到云端甚至世界各地。全景漫游提供的虛擬現(xiàn)實漫游，用戶足不出戶即可欣賞各個景點，或者觀察建筑外觀與周邊環(huán)境[7]。表1從表現(xiàn)效果、成本投入、互動性、制作周期、信息量這幾個維度，對比全景系統(tǒng)與傳統(tǒng)的圖片、視頻、3D動畫之間的表現(xiàn)方式差異。

表1 全景系統(tǒng)與傳統(tǒng)表現(xiàn)方式對比

2.5 全景系統(tǒng)的交互體驗

全景漫游制作主要是鏈接每個場景,組成一個實景地圖。制作每個場景的鏈接后，設定初始視角。添加熱點到全景開關中，可以鏈接每個場景，并進行動畫模式和鏈接圖標的選擇。場景鏈接成功即可發(fā)布。切換效果時，通過熱點之間的轉換，從而使用戶實現(xiàn)場景之間的轉換。為了保證順利自由切換，要注意所有的熱點都是可退出可到達的，在測試環(huán)節(jié)檢查并修復漏洞[8]。每個熱點的功能設置完畢后，預覽全景效果，測試交互效果并進行問題的分析與修復。還可以插入MP3格式的音頻，作為場景或全景的背景音樂。全景圖上傳后可以在線發(fā)表，或發(fā)表到社交軟件，使作品獲得更大的曝光度。

2.6 校園全景漫游系統(tǒng)的整體發(fā)布

本文討論的720°全景漫游模式，用于皖江工學院全景漫游系統(tǒng)。對校內基本景觀及周邊環(huán)境合成三維虛擬全景，提供單個場景的交互式漫游。手動控制漫游可以任意改變視角與場景，點擊下面的場景縮略圖，查看三維虛擬全景[9]。將屏幕上下左右移動可以查看魚眼相機圖片生成的當前位置校園的球面全景(圖3)。通過移動下面的每一個區(qū)塊能夠快速定位到皖江工學院校園的每一處，圖4為全景視野下的皖江工學院校園。

在全景校園漫游系統(tǒng)的實踐中，后期的優(yōu)化可以圍繞許多方面展開。例如，在全景漫游的基礎上加入校內導航指引功能，包括對食堂每個攤位的定位及對圖書館每個功能分區(qū)甚至書籍的定位，從而使用戶在全景漫游中，可以精準地選擇與到達自己的目的地。該系統(tǒng)除了為本校同學提供便利，也利于校外人士在使用中快速提升與本校的親切感，增強學校對外展示能力。

圖3 未展開的皖江工學院全景漫游系統(tǒng)球面全景

圖4 全景視野下的皖江工學院校園

在招生宣傳方面，基于網(wǎng)絡的全景校園漫游系統(tǒng)也具有其他傳統(tǒng)方式所不具有的宣傳效果。在校園的硬件設施布置、設計與規(guī)劃方面，在全景校園漫游系統(tǒng)的加持下一切將變得更加高效且容易。手機端在使用該系統(tǒng)時，通過感應重力的方向調整呈現(xiàn)的角度，可以帶給用戶完美的體驗。另外，校內可以專門組建學生團隊負責系統(tǒng)的優(yōu)化與更新，例如內容可以不斷更新，做到高度實時化，尤其是在學校舉辦大型慶典或者學生社團舉辦活動時，將相關內容糅合進全景虛擬系統(tǒng)，進行一個更加富有特色的宣傳。

2.7 校園全景漫游系統(tǒng)界面藝術優(yōu)化設計

為了追求更強的真實感、互動感及美感，需要對校園全景漫游系統(tǒng)界面進行改進。校園全景漫游系統(tǒng)界面首先應當與學校的學風校風相符，具備學校的獨特風格。借助學校VI視覺體系，做到界面風格與辦學特色融合，這樣一來，用戶可以在使用時體會到校園的辦學理念與人文精神[10]。其次，可以適當添加背景音樂與動態(tài)圖片，給用戶帶來滿意的視聽效果，使其點擊全景圖時的動態(tài)觀景效果更加真實，達到更好的宣傳推廣效果。此外，后期的優(yōu)化設想中加入紅包雨，讓人們點擊進入的時候界面不定時的發(fā)放紅包雨，增強互動性的同時又可以在朋友圈里推送，起到宣傳學校的作用。

3 結語

相比3D建模，全景攝影具有成本低、生產過程相對簡單等特點，使其成為一種更加實用的技術而被廣泛使用。而全景攝影及校園漫游的方式正迎合了當下互聯(lián)網(wǎng)時代的數(shù)字化大潮。如今，智慧城市、數(shù)據(jù)化時代等概念不斷成為人們關注的熱點，而虛擬實景校園更是將VR與互聯(lián)網(wǎng)結合起來的一種巧妙運用。同時，它也將成為各個城市打造智慧城市、未來城市的重要環(huán)節(jié)。隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，全景攝影仍是真實場景的高效顯示方式。該系統(tǒng)將校園風景進行數(shù)字化處理從而逼真繪制，使瀏覽者實時體驗校園三維漫游。今后學校對外的展示、推廣與宣傳除了圖文等傳統(tǒng)方式，更有了虛擬校園等形式的新型宣傳方式，展現(xiàn)學校情況能夠更加立體、直觀、可感。這種互動的方式讓學校的宣傳方式更加的廣闊，讓更多的人了解并參與其中。