虚拟校园三维全景漫游地图的构建

白澔乐+成艺+马晨翔+常伟东

摘 要：三维全景又称虚拟现实全景，是当前迅速发展并流行的VR虚拟现实技术的一个分支，采用数字图像处理等计算机技术，基于对真实全景场景图像的还原展示生成一种虚拟环境。它提供关于视觉、听觉等感官的逼真模拟，使得用户在VR设备的辅助下，可以与虚拟空间进行无痕的人机交互，如同身历其境。本文以成都理工大学校园砚湖上空为例，通过对摄像机摄取的图片进行图像处理、图像拼接以及后期格式转换等处理，进行三维全景漫游制作分析。

关键词：三维全景；虚拟现实；图像处理；PTGui；Pano2vr。

引言

1965年虚拟现实之父Sutherland在《终极的显示》一文中首次提出虚拟现实系统的基本思想。在前些年虚拟现实仅用于军工等高端行业，而在近年来，VR迅速火热，无论是资本市场的表现，愈来愈多的相关性发布会，甚至是微信等各大新媒体渠道所推送的相关话题的剧增数量等等，都反映着VR正逐步走入主流消费市场。此外，计算机图形技术、数字图像处理技术、人机交互接口技术等虚拟现实核心技术的革新以及VR设备等的完善，使得虚拟现实有着强大的技术环境作为背景支撑力量，稳步向前。融现实与虚拟为一体的沉浸感和立體感，虚拟现实因其极佳的效果成为大势所趋。巨大的市场，技术的支撑以及国内政治环境等的支撑，使得VR作为新时代技术的领军角色被广泛用于数字三维校园、医疗、航空、建筑房地产、虚拟旅游、数字展馆、工程汇报、教育科研、城市街景、电子商务等多种领域。

三维全景提供全方位三维立体视角，给人以极具真实感的视觉冲击如置身其中，传统三维建模技术在它面前便表现得“相形见绌”。采用真实高清图片素材极具真实感，可随用户操作做出不同响应的高人机交互性，可依据不同需求完成多功能拓展等优点，表明三维全景的应用有着极高的市场响应。

笔者所着重介绍的是通过基于序列图片的数字三维全景技术实现三维全景漫游再现的制作流程。集航拍测绘、图片处理和拼接、漫游制作、封装和上传的完整的三维全景制作体系结构。

1 图片拍摄

三维全景漫游地图定制是指通过将多点位的航拍全景、室内外全景等拍摄素材进行美工处理和算法拼接，以全景视角展示的立体地图，可任意切换视角浏览各场景的三维空间，配合VR设备，使得用户有身临其境之感。

1.1 取景

背景要求光线充足，飞手、云台手、全景摄影师等携带全画幅单反相机、全景云台、鱼眼镜头、三脚架、无人机、云台等专业设备前往规划的点位进行鱼眼图以及平面图拍摄。

1.2 拍摄

相机拍摄：调整云台，三脚架位置，相机转动角度等进行环拍，取下广视角景点，包括平拍和仰拍以及俯拍。即，水平面和上下两个环斜面，加上仰拍和俯拍拼接成球，以制成360度全景视角漫游地图，为方便处理可将图片存为ARW格式。

无人机拍摄：飞手与云台手配合进行空中航拍。遥控飞行器不同于相机和运动相机，其危险系数较高，所以一定遵守飞行守则。此外，一些飞行技巧也可以为摄取的照片加分，减少后期图像处理的工作量：①倒着飞可以避免机身晃动很厉害使得螺旋桨进入画面；②面向阳光飞行，防止因为阳光穿透螺旋桨角度问题，在照片上形成条纹；③环绕场景360度拍摄照片，将相机角度调整为平行地面，尽量使镜头方向保持水平等。

2.图像处理

2.1 图片预处理

利用计算机图像处理技术，例如用matlab以及VS或其他图像处理程序语言编程进行图像滤波等处理（处理算法以及源代码等此处不公开），分类处理（例如，图像增强或减弱等）拍摄图片得到待拼接图像。

2.2 全景图像拼接

导入处理后的图片到PTGui进行图片合成，软件自动识别对准图像拼接后，取消“方案助手”中“相机、镜头参数”的“自动”选项，更改水平视角参数等进行手动调整。在全景编辑器中选择“编辑个别图像”设置居中点，以先选中的图像作为初始参考，调整点的位置，一幅幅拖动图像手动对准位置，制作成理想全景图，“编辑整个全景图”中查看全景效果，满意则关闭照片编辑器，创建全景图，导出图片。

3.图片交互

将制成的全景效果图拖入pano2vr中进行三维场景特效处理等，配置热点，制作热点图像。具体操作简述为：选中一张为初始图，且点击交互热点进行修改，在“点型和多变性交互热区”栏下的“交互热点类型”中选中区域类型图标，调整图片朝向绘制想要的多边形交互区，下拉url选项选中要交互的图片后点击全景图片初始点调整点调整全景图片的初始点。同样方法调整所有待处理的全景效果图，回到开始界面更改格式，设置过渡效果等后flash输出。

4.封装上传

本文以常见的三维全景漫游发布平台720云为例，讲解三维漫游图的封装上传。打开720云平台，创建全景，将待上传的配置好的热点图（全景图）全部放入后点击“确认创建”，开始编辑全景图特效，可为不同场景单独添加不同背景音乐；各场景的文字解说或是动画等；左键选中全景图后在全局设定中打开手机陀螺仪，保证观众在手机上也能正常浏览全景漫游地图。确认编辑到达满意效果后右键全景图上传，保存分享地址即可。

5.结语

三维全景通过将摄像机拍摄的环360度方向的多张照片拼接成一张全景图像，利用计算机图形图像技术构建出全景虚拟空间。使用者可通过鼠标（PC）或手指（手机）上下左右触屏控制浏览的方向及角度来观看物体或场景，配合相应背景音效音乐和图文解说，如身临其境，比传统三维建模技术构建的场景更具真实感。采用这种漫游技术的优点是浏览者可以单击或者双击三维全景中的地面来实现场景切换，大大简化了漫游的操作。该方法一般在场景中采集尽可能多的视点，所以用户想浏览哪儿，只要点击该处地图的地面即可实现，并且能够浏览到该场景中的任意细节，增强了漫游的真实感与沉浸感。

参考文献：

[1] 岳明宇、康志忠. 利用球心投影与线特征的点云与全景影像配准[J]. 遥感信息， 2017（02）.

[2] 常涛、王子煊. 360°全景图像拼接技术分析[J]. 江苏科技信息， 2017（02）.

[3] 冯建平、吴丽华. 基于全景图像的三维全景漫游系统的构建 [J]. 计算机与数字工程， 2013（01）.

作者简介：

白澔乐（1996-05-03），男，汉族，四川成都，成都理工大学2014级本科生，成都理工大学，主要学习电气工程及其自动化。

成艺（1997-01-27），女，汉族，四川遂宁，成都理工大学2013级本科生，成都理工大学，主要学习数字媒体技术。endprint