小议全景图在地理学中的应用

凡少影　朱良　刘世宽　任丹

摘要：全景图具有比普通图像更广阔的视野，在房产、旅游、酒店、教育等领域得到广泛应用，其虚拟性可以展现地理野外实习的场景，使学生获得真实的动态立体感、方位感和沉浸感。

关键词：全景图；地理学；应用

一、全景图的涵义

360°全景图（panorama）可以称为3维全景、3维实景或者虚拟现实全景，是基于全景图像的真实场景虚拟现实技术，主要是对场景进行360°拍摄，然后利用图像拼接技术得到全景图，通过计算机技术实现全方位互动式观看的真实场景还原展示方式。在播放插件（通常为JAVA或quicktime、active、flash）的支持下，使用鼠标控制环视的方向，可左可右可近可远，浏览者有身临其境的感觉[1， 2]。它能够提供比普通图像更广阔的视野，在房产、旅游、酒店、教育等领域得到广泛应用，在地质勘探、军事侦察、医学微创手术、航空航天、视频会议、场景监控及虚拟现实等各方面具有广阔的应用前景。全景图最大的特点是虚拟性，它可以将地理野外实习的场景展现在学生面前，让学生不用去现场就能体验到现场环境，并可以通过控制鼠标变换场景，使学生获得真实的动态立体感、方位感和沉浸感。

二、全景图在地理学中的应用

1.全景图在遥感领域中的应用

无论是抗震救灾、资源调查、环境监测、天气预报或者其它领域，涵盖地面区域小的单条航带的遥感图像往往不能满足人们对地面信息的需要与应用，因此需要将不同航带的多幅图像合成一幅具有大视角的全景图。多航带宽视角的全景影像作为一种全新的图像信息模式，能够提供给人们更加完整准确的真实地物信息。全景展示具有真实性、全面性以及素材获取的便捷性。如在地震发生现场，由于受灾地区分布广泛，对地层破裂信息、断层信息、滑坡泥石流以及堰塞湖等震灾信息的准确收集和有效评估至关重要。这些信息可为地震决策部门迅速把握灾情，发布地震灾情信息以及做出正确决策提供可靠依据。但小幅的单帧影像往往不能完全反映出完整的地层破裂信息、一段公路的断裂信息、滑坡泥石流的范围以及整座湖面的堵塞情况，此时，绘制超宽视角的无失真全景图就显得非常重要[3， 4]。

2.全景图在地理野外实习中的应用

地理野外实习课程是一种特殊的学习过程，是学生亲自到野外近距离观察各种地理现象，探究事物现象的成因以及验证课堂所学理论知识的过程。地理野外实习教学过程与通常的课堂教学、其它学科的实验教学或实习教学不同，具有教学地点特定、教学环境特定的特点，整个教学过程与地理空间的联系较为紧密。同时，野外教学过程中容易受到天气、噪音等多种因素影响，使得有些地理现象难以进行观察。而全景图的虚拟性特点可以有效营造地理野外教学中所需要的空间场景。通过专业人员或者地理工作人员拍摄的照片制成的各个实习地实习点的全景图像，学生可在计算机上获得这些地理环境的“真实”感受。可以弥补由于受条件限制而不能实地进行地理野外实习和野外观测的缺憾；同时，学生通过实习地的全景图像，可以不亲自去实习地考察地质、地貌、水文、土壤、植被等自然状况，便能够了解该地的各种自然人文状况。

3.全景图在旅游地理学中的应用

在旅游地理的教学中，全景图为研究、分析和欣赏旅游景观提供了有效途径。目前越来越多的旅游网站将景区的平面布置图与全景多媒体文件结合，做成热点链接，游客只需点击鼠标，即可实现从一个景点进入下一个景点，并且实现各个景点的左右上下的浏览和观看，进而实现网上虚拟旅游。这样，通过虚拟全景图可以全方位地观察、研究和欣赏旅游景观，充分感受到不同方位、不同视角甚至不同季节的景观变化，以获得满足感。

4.全景图在地图中的应用

目前发展越来越成熟、广泛应用的百度地图全景图、谷歌地图全景图等，实现了二维平面地图与全景图的完美结合，用户在相应位置拖动鼠标，不仅可观看该观测点周围的地物信息，还可以进行前后左右的浏览、观看，并可进入下一观测点，加深用户对地图上地物信息的了解，增加地图的可读性和实用性。这种把高度概括化的抽象的二维平面地图与三维立体空间中的真实地理环境有效结合在一起的全景图，增强了地图的功能以及地图使用的广泛性。

三、全景图的发展趋势

1.全景照片的高清化

至今为止，互联网上全景照片的图像尺寸只有400×300pixel，图幅较小，图像分辨率较低、质量差，主要是因为使用Java Applet作为播放器。这种播放器可以自动下载安装，免去安装插件的麻烦，但它占用较多系统资源，显示速度慢，无法加大图像幅度、改进图像质量。但是随着拍摄设备分辨率的提高，人们希望用更高分辨率的全景图来对现实场景进行展示。其中，具有代表性的是2013年由360Cites（世界全景图片网站）公司三位摄影师历时三天拍摄完成的360°伦敦全景照，它是世界上尺寸最大、解析度最高的全景照片，拼合照片的工作大部分由电脑完成。本次拍摄的全景图打破了三年前该公司拍摄过的800亿像素伦敦全景图，全景图的高清度令人叹为观止，达3 200亿像素，可以看到大概六英里以外的细节[5]。

2.全景视频技术

至今为止，全景还只是静态的，即场景内的景象是静止的。随着网络宽带和电脑CPU技术的进步，全景视频技术将会出现。全景视频是将某一固定视点生成的全景图作为视频中的一部分，它不仅能使用户可以全视角观看虚拟场景，而且场景中的一切都是动态的。全景视频需要网络带宽的支持，就目前而言，难以满足全景视频的要求。因此，为使流畅性得到保证，全景视频每秒需播放大约30帧的全景图。可以利用全景视频技术全视角记录大型集会、运动比赛全视角景观等。全景视频能更加真实地还原现实中的场景，观看者可用鼠标调节观看方向，可以看到不同视点下的视频情况。全景视频数据量极大，目前还不能制作高分辨率的全景视频。

3.全景技术在移动设备上的应用

随着手机拍摄分辨率的提高及智能手机处理能力的提升，在手机上生成全景图成为可能。手机平台在处理能力、内存大小等方面较PC平台都有较大局限性。因此，手机输入图像的获取与全景图的合成在同一地点完成，极大方便了手机用户对全景图像的获取。即一般采用摄像模式扫描周边场景，全景生成软件实时地绘制全景图中的场景，最终生成一张完整的全景图。鉴于手机拍摄的分辨率和处理能力，最终发布的全景图分辨率较低，但随着技术的发展，手机也将拥有更强的处理能力[6]。

参考文献：

[1] 龚琪慧，吴健平，王洁华，等. 基于全景图的3维实景制作及其与GIS集成研究[J]. 测绘与空间地理信息. 2012（06）： 33-37.

[2] 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）： 115-117.

[3] 刘异. 无人机遥感影像的航带拼接算法研究[D]. 电子科技大学， 2012.

[4] 全政环. 360°全景技术的应用和发展历程[J]. 电脑知识与技术. 2010（03）： 713-715.

[5] Rich L. J.，Stephanie. 拍摄世界最大全景照片[J]. 疯狂英语（中学版）. 2013（05）： 20-21.

[6] 马杰. 360°全景图像拼接技术研究[D]. 西南财经大学， 2012.

作者单位：1.上海中学（200231） 2.北京师范大学地理学与遥感科学学院（100875）