720°全景导视系统在校园中的应用

马妍，王保存，甘霖

(华北理工大学 艺术学院，河北 唐山 063210)

720°全景导视系统在校园中的应用

马妍，王保存，甘霖

(华北理工大学 艺术学院，河北 唐山 063210)

720°全景；校园；导视系统；信息建设

随着时代的发展及各项技术的不断成熟，人类开始在虚拟现实领域寻求更多的发展和进步。综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、显示技术等多种科技的虚拟现实技术，越来越多的出现在我们的生活中。720°全景视图是虚拟现实中的一种表现形式，它以令人震撼的全方位实景呈现方式，让使用者真正可以体会到身临其境的感受。基于这种技术开发的华北理工大学720°全景导视系统，将在提供校园路径导航、展示学校实景风貌、促进学校宣传等多方面提供助益，为学校电子信息建设注入新的生机。

一、全景技术分析

(一)概念

全景又称为3D实景，由于其可操作、可交互的特性，突破了视频、图像、音频等流媒体的单一模式限制，因此又被称为"富媒体"技术。

全景图像实际上只是一种对周围景象以某种几何关系进行映射生成的图片。通过软件的缝合，将平面图片处理成无缝拼接的图像，最后经过后期图像处理发布到全景平台，才能够呈现使用者观看到的可交互的全景图像。720°全景指能够保证水平360°和垂直360°环视效果，能看到天、地的全景，它超过人的正常视角，因此通过一定的技术处理，可以给人无死角的360°全方位视觉体验。

基于静态图像的720°全景技术，是一种较初级的虚拟现实技术。它能够完整的表现大范围景观区域的全景状态，同时通过交互设计帮助使用者查看具体位置近观实景，观看位置可根据使用者交互状态移动甚至改变焦距，因此适用于各种漫游、导航方向的需求。这种技术拥有应用范围广、开发成本低的巨大优点，因此受到了越来越多开发者与受众的欢迎。目前，在旅游景点、酒店展示、政府开发、虚拟校园、空间展示等多个方面均有这方面技术的涉及与发展。在本次华北理工大学的720°全景导视系统中，就采用了这种技术，从而保证了该导视系统的实用性。

(二)特点

1 全方位的真实场景

基于静态图像的720°全景技术，将采用完全真实的实景照片，通过特殊器材取得图像并利用软件将其缝合成全景图像。这种全景图像能够体现出三维立体空间的360°全景图像，包括水平方向360°及垂直方向360°的环视效果。这样能够最大限度的保留场景的真实度，呈现符合真实视觉习惯的全景效果，有利于作为导航系统使用时的直观性和实用性，同时为用户进行全景浏览提供更加真实、自然的视觉界面。其全景式、沉浸性、交互性的特点，能够在导视应用中提供极大的方便和帮助。

2 操作简单，方便普及

全景系统的操作，更加重视其与用户的交互性和友好性。用户在使用系统时，可以便捷的通过移动终端的方向、或利用鼠标作践的拖动从而在屏幕中获取不同方向的实景，还可以通过简单的手动操作，获得近距远距的调整。通过后期的制作，可以加入语音和文字注释等内容，同样通过一定的交互操作，可以使用户获得更加全面的多维信息资源。如果使用相应的设备，如VR眼镜等，用户即可直接通过俯仰头部，转头等动作获得更直接的交互体验，整个使用过程仿佛完全沉浸在实景中。同时基于静态图像的720°全景技术，由于其采用了图形图像的处理方式，数据量相对较小，从而保证了它可以在各种终端进行交互操作和使用，包括普通的家用电脑或手机、平板电脑等等，不需要专门的工作站，而且在用户与系统进行交互的过程中，可实现快捷的实时相应。不仅保证了用户使用的便捷性，也方便了网络等方式的推广。

二、全景导视系统在校园中的应用

(一)全景技术在校园导航中应用的背景

纵观目前国内外高校导视、展示方式，多集中于图片化、实地路标、景观导视系统、基于3D建模的虚拟校园导视系统等。对于校园的电子化信息建设，相对比较薄弱。虽然有些院校开始在整体或者局部实现OA自动化，但还是比较初步，缺乏直观、全景、便捷等性能的体现。目前对于校园导视、展示全景系统，多利用校园虚拟场景的建模方法，主要有两种，一种是基于图形的建模与绘制(Geometry Based Modeling and Rendering, GBMR)；一种是基于图像的建模与绘制(Image Based Modeling and Rendering, IBMR)。基于图形绘制方法比较常见，但是这种方法生成的虚拟场景真实性、时效性较差，场景复杂度较高，直接影响制作精度和效率，对于某些环境如室内环境而言，不仅要刻画的实体多而复杂，而且还要考虑光影效果以及场景的精细程度。同时，在传统的 HTTP 传输模式和网络带宽下，不能实现大规模虚拟场景的海量数据的网上实时下载和实时渲染[1]。

(二)全景技术与校园导视系统结合的意义

今年华北理工大学整体搬迁至曹妃甸新校区，壮观优美的学校环境，严谨温馨的学习氛围，巍巍华理，人杰地灵。踏上新征程的华理大学需要向外界展示自身风采，促进外界对我校的了解，利于更好的招生；教师和学生需迅速适应新的校园环境，需要一个更加直观便捷的导视系统。将虚拟现实技术应用于学校，不仅能够让使用者通过移动端，足不出户全方位地欣赏了解学校的虚拟实景风采，还能为新入住的老师和同学们进行新校区导航。

目前我校对校园信息整体上还没有一个立体化、形象化的展示，只能通过基础文字性的网页，加上几张照片，算是对学校的一个展示，不利于外界、新生和家长对校园环境有一个快速全面的了解，720°全景导视系统是校园信息化建设的重要组成部分，对学校校容校貌的展示、扩大宣传、招生等具有非常重要的作用。

通过将虚拟现实技术应用与华理校园导视系统中，利用基于静态图像的720°全景技术，建立华北理工大学720°全景导视系统。实现校园全方位导航，校园全景风貌展示和校园宣传的三大功能。其中包括对校园全景的展示；通过对各个教学、办公、住宿区域的具体标识的交互操作，展现相应近观实景；各个区域的语音、文字导航与介绍；虚拟实景观赏过程中，通过交互操作实现的焦距变化，视线推移变化和360°的观察，包括左右环视、俯视和仰视；佩戴VR眼睛后能够实现沉浸式虚拟全景欣赏。

(三)全景技术在校园展示中的优势

华北理工大学720°全景导视系统的建立，可以通过交互操作实现自由浏览，利用图标、语音及文字多种提示近观校园各重点教学区域、楼宇等全景图像，进而体验三维的 虚拟现实视觉世界。这种全新导视系统的研究，打破了以往高校导视和宣传方式的单一与平面化，带来更加直观便捷、沉浸式的体验。能够从校园地图导航，校园各区域全面了解，校园风貌全方位展示等方面，帮助老师和同学们更好更快的适应新的学习环境，有利于学校的自我风采展示和宣传，便于外界对华理新校区的进一步了解和欣赏，促进招生。

同时，这种技术的应用，具有以下特点：

(1)由于其采用了图形图像的处理方式，文件数据较小，有利于网上在线浏览和交互操作，能够快捷的对用户需求进行想用，同时方便了在网络上的传播；

(2)华北理工大学720°全景导视系统将完全采用华北理工曹妃甸校区的实景照片，能够真实的反映校区风貌，通过一定的技术处理，完全能够建立符合人眼透视习惯的场景，是观赏者如身临其境；同时节省了虚拟全景方式中建模所需的时间和需要占用的数据空间，避免了使用和传输的不便。

(3)华北理工大学720°全景导视系统的交互性和用户友好性更加出众，符合一般用户的使用和交互习惯，能够更加便捷的进行控制和操作，保障了用户使用的舒适度。

这些特点提高了该导视系统的使用率和传播量，能够为引领高校校园导视系统的变革和升级做出助益，同时为其他院校提供范例。

三、华北理工大学720°全景导视系统制作要点

(一)制作方法

通过了解目前已出现的各类全景导视系统，研究其中比较具有普适性的典型案例，通过对其具体的分析，汲取有利于本项目操作的内容，从而建立相应的项目解决方案。在华北理工大学720°全景导视系统项目实际操作环境中，进行实景的取材和拍摄，以及相关的后期制作，按照一定的操作程序，综合运用多种研究方法与技术，解决项目推进中遇到的各种问题。最后通过本项目开展中的具体情况，进行归纳和分析，并总结相关经验，为接下来的其他同质同类研究提供帮助。

(二)具体实施要点

1 前期准备阶段：

首先需要对应用设备进行准备和添置，对相应软件进行配置。本项目依托艺术学院与数艺工作室的现有设备，包括已有的全景摄像机和佳能单反照相机，以及平衡车等硬件设备，利用photoshop和Dronepan等软件进行后期合成，在加入语音和文字注释之后，通过专业的全景发布平台进行测试和使用。

其次是制定详尽的项目开展计划，包括日程安排，设备借用安排，工作内容安排。在初期取景阶段，需要的设备多，不同的拍摄环境和条件需要借用的设备也不同，因此需要制定详尽的计划进行安排。

2 景物拍摄

华北理工大学720°全景导视系统的建立，重点在于保障全景图像的清晰和真实度，这样才能真正发挥其直观性、沉浸性的特点。对于全景导视系统全景图像的前期拍摄是该项目需要解决的关键问题。

需要对校园区域进行划分，从而制定详尽拍摄方式及计划。在本项目中，前期校园实景的拍摄是保证后期整个全景效果是否真实、自然、提供用户沉浸感的重要部分。全景图像的合成，需要同一景观不同方位的多个取景，而新校区面积较大，教学区域较多，因此很难保证短时间内完成。最终生成的校园全景图需要保证统一的光照条件，天气状态等等，还需保证图像的完整性，例如尽量避免行人车辆在图片中出现。这就要求，在取景之前，对校园各个区域进行详尽的划分，包括日期安排和具体执行的实践安排，避免同一区域在后期合成中出现完全不同的光照条件等，避开人流车流大的时间段。同时，在取景中保证取准、取够，尽量避免补拍，造成前后不符等穿帮。在后期图片修整中，也可以适当对前期有问题的图片进行光的调正和穿帮的修正。

3 图像合成

首先对图片进行归类整理，将同一景观的图片整理到一个文件中。然后利用PS等软件对图片进行调整，包括位置的调整、亮度和其他光照条件的调整；统一不同时间地点拍摄的照片的亮度和饱和度及色调等，使其具有一致性；切除多余的边角，使其适于缝合软件对图片大小的要求；将图片多余、不美观的地方如行人、车辆、树枝、飞鸟等进行消除和美化。最后，通过AI软件制作地点标识、文字注释框、语音及文字开关等图片。完成后，利用Dronepan软件对图像进行缝合，拼接成无缝的全景图像并在相应位置插入制作好的各类图片。

4 后期制作

在全景图像处理完成后，为每一个重点教学区域、楼宇、广场等加入文字注释，注释中需要包括该地点或景观的中英文名称，主要作用和功能，字数需限制在20到40个，避免造成界面的不美观，且增大数据量；文字注释设计为常态隐藏，避免造成正常景观浏览时对视线的遮挡，利用设计好的图对用户提示此处有文字介绍，用户可通过单击图标打开文字提示，再次单击关闭。结合文字注释录制语音，插入在相应的区域，并安放制作好的语音开关图片，设计语音开启的交互按钮，如单击开启，单击关闭，或双击开启双击关闭。对整个全景图像进行调色，采用明亮干净的色调，相应提高亮度和饱和度，同时降低色温，营造校园清爽向上的气氛。对图像、语音和文字进行合成和调整。最后进行内部测试，包括文字注释交互开关的正确响应，文字注释出现的字体和框体显示是否正常，语音交互开关的正确响应，语音及文字注释出现位置的正确与否，各个重点区域的标注是否有疏漏，正确与否，全景图像在方向交互中是否响应正确且视线无死角，在视距交互中可否立即响应并达到清晰效果等等。将出现的问题一一记录并进行修正。在测试中继续寻找系统的不足和改进的方向，进行进一步的调整和完善。

5 输出发布

选择适当平台进行发布，通过各种方式和平台推广链接，将链接生成二维码，同步在校园及校园外进行宣传。确保师生对导航系统的便捷获取和应用，同时帮助校外人员对华北理工大学新校区的更深入了解。在推广的同时广泛听取各方意见，不断对系统进行调整和革新，使其更加符合用户的需求和使用交互习惯。

四、结论

华北理工大学720°全景导视系统的建立，不仅帮助了老师和同学们在新校区环境中更加便捷的进行导航，利于师生更快的适应新的教学环境，同时丰富了学校电子信息建设，为校外人员更深入直观的了解学校提供了桥梁。它的建立也为校园导航系统的设计提供了全新的视角和方式，改变了以往二维导航方式的呆板和单一，改进了虚拟校园系统中建模方式的繁复和冗余，让导航和校园宣传合二为一，成为可交互的、具有沉浸性的全新方式，为其他高校的导视系统提供了一些参考。相信华北理工大学720°全景导视系统，能够切实的为师生、学校的宣传和招生带来助益，在不远的未来，通过科技的不断进展与我们对此系统的不断更新和改进，它会便的越来越友好和便捷。

[1]张咸蔚.虚拟校园建设的关键技术及应用分析[J].计算机光盘软件与应用,2012,06.

[2]韩庆年.国外高校3D虚拟校园设计与应用述评[J].中国教育信息化,2012,09.

[3]师书恩.远距离教育和虚拟校园[J].中国电化教育,1997,08.

[4]杨莉.虚拟校园建立方案的设计与实现[J].交通科技与经济,2014,01.

[5]邹红,陆津,包竞生.实景虚拟校园构建的关键技术[J].电脑知识与技术,2014,01.

Application of 720-degree Panoramic Signs System in Campus

MA Yan, WANG Bao-cun,GAN Lin

(College of Arts, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063210,China)

720-degree panoramic view; campus; sign system; information construction

With the development of the times and the constant maturity of the technology, human beings began to seekmore development and progress in the field of virtual reality. VR technology from the novel into the plot into the public view, but also in a short span of decades. Integrated computer graphics technology, computer simulation technology, display technology and other technology VR technology, more and more appear in our lives. 720-degree panoramic view is a form of virtual reality, it is real to the full range of stunning presentation, let users really can feel personallyon the scene feeling. The technical development of the North China University of science and technology 720-degree panoramic guide system based on the campus will be offered in the navigation path, display school style, to provide help to promote real school publicity and other aspects, inject new vitality for the construction of electronic information school.

2095-2708(2017)02-0144-04

2016-12-07

2016-12-21

马妍(1990-)，女，河北唐山人，华北理工大学艺术学院研究生在读，研究方向：数字艺术研究。

TP391.9

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