一种高效的虚拟校园构建模式

2017-12-13秦育罗

科技与创新 2017年24期

关键词：全景图街景宿迁

秦育罗

（宿迁学院建筑工程学院江苏宿迁 223800）

一种高效的虚拟校园构建模式

秦育罗

（宿迁学院建筑工程学院江苏宿迁 223800）

针对当前虚拟校园开发速度慢、成本高、交互性差等问题，设计了一种新型的虚拟校园构建模式。新模式联合ArcGIS API、腾讯地图API以及全景地图技术，以宿迁学院为例，建立了宿迁学院虚拟校园。结果表明，采用新的构建模式，提高了虚拟校园开发效率。

虚拟校园；ArcGIS API；腾讯地图API；全景地图

虚拟校园是虚拟现实技术在教育领域中的具体应用，它是对校园环境的数字化和虚拟化，用于支持学校的管理、规划和决策。目前，多所高校相继建成了虚拟校园，例如中国矿业大学虚拟校园在提供校园浏览、导航、查询等功能的基础上，增加了校车管理、视频监控、设备查询等功能，极大方便了学生的校园生活，简化了学校的管理工作。

现阶段关于虚拟校园的研究大多是基于3d MAХ、SketchUp、Maya等三维建模软件或利用VRML、OpenGL、Java3D等三维建模语言进行场景模拟，其存在的问题为：校园面积大，对象多，建模速度慢、成本高；虚拟表达跟现实场景有一定差别；无法展示内部场景。

而通过调用商业街景地图建立虚拟校园，省去了建模的过程，方便、快捷。另外，结合全景地图技术，对感兴趣的目标建立内部全景，实现内、外景的同步浏览。针对商业地图提供的平面图细节显示不足问题，自行设计、制作校园平面图，并通过ArcGIS Server平台发布，实现二维地图与三维全景的联动。在此基础上，建成的宿迁学院虚拟校园，具有实现速度快、成本低等特点，既能满足常规的查询、浏览需求，又能订制地理空间信息处理与分析服务。

1 虚拟校园构建流程

1.1 校园平面地图

平面地图提供校园总体布局信息，例如生活区、教学区的分布、位置、数量等。腾讯地图提供的平面地图服务，最大比例尺约为1∶1 400，内容表达不够详细，且数据更新依赖于腾讯公司，时效性较差。因此，虚拟校园构建模式中的平面地图采用自行数字化的方式得到矢量数据，再利用ArcGIS Server发布成地图服务，供后期使用。

平面地图数据主要来源于教学过程。利用数字测图技术得到比例尺为1∶500的地形图；然后利用ArcGIS软件的转换工具模块将地形图进行格式转换，导入到ArcMap编辑环境中，再以无人机航测获得的数字正射影像为底图，如图1所示，对转换后的数据进行编辑、处理，得到宿迁学院平面地图数据，并进行符号化，最终得到校园平面地图，如图2所示。

图1 宿迁学院数字正射影像

图2 宿迁学院数字线划图

1.2 腾讯街景

在网页中创建街景需要用到qq.maps.Panorama类。创建Panorama类的语法是new qq.maps.Panorama_（container，options），其中，container是街景容器，实例化一个街景对象需要在网页中创建一个空div元素，参数中需要传入div元素对象或div元素的id；options是街景参数，通过这个参数来控制初始化街景的场景、视角，视角又包括偏航角、俯仰角和缩放级别。实例化宿迁学院东门街景代码如下：

上述代码表明，所创建街景的场景编号是“17111103140523100005400”，街景查看视角中偏航角为270°，俯仰角为-10°，缩放级别为1级。运行之后，得到场景如图3所示。

图3 宿迁学院东门全景图

1.3 内部全景

1．3．1 拍摄手段

拍摄设备选择型号为NiKon COOLPIХ P7000的数码相机，其有效像素为1 010万，内置7.1倍变焦镜头，最大光圈值为F2.8，ISO感光度范围ISO64～ISO6400。为了保证照片的重叠度，采用分层旋转多个角度的拍摄方式。在竖直方向上间隔22.5°为1层，一个场景大致分为8层，上、下两张照片的重叠度50%；每1层的拍摄，利用相机的全景辅助模式，控制相机绕云台旋转固定的角度，保证前后两张照片的重叠度30%，最终回归到起始位置。拍摄图书馆大厅场景如图4所示。

图4 图书馆大厅照片略图

1．3．2 图片拼接

照片拍摄完成之后，需要对其进行拼接操作。目前，制作全景图的工具较多，例如PTGui、PanoStudio、PanoramaMaker、Autopano、Photoshop、Photofactory等。在众多全景制作软件中，PTGui具有明显的优势：自动调整功能强，软件可以自动选择图片重合点、自动校正变形、白平衡和曝光问题；适合多张高像素图片拼接，经测试，达到1200万像素的10张图片素材可以在数分钟内完成拼接；操作简便，只需要将一组照片按顺序导入软件，即可全自动完成图片拼接；拼接效果好，对于部分软件在重合部位可能出现接缝、叠影的情况，PTGui软件几乎没有出现过任何异常，画面色彩过渡自然，色调一致。

利用PTGui提供的可视化界面实现对照片的拼接，可创造出高质量的全景图像，如图5所示。

图5 图书馆内部全景图片

1．3．3 交互式全景图制作

全景图拼接完成后，还需要将其转换成VR模式，才能进行身临其境的浏览场景。而Pano2VR软件无疑是全景图像转换的主流工作之一。Pano2VR是一款全景图像转换软件，使用Pano2VR可以将全景图像转换成交互式的Flash格式，也能支持HTML5/CSS3格式的输出，还可以制作全景皮肤和热点链接，从而创造出交互友好的全景图，如图6所示。