基于PTGui的VR全景校园漫游系统的设计与应用

范晓婷 杨帆

【摘  要】 随着VR技术的普及与应用，教育领域也迎来了新的变革。传统的校园参观方式已经无法满足师生及大众的需求，而以VR全景参观校园的方式变得更加便捷，它不仅可以打破地理限制，还可以全方位、立体地展示学校的形象，带来具有沉浸性、更加真实的探索体验。同时，将VR技术应用于校园文化展览、课堂教学等方面，将会为教育质量的提升及促进教育的公平提供新的可能。文章通过介绍VR全景图片制作软件“PTGui”的功能与特点、VR全景漫游校园的优势，详细介绍VR全景校园漫游系统的设计流程，包含确定拍摄点位、图像采集、图像处理、合成全景图、制作漫游系统等步骤，探讨如何使用PTGui软件制作VR全景校园漫游系统，以及VR全景漫游在教育领域的其他潜在价值和实践意义。

【关键词】 VR全景技术；PTGui；全景校园漫游

一、VR全景校园漫游系统的技术支持

（一）PTGui软件

PTGui是一个具有可视化界面、用于实现VR全景图片拼接的软件，全称为“Panorama Tools Graphical User Interface”，该软件通过自动识别镜头参数、相邻图片重叠等像素特征，以“控制点”（Control Point）的形式将拍摄的图片进行自动拼接，并进行优化融合，最终可导出为一张宽高为2：1的VR全景图。该软件中的全景图编辑器也具有增加蒙版细节等更加丰富的功能，通过多种视图的映射方式，用户可以通过手动添加或修改控制点的方式来提升拼接图片的精度。另外，该软件支持多种图片输入格式，拼接后的VR全景图片明暗度一致，基本没有明显的拼接痕迹。

（二）VR技术

VR（Virtual Reality），又称虚拟现实技术，它是指采用以计算机技术为核心的现代高科技手段，生成逼真的视、听、触、嗅、味觉等一体化的虚拟环境，用户借助一些特殊的输入与输出设备，采用自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互，相互影响，从而产生身临其境的感受和体验。VR凭借其沉浸性、交互性和想象性的特点，能够让身处虚拟环境中的使用者难以分清周围事物的真假，如同身处于现实场景中一般。

（三）VR全景技术

VR全景是基于全景图像的真实场景虚拟现实技术，它是通过将相机以一个中心点环绕360°拍摄的一组或多组照片拼接而成的一张全景图像，再通过计算机技术实现全方位观看的真实场景还原方式，让用户达到身临其境的感受。我国主要有“720云”“如是”等平台提供VR全景内容制作、管理、观看等功能，其广泛应用于建筑家装、智慧文旅、学校教育、医疗服务等多个领域。

（四）VR全景漫游校园的优点

首先，以VR全景漫游校园的宣传方式突破了传统图文及视频宣传的局限，让学校的形象更加立体、生动，家长与学生可以身临其境地感受校园的面貌，从教室、实训室、图书馆到餐厅、宿舍、操场，每一个角落都清晰可见，通过这种全方位的展示，家长与学生可更加直观地了解学校的办学环境、教学设施及校园文化，增强其对学校的认同感和归属感。其次，VR全景漫游校园还可用于记录学校的重要时刻，如学校的大型活动、学生的毕业照拍摄等，通过使用VR全景技术进行记录和展示，不仅可以让更多的人见证学校的辉煌时刻，还可以为学校留下宝贵的校史资料。最后，借助VR技术加强学校的数字化建设也是其重要的优势之一，VR全景漫游校园作为数字化建设的一部分，不仅可以提高学校的信息化水平，还可以为教学活动带来创新。

二、VR全景校园漫游系统的设计思路

（一）确定拍摄点位

确定拍摄点位对拍摄VR全景校园至关重要。由于郑州城建职业学院是一所新办的院校，楼宇相对较少，因此在选择拍摄点位时，应重点考虑那些具有代表性和重要性的区域。室外方面，包括学校校门处、广场、图书馆、教学楼、实训楼、餐厅、宿舍、操场等多个区域；室内方面，包括各种教室、图书馆馆藏室、实训室、学术报告厅、职教展、菜鸟驿站、餐厅等学习、活动、生活场景。在拍摄时，需要尝试使用多种高度和角度，以期获得更佳的视觉效果。另外，考虑到交通和人流量情况，最好选择在人流量较少的时间段进行拍摄，以避免在后期合成时出现严重的图片错位问题。总之，要综合考虑校园的布局、自然元素、人流量等多种因素确定拍摄点位，以便能够全面展示学校的风貌，并获得较佳的视觉效果。

（二）图像采集

在进行VR全景校园的拍摄时，通常会采用三脚架和相机进行图像采集。然而，由于各种限制因素，本项目采用的是三脚架、720云台及手机进行图像采集。以下是具体的操作步骤：

1. 安装设备：将手机和云台安装在三脚架上，确保三脚架稳固地放置在位置上，避免晃动。同时，要注意周围环境和光线的影响，确保拍摄的图像清晰明亮。选择地面纹理丰富、容易识别的区域放置三脚架，这样在后期合成时生成的控制点会更多，合成效果更好。

2. 配置手机：调整手机镜头的位置和角度，确保在旋转手机进行拍摄时，镜头保持固定位置。同时，调整手机的设置，以确保拍摄出质量较高、清晰度较好的图像。

3. 拍摄图像：在每个点位进行图像采集时，采用斜上方一周10张、前方一周10张、斜下方一周10张、上下各2张的方式进行拍摄，共计34张图片。这样的拍摄方式可以覆盖到不同角度和方向，使得最终合成的全景图更加完整。

4. 检查图像质量：在拍摄过程中，随时检查图像的清晰度、色彩和曝光等方面，确保每张图像的质量都符合要求。

（三）图像处理

在Photoshop软件中进行图像处理是影响VR全景画面质量的重要步骤之一。在此过程中，重点是统一调整每组图片的色彩度和曝光值，以确保图像的色彩还原度和明暗度合适，从而保证整体效果的一致性。为了增强VR全景校园的视觉效果，可以运用色彩平衡、曲线、亮度/对比度等工具进行图像调整。此外，还可以应用滤镜和特效。

（四）全景图合成

在Photoshop软件中将每个点位的图像处理后，打开PTGui软件，通过“加载图像”，将34张图片导入至PTGui软件中，通过“对准图像”，让系统自动分析图像，自动生成控制点。该点位的全景图生成后，若有误置的控制点，则需要根据相邻两张图片的信息，手动调整同一位置的控制点，使优化器更加精准地对齐控制点，在全景图编辑器中查看无误后，可创建宽高为2：1的全景图，此时可放入Photoshop软件中进行修改，将图片中显示的三脚架及云台进行消除，最终生成一张画面完整、图像效果良好的全景图。

（五）制作漫游系统并发布

在“720云”平台中制作VR全景的漫游系统，可以为用户带来身临其境的体验效果，使他们全方位地浏览和了解特定场景。该VR全景校园漫游的制作过程主要分为以下步骤：

1. 基础设置

首先，在PTGui软件中生成的宽高比为2：1的全景图片导入至“720云”平台中，进行VR全景校园漫游系统的基础设置。这包括确定作品名称、作品简介、512*512像素的作品封面、开场动画、留言等全局设置。其次，根据不同的组别，逐一将所有场景的全景图导入至“720云”平台，在此过程中，需注重分组与层级的设置。例如，将校门、广场、实训楼、教学楼等具有标志性的宏观场景设置为一级场景，作为整个场景的入口或核心区域，旨在为用户提供直观且便捷的导航方式。同时，将每个一级场景内部的小场景，如实训楼内的实训室与计算机机房、教学楼内的教室等设置为二级场景。这类场景作为一级场景的延伸与细分，进一步让用户深入了解详细的布局与特色。最后，设置进入每个场景后的初始视角、视角（FOV）的范围，以及垂直与水平视角的限制角度等，确定初始的观看界面。

2. 添加交互热点

完成基础设置后，为确保用户在不同的场景中能够获得丰富的交互体验，需要根据各个场景的独特特点和功能，添加不同形式的交互热点。这样做不仅可以增强用户的参与感，还能使整个全景漫游系统更加生动和有趣。在该VR全景校园漫游系统中，可以应用多种交互热点形式，包括全景切换、超链接、图片或视频等。为区分不同的交互方式，采用了不同的显示图标，以便用户能够快速找到感兴趣的交互点，并更加便捷地操作和浏览。

3. 制作电子沙盘及添加遮罩效果

电子沙盘作为一种高效的展示工具，能够迅速引领观看者把握场景的整体布局和具体位置。在本案例中，将学校地图的图片置于电子沙盘中，并适当调整电子沙盘的雷达区和雷达扇区，以确保旋转VR场景时，场景的地点和方向正确。此外，针对个别地面存在瑕疵的场景，添加了地面遮罩效果，以遮挡图片中的瑕疵。同时，也可以将宣传二维码等信息应用在场景的遮罩中。这样做不仅提升了观看者的体验，还能进一步展示学校的风采与特色。

4. 添加特效等细节并发布

在制作VR全景漫游时，除了基本的场景呈现外，还可以嵌入文字、图片、序列帧等内容，添加音乐、语音讲解等音频元素，以提升用户体验。同时，还可以添加各种画面效果，如太阳光、下雪、滚动字幕等，增加场景的真实感和趣味性。最后，通过一键导览功能，使用户可以跟随预先设置的路线观看全景。最终导出的作品二维码如图1所示。

三、研究成果总结

（一）基于PTGui的VR全景校园漫游系统的优势与不足分析

该漫游项目在设计与应用的过程中展现了显著的优势与潜力，同时也存在一些不足之处。首先，项目利用PTGui软件的图像拼接与校正功能，快速准确地生成高质量的VR全景图像，为VR全景校园漫游提供了逼真的视觉体验。其次，720云平台具备丰富的交互功能，如场景切换、电子沙盘等，使用户能更便捷地探索校园环境。另外，项目在部署和维护方面相对简单，降低了技术门槛与成本。

然而，该系统也存在一些不足之处。尽管PTGui软件与720云平台在VR全景制作方面具有一定优势，但整个VR技术领域仍处于快速发展阶段，尚未形成统一的标准，因此需要持续加强技术研发与合作，推动该产业的进一步发展。另外，随着VR全景在网络上的广泛应用，数据安全与隐私保护的问题逐渐凸显，供应方需要加强数据加密等措施，以确保用户的信息安全。最后，在系统的设计与应用过程中，应更加关注用户体验，优化界面设计，提高系统的易用性和吸引力。

（二）VR全景漫游在教育领域的价值和意义

首先，VR全景技术能够创造沉浸式的学习体验，使学习过程更加视觉化与具象化。学生可以佩戴VR头盔游历古老的朝代，了解当时的人文历史，从而吸引学生的注意力。通过全景技术将所学的知识进行视觉化呈现，有助于学生更好地理解与记忆，提高学习效果。其次，将VR应用至实验教学中，可以降低教育成本。在实践课程中，经常会遇到各种较为稀缺的资源，尤其是关于医护专业的实践教学资源。VR教学可以模拟部分实验过程中所需的器官组织等内容，让学生通过VR方式进行反复操作练习，从而提高实践能力。最后，由于化学实验中涉及的物质多为有毒、易爆炸、腐蚀性的固体或液体，采用VR方式进行实验能大大降低实验中的风险，进一步促进了VR在教育中的应用。

参考文献：

［1］ 张林辛. VR全景技术在社区非遗展览中的应用研究［J］. 中国民族博览，2023（11）：65-67.

［2］ 胡小强，何玲，祝智颖. 虚拟现实技术与应用［M］. 北京：北京邮电大学出版社，2020.

［3］ 李建甫，李满. 基于全景技术的三维校园漫游系统的虚拟场景搭建：以广州工商学院花都校区部分场景为例［J］. 现代信息科技，2021，5（11）：60-63.

［4］ 叶玉萍. 基于PTGui的全景图技术在校园漫游中的应用研究［J］. 电脑与信息技术，2020，28（03）：20-21+29.

［5］ 吴涛，杨甲乐，陶欣. 基于VR全景技术的扬州大学校园漫游导航系统的应用研究［J］. 华中建筑，2019，37（12）：28-31.