720°全景校园漫游系统设计与制作

孙建伟 郑秀娥

摘 要：720°全景是一种三维立体感的实景图像，是当前发展迅速并且广泛流行的一种虚拟现实技术。本文详细介绍了校园720°全景漫游系统制作的全过程，主要包括：前期規划、实景照片的拍摄、全景图像的拼接以及全景照片网络发布形成漫游系统。

关键词：720°全景 全景照片 漫游系统

720°全景是一种三维立体感的实景图像，其中720°是指在水平方向上360°，垂直方向上360°，即能看到全天全地的全景图像，是当前发展迅速并且广泛流行的一种虚拟现实技术。720°全景，以虚拟现实技术作为基础，以平面图像作为对象，运用数字技术处理，将真实的相片变为让使用者产生身临其境的三维立体效果。720°全景可以给人带来置身其中的真实的感觉，这种实现手法给用户提供全方位视角的感受。正因为此种优点，该技术已经开始被应用到虚拟校园、酒店旅馆、房地产、旅游景区等领域。

三维建模技术也可产生一种真实场景的感觉，但其前期资源消耗量巨大，实施起来比较繁琐，而720°全景则具有数据存储量小，制作过程简单，系统要求低等特点。与此同时，由于720°全景以真实的场景拍摄为基础，因此与三维建模技术创造的虚拟场景相比，720°三维全景的真实感更为强烈。

一、720°全景技术的优点及其应用

720°全景技术的优势主要体现在以下几个方面。

一是承载的信息量大。720°全景图像可以比二维图像表达更多的信息。

二是真实感强。由于720°全景是基于真实场景图片制作生成的，所以具有照片级的真实感，与人眼观看到的场景并无二致，而三维建模生成的场景是无法与之相比的。

三是效率高。全景图像采集方便，制作周期非常短，与三维建模技术相比制作成本更低，原始图像素材的准备工作简单，一部单反相机加图像处理软件，便能够很快制作出全景图像。

四是沉浸感强。利用计算机技术对全景图像进行透视处理可以模拟真实三维实景，带入感强烈，可以给游览者带来身临其境的感觉。

五是宣传方便。文件体积比较小，传输方便，可以利用强大的网络进行体验。同时由于发布方式多种多样，适合各种形式的展示。

二、校园720°全景漫游系统前期规划

校园720°全景漫游系统其实质就是一个全景地图系统，主要面向即将报考该专业的学生以及想要了解该校的社会人士，所以全景地图要准确地表现校园风光风貌。根据校园的实际情况，需要计划拍摄场景，每个场景水平6张，天地各2张，以保证后期可以拼接成一个720°球形场景，要注意以下几个方面。

一是拍摄地点的选择：被选定的地点一定要具代表性，能体现校园特色，然后根据所选地点制定一条或几条游览路线。

二是拍摄时段的选择：在实景图像采集过程中要注意选择天气晴朗光线较好的时段进行，保证所采集的图像具有较高的质量，和较一致的光线效果。

三是拍摄器材的选择：在拍摄地点、时间、计划完成后，接下来要做的就是拍摄器材的选择，本设计过程中所采用的拍摄器材是单反相机、鱼眼镜头、全景云台与三脚架，大疆无人机。

四是采集照片的数字化处理：采集的照片因拍摄时间点的差异、天气状况差异、角度的差异等因素，会产生细微的颜色差别，必须对采集的原始照片素材进行后期处理，保证正常曝光、颜色正常并一致。

五是全景图像的拼接及融合：原始照片经过数字化处理后，接下来就是全景图像的拼接，本设计采用PTGui软件作为图像拼接的软件。

六是全景图像的上传：将上一步完成的球形图像文件上传至720云平台，生成360°全景效果，然后将生成的独立全景链接起来形成一个720°漫游系统。

三、实景照片的拍摄

在调试好设备之后开始进行素材的拍摄工作，相机大致放在场景中心位置，首先拍摄水平的6张图片，全景云台有刻度盘，每隔60°拍摄一张图片，然后拍摄一张天空，最后拍摄地面，机位正下方的脚架或者脚架的阴影是在拍摄和首次拼接时无法回避的问题。拍摄地面时，通常将相机取下，手持拍摄两张地面图。注意在拍摄过程中保持相机的各项参数固定不变。这样做是因为正下方有规则且连续的图案，如果是柏油马路，又没有什么图案，就可以选择不拍摄地面，后期直接用ps进行内容识别填充更高效快捷。

另外，同一场景的采集时间要尽快，时间间隔不要太久，以免外界移动物体影响后期拼接效果。因鱼眼镜头的视角原因，每次拍摄都会有身体或影子出现在照片里，而解决的方法是拍摄两张站立位置不一样的图片，后期用蒙版工具擦除身体与影子的部分。

四、全景图像的拼接

图像拼接是指把采集到的一些有相互重叠区域的图像序列变成一幅无缝的720°全景图。图像的拼接是构建360°虚拟全景空间的一个重要步骤，是全景图生成中最为关键的一步，全景图拼接质量的好坏决定着全景漫游效果的好坏。目前图像拼接最为常用的软件是PTGui。

PTGui是一款多功能全景制作工具，它通过为全景制作工具（Panorama Tools）提供可视化界面来实现对图像的拼接，从而创造出高质量的全景图像。制作过程分为如下几步。

第一，导入素材。打开PTGui软件，点击首页的“加载图像”，找到原始素材的路径将原始素材添加到软件中。选择具体使用的相机/镜头参数，点击第二步对准图像，软件自动识别对准全景图，这里需要注意的是开始导入的图像不包括地面的两张图，因为此过程是软件自动进行识别，只能够简单地拼接水平的六张图，地面天空比较复杂，软件无法进行自动拼接。

手动添加地面两张图。在添加好地面的图片之后，使用软件的蒙版工具，将水平六张图片中出现的身体或影子擦掉，红色部分即为擦除部分。用同样的方法擦除两张地面图里面的身体或影子，不同的是只需要留下三脚架正下方以及三脚架影子地方的地面即可，用于替换三脚架及其影子。

第二，添加控制点。控制点就是两张图片的连接点，添加控制点的目的就是告诉软件这两张图片的相同點，使其更好地拼接。在添加控制点之前隐藏蒙版并放大100%，可以更好地添加控制点，每两张图片之间至少要添加3个控制点，重复添加直至2张地面图与水平六张图之间都有链接。

添加控制完毕之后，选择“优化器”选项，在运行优化器之前在两张地面图的视点打钩以矫正视点，运行优化器之后打开全景图像编辑器，仔细观察全景图像，注意每个细节是否都拼接合适。

第三，反复修改。然后返回控制点选项卡，继续添加控制点，直到全景图像的拼接趋于完美，有些时候由于拍摄的原因，一些很明显的小瑕疵无法通过PTGui软件来处理。对此可以直接导出全景图，用Photoshop软件进行后期处理。

第四，导出全景图片。导出全景图片，保持纵横比2∶1，品质100%，格式jpeg，选择要输出的路径，其他默认，然后创建全景图。

五、空中全景照片的制作方法

空中全景照片的拍摄可以采用无人机高空悬停多角度拍摄的方法来拍摄，后期将拍摄的空中照片通过PTGui来拼接出全景图像，具体操作步骤如下。

第一，无人机升到一定高度。这个高度选在没有建筑物遮挡视线和能完整展现拍摄主体的平衡点，一般以50～100m为宜。

第二，将无人机的云台视角设置为水平。控制水平旋转操纵杆进行顺时针或逆时针360度旋转，每旋转45度拍摄一张照片，保证每两张照片之间有20%的地方是重合的，以方便后期拼接。

第三，将无人机云台视角调为下倾45度，用与上面同样的方式，每45°拍摄一张，至少拍摄8张。

第四，将云台调为90°垂直地面，俯拍一张底图。

第五，将这同一场景至少17张图片导入全景拼接软件PTGui中，拼接过程参照“四、全景图像的拼接”即可。

第六，虽然图片拼接到了一起，但是由于无人机视角的限制（无法仰拍），导致天空的不完整。这就需要进行后期“补天”，天空的样子全世界都是类似的，这种照片我们可以自己拍摄或者直接利用素材进行拼接。

六、全景照片网络发布形成漫游系统

全景要做成漫游系统需要一个平台来支撑。目前最常用的方式是网络发布的方式，该方式制作简单快捷，制作出的漫游系统美观大方。利用网络服务器强大的计算能力，只需要将做好的全景照片上传到网站，然后再编辑链接每个场景，便可以高效地制作出一个漫游系统。

国内常用的全景互动分享平台是720yun.com，基于云存储平台的优势，用户还可以将在线平台作为全景存储管理的地方，解决用户的制作成本高管理复杂的问题。全景漫游系统可以对多个全景场景进行逻辑串联，并配图片或文字说明、音视频等，通过热点、对话框、地图、缩略图、功能框、功能键及其他自定义操作，建立全功能的虚拟场景漫游，对场景进行整体实景还原。全景漫游提供将客观真实存在着的场景以虚拟全景漫游形式，通过浏览器达到异地虚拟效果，实现用户足不出户地游历景物景点和建筑物内部场景等功能。

全景漫游制作主要是链接每个场景，组成一个实景地图，打开全景高级设置，即可制作每个场景之间的链接。同时设定初始视角，添加阳光、雨雪等天气特效，还可以嵌入一张二维平面地图作为沙盘，在全景切换中添加热点，可以链接到各个场景，并且选择链接图标以及动画方式，将各个场景链接完毕后就可以发布了，该平台提供了链接和二维码供用户使用。使用手机扫描二维码，可以进入场景进行漫游。

（作者单位：山东水利技师学院）