基于全景技术的实验与实训中心漫游系统设计与实现

王会燕，鲜学丰，张 震，孙 逊，刘媛霞

(苏州市职业大学 计算机工程学院，江苏 苏州 215104)

实训室全景虚拟漫游是数字化校园工程的一个重要组成部分[1]，是学校实训室信息化建设的重要内容之一。全景技术也称虚拟现实(virtual reality，VR)全景，是基于图像处理的虚拟漫游，能够极大地增强展览的娱乐性和互动性[2]。借助全景技术，将实验室的文本、图片、音视频等资源集成到漫游系统，不仅能全面展示实验实训环境，还能与浏览者进行良好地互动。浏览者在PC端、移动端进行不同热点、不同场景的切换，具体了解实验室功能和实验器材的图文、视频使用等信息，加深浏览者对实训环境的认知度。笔者查阅了30多个同类院校的实验实训中心网站，调查发现，大多学校的实验实训中心网站仍使用图片和视频展示，较少采用全景技术。静态图片和动态视频视角不能全面有效地展示实验室环境，不利于宣传本校实训环境。

1 系统架构

全景漫游系统是基于全景漫游软件，采用B/S模式，结合图像、声音、视频等素材，实现真实环境的零距离、交互式、沉浸式的体验[3]。目前主流的全景漫游软件和移动智能终端上的浏览器均支持Flash/HTML5技术。本文的漫游系统架构如图1所示，该架构支持常见的浏览器，能够在PC端、移动智能终端进行便捷地浏览。

整个漫游系统架构分为数据层、数据服务层、数据展示层，每层具体功能如下：

1) 数据层为整个全景漫游系统提供文本、图片、音频、视频等数据。这些数据被上传到本地或异地存储设备上，供数据服务层调用与访问。

2) 数据服务层包含Web服务器和全景漫游软件，提供全景漫游数据的管理与发布功能。本文漫游系统选用IIS类型作为Web服务器。利用全景漫游软件Pano2VRpro完成全景漫游的皮肤制作，交互热点、导航的添加制作等关键步骤。交互热点指用户可以与全景漫游系统进行场景、文字、图片、音频、视频等信息的交互。

3) 数据展示层主要基于HTML5和B/S架构实现全景漫游系统的数据展示，并在浏览器、手机等移动终端显示。用户可通过鼠标、移动智能终端触摸屏，自动浏览或手动浏览360°全景漫游系统。

图1 漫游系统架构

2 基于Pano2VR漫游系统设计

360°全景漫游系统设计制作主要分为3个阶段：数据采集、全景图像合成、全景漫游系统的交互设置与发布。

2.1 数据采集

应用到全景漫游系统中的数据类型包括全景图片信息、文本信息、音频、视频等。全景图片信息包含场景图片以及用于介绍环境中细节的图片等。采用佳能EOS 5D MarkIII全幅单反相机进行全景图片采集，如图2(a)所示。文本信息指该场景的文本介绍，如实验室的主要功能、建设面积、面向专业等。音频信息包括该场景的音频介绍以及浏览该场景时的背景音乐。视频信息指该场景内部所要展示的视频内容，如实验室中设备的使用简介，实验室安全卫生宣传动画等。

图2 全景图片采集及全景图像

2.2 全景图像合成

全景图像指将水平和垂直环视的效果图叠加到一张图片上，形成无死角的环境图片[4]，如图2(b)所示。全景图像合成主要应用的软件有PT Gui、Photoshop CC 2014。PT Gui把采集的照片进行拼接合成全景图，在合成全景图时通过垂直和水平参考线调整全景图像垂直方向和水平方向的视觉效果，增加图像的拼接整体性。利用Photoshop CC 2014处理全景图的补地操作，调整全景图片的曲线使之更加美观。

2.3 全景漫游系统的交互设置与发布

1)Pano2VR工程文件创建。将合成的全景图导入Pano2VR软件，根据实际需要添加多张实验室环境全景图，以实现复杂实验室的多个部位、多个楼层的多场景整合，创建Pano2VR工程文件。在导入多个全景图之后，需要制定一个场景图为全景漫游的首览图，即用户进入漫游系统之后首先看到的场景。通常全景图投影展示主要有三种：圆柱模式、球面模式和立方体模式。这三种模式分别把已经拼接好的全景图投影到圆柱体、球体、立方体的内表面[5]。

2) 交互热点、导航创建。添加场景导航条和热点可以丰富全景漫游系统的内容，增强用户交互体验。在制作全景漫游的皮肤编辑器中添加多个热点，对特定场景中的物体，可通过图片、文字、视频等信息进行描述，文体交互效果，如图3所示。在制作导航图时，可通过全景皮肤编辑器插入自己设计的按钮或图形，制作一个热点地图作为实验室漫游导航，如图4所示。导航可以快速地定位特定的场景，为用户提供便捷浏览的虚拟漫游体验。

图3 文本交互效果

图4 实验室漫游导航

3) 漫游系统发布。Pano2VR支持多种格式的漫游系统生成，如Flash、HTML5等格式。本文以生成HTML5格式为例，阐述其生成过程。全景数据最终包括全景分块图像、HTML5、导航页面、XML配置文件、皮肤文件、插件文件、Flash文件等[6]。将这些文件打包发布到Web服务器上，用户可以从网页或移动端访问全景漫游系统。

3 实验实训中心全景漫游系统的实现

根据苏州市职业大学计算机工程学院实验与实训中心的全景漫游系统设计方案和布局特点，将图像采集区划分为实验室、走廊和楼梯三个部分。如果实验室区域较大，再将其划分区域1、区域2等不同的区域，最终确定图像采集点和采集路线。按照全景漫游制作流程制作实验室全景漫游效果图，如图5所示。

图5 实验室全景漫游效果图

用户可通过点击浏览界面按键放大、缩小、全屏、向上、向下、向左、向右浏览全景图，具体功能如下：

1) 单间实验室的全景漫游。用户点击图标“前往区域1”“前往区域2”进入教室的其他区域浏览及不同区域的切换浏览。用户点击图标“进入”“离开”选择进入或者离开该实验室。

2) 实验室与实验室之间的全景漫游。用户点击图标“进入”“离开”，选择进入或离开实验室。点击图标“向前”“向后”选择在走廊中前进或后退，用户通过在走廊区域前进或后退，选择进入其他实验室浏览。

3) 导航功能。导航可为用户提供快速浏览某个区域的功能。当导航中的热点显示为绿色，表示用户当前浏览位置；当导航中的热点显示为红色，表示用户不在该区域浏览。用户通过点击导航图上的圆形热点按钮，浏览导航中实验室和走廊的不同区域。

4) 信息交互功能。用户点击场景中图标数据热点，实现文本、音频、视频等信息的交互，从多个层面了解实验室信息，提高用户对实验实训中心的认知度。

4 结论

全景漫游已经延伸到各行各业，大大丰富了浏览者的欣赏体验。本研究以苏州市职业大学计算机工程学院实验与实训中心为例，介绍了全景漫游系统的制作方法，为实验室信息化展示提供一种新的途径。未来将全景技术与3D建模仿真、大数据等整合，能为真实环境的展示提供更为丰富的体验。