秦育羅

（宿遷學(xué)院 建筑工程學(xué)院 江蘇 宿遷 223800）

一種高效的虛擬校園構(gòu)建模式

秦育羅

（宿遷學(xué)院 建筑工程學(xué)院 江蘇 宿遷 223800）

針對當(dāng)前虛擬校園開發(fā)速度慢、成本高、交互性差等問題，設(shè)計了一種新型的虛擬校園構(gòu)建模式。新模式聯(lián)合ArcGIS API、騰訊地圖API以及全景地圖技術(shù)，以宿遷學(xué)院為例，建立了宿遷學(xué)院虛擬校園。結(jié)果表明，采用新的構(gòu)建模式，提高了虛擬校園開發(fā)效率。

虛擬校園；ArcGIS API；騰訊地圖API；全景地圖

虛擬校園是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，它是對校園環(huán)境的數(shù)字化和虛擬化，用于支持學(xué)校的管理、規(guī)劃和決策。目前，多所高校相繼建成了虛擬校園，例如中國礦業(yè)大學(xué)虛擬校園在提供校園瀏覽、導(dǎo)航、查詢等功能的基礎(chǔ)上，增加了校車管理、視頻監(jiān)控、設(shè)備查詢等功能，極大方便了學(xué)生的校園生活，簡化了學(xué)校的管理工作。

現(xiàn)階段關(guān)于虛擬校園的研究大多是基于3d MAХ、SketchUp、Maya等三維建模軟件或利用VRML、OpenGL、Java3D等三維建模語言進(jìn)行場景模擬，其存在的問題為：校園面積大，對象多，建模速度慢、成本高；虛擬表達(dá)跟現(xiàn)實場景有一定差別；無法展示內(nèi)部場景。

而通過調(diào)用商業(yè)街景地圖建立虛擬校園，省去了建模的過程，方便、快捷。另外，結(jié)合全景地圖技術(shù)，對感興趣的目標(biāo)建立內(nèi)部全景，實現(xiàn)內(nèi)、外景的同步瀏覽。針對商業(yè)地圖提供的平面圖細(xì)節(jié)顯示不足問題，自行設(shè)計、制作校園平面圖，并通過ArcGIS Server平臺發(fā)布，實現(xiàn)二維地圖與三維全景的聯(lián)動。在此基礎(chǔ)上，建成的宿遷學(xué)院虛擬校園，具有實現(xiàn)速度快、成本低等特點(diǎn)，既能滿足常規(guī)的查詢、瀏覽需求，又能訂制地理空間信息處理與分析服務(wù)。

1 虛擬校園構(gòu)建流程

1.1 校園平面地圖

平面地圖提供校園總體布局信息，例如生活區(qū)、教學(xué)區(qū)的分布、位置、數(shù)量等。騰訊地圖提供的平面地圖服務(wù)，最大比例尺約為1∶1 400，內(nèi)容表達(dá)不夠詳細(xì)，且數(shù)據(jù)更新依賴于騰訊公司，時效性較差。因此，虛擬校園構(gòu)建模式中的平面地圖采用自行數(shù)字化的方式得到矢量數(shù)據(jù)，再利用ArcGIS Server發(fā)布成地圖服務(wù)，供后期使用。

平面地圖數(shù)據(jù)主要來源于教學(xué)過程。利用數(shù)字測圖技術(shù)得到比例尺為1∶500的地形圖；然后利用ArcGIS軟件的轉(zhuǎn)換工具模塊將地形圖進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，導(dǎo)入到ArcMap編輯環(huán)境中，再以無人機(jī)航測獲得的數(shù)字正射影像為底圖，如圖1所示，對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、處理，得到宿遷學(xué)院平面地圖數(shù)據(jù)，并進(jìn)行符號化，最終得到校園平面地圖，如圖2所示。

圖1 宿遷學(xué)院數(shù)字正射影像

圖2 宿遷學(xué)院數(shù)字線劃圖

1.2 騰訊街景

在網(wǎng)頁中創(chuàng)建街景需要用到qq.maps.Panorama類。創(chuàng)建Panorama類的語法是new qq.maps.Panorama_（container，options），其中，container是街景容器，實例化一個街景對象需要在網(wǎng)頁中創(chuàng)建一個空div元素，參數(shù)中需要傳入div元素對象或div元素的id；options是街景參數(shù)，通過這個參數(shù)來控制初始化街景的場景、視角，視角又包括偏航角、俯仰角和縮放級別。實例化宿遷學(xué)院東門街景代碼如下：

上述代碼表明，所創(chuàng)建街景的場景編號是“17111103140523100005400”，街景查看視角中偏航角為270°，俯仰角為-10°，縮放級別為1級。運(yùn)行之后，得到場景如圖3所示。

圖3 宿遷學(xué)院東門全景圖

1.3 內(nèi)部全景

1．3．1 拍攝手段

拍攝設(shè)備選擇型號為NiKon COOLPIХ P7000的數(shù)碼相機(jī)，其有效像素為1 010萬，內(nèi)置7.1倍變焦鏡頭，最大光圈值為F2.8，ISO感光度范圍ISO64～I(xiàn)SO6400。為了保證照片的重疊度，采用分層旋轉(zhuǎn)多個角度的拍攝方式。在豎直方向上間隔22.5°為1層，一個場景大致分為8層，上、下兩張照片的重疊度50%；每1層的拍攝，利用相機(jī)的全景輔助模式，控制相機(jī)繞云臺旋轉(zhuǎn)固定的角度，保證前后兩張照片的重疊度30%，最終回歸到起始位置。拍攝圖書館大廳場景如圖4所示。

圖4 圖書館大廳照片略圖

1．3．2 圖片拼接

照片拍攝完成之后，需要對其進(jìn)行拼接操作。目前，制作全景圖的工具較多，例如PTGui、PanoStudio、PanoramaMaker、Autopano、Photoshop、Photofactory等。在眾多全景制作軟件中，PTGui具有明顯的優(yōu)勢：自動調(diào)整功能強(qiáng)，軟件可以自動選擇圖片重合點(diǎn)、自動校正變形、白平衡和曝光問題；適合多張高像素圖片拼接，經(jīng)測試，達(dá)到1200萬像素的10張圖片素材可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成拼接；操作簡便，只需要將一組照片按順序?qū)胲浖?，即可全自動完成圖片拼接；拼接效果好，對于部分軟件在重合部位可能出現(xiàn)接縫、疊影的情況，PTGui軟件幾乎沒有出現(xiàn)過任何異常，畫面色彩過渡自然，色調(diào)一致。

利用PTGui提供的可視化界面實現(xiàn)對照片的拼接，可創(chuàng)造出高質(zhì)量的全景圖像，如圖5所示。

圖5 圖書館內(nèi)部全景圖片

1．3．3 交互式全景圖制作

全景圖拼接完成后，還需要將其轉(zhuǎn)換成VR模式，才能進(jìn)行身臨其境的瀏覽場景。而Pano2VR軟件無疑是全景圖像轉(zhuǎn)換的主流工作之一。Pano2VR是一款全景圖像轉(zhuǎn)換軟件，使用Pano2VR可以將全景圖像轉(zhuǎn)換成交互式的Flash格式，也能支持HTML5/CSS3格式的輸出，還可以制作全景皮膚和熱點(diǎn)鏈接，從而創(chuàng)造出交互友好的全景圖，如圖6所示。

圖6 圖書館大廳交互式全景

圖7 宿遷學(xué)院虛擬校園

1.4 技術(shù)整合

以ArcGIS Server發(fā)布的地圖服務(wù)為基礎(chǔ)，利用ArcGIS API搭建網(wǎng)頁，開發(fā)出基本的地圖導(dǎo)航、瀏覽、查詢等基本功能，并將騰訊地圖街景和自制內(nèi)景嵌入網(wǎng)頁中，最終構(gòu)建了宿遷學(xué)院虛擬校園，如圖7所示。

2 結(jié)束語

本文描述了常規(guī)虛擬校園的實現(xiàn)方式，探討了其缺點(diǎn)，創(chuàng)新性地提出將二維平面地圖、街景地圖和自制內(nèi)景聯(lián)合的構(gòu)建模式建立虛擬校園，并以宿遷學(xué)院校園場景作為對象，開發(fā)建立了宿遷學(xué)院虛擬校園，獲得了滿意的效果。借助互聯(lián)網(wǎng)，我們可以進(jìn)一步完善虛擬校園系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)學(xué)校教學(xué)、管理、規(guī)劃、遠(yuǎn)程訪問等。

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〔編輯：張思楠〕

TP3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.24.003

2095-6835（2017）24-0003-03