虚拟校园三维全景地图设计与构建

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2024年3月9日发(作者：)

ELECTRONICS WORLD

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技术交流

虚拟校园三维全景地图设计与构建

遵义医科大学 高 飞 刘发银 李 思 任兴梅

三维全景提供了关于视觉、听觉等感官的逼真模拟，使得用

户在VR设备的辅助下，可以与虚拟空间进行无痕的人机交互，

如同身临其境。本文以遵义医科大学校园为例，通过对摄像机摄

取的图片进行图像处理、图像拼接以及后期格式转换等处理，

进行三维全景漫游制作分析，在网络上真实再现并实现共享，能

让人更为直观、清晰地认识和了解校园的美丽景色、办学设施等

情况，产生身临其境的感觉，满足学校对外宣传、校园展示等

方面的要求。

随着互联网、多媒体、计算机辅助设

计、虚拟现实等技术的快速发展，全国高校

的校园数字化建设已广泛展开。其中，对于

校园地形、地貌、建筑以及景观的数字化是

数字化校园建设的基础性以及关键性步骤，

不仅能够起到指示方位，更能承载大量的校

园数字化管理功能。三维全景又称虚拟现实

全景，是当前迅速发展并流行的VR虚拟现

实技术的一个分支，采用数字图像处理等计

算机技术，基于对真实全景场景图像的还原

展示生成一种虚拟环境。三维全景提供了水

平方向360

o

、垂直方向180

o

的立体全景图，

给人以极具真实感的视觉冲击，犹如身临其

境。全景图采用多张真实高清图片素材拼接而成，不仅极具真实

感，还可随用户操作做出不同凡响的人机交互，可依据不同需求

完成多功能拓展，可上可下、可左可右观看物体或者场景，并实

现全景空间的切换，达到浏览不同场景的目的。

图1 制作过程结构图

的展示、漫游及基于属性信息的校园热点的导航和查询。

2 构建过程

2.1 制作过程构框架

通过基于序列图片的数字三维全景技术实现三维全景漫游再现

的制作流程。集航拍测绘、图片处理和拼接、漫游制作、封装和上

传的完整的三维全景制作体系结构，校园三维虚拟数字地图设计开

发的基本流程如图1所示。具体的设计与构建方法如下。

2.2 图片拍摄

三维全景漫游地图定制是指通过将多点位的航拍全景、室内外

全景等拍摄素材进行美工处理和算法拼接，以全景视角展示的立

体地图，可任意切换视角浏览各场景的三维空间，配合VR设备，

使得用户有身临其感。在取景过程中背景要求光线充足，飞手、

1 构建目标及研究内容

1.1 构建目标

基于计算机三维模型制作及渲染技术、VR虚拟现实等技术，

完成三维虚拟校园设计与构建。

1.2 主要研究内容

在充分获取校园地理空间信息及属性信息后，通过综合运用各

种计算机辅助设计软件，对校园的建筑物、景观、道路等整体规划

等实体进行三维数字模型制作、渲染及图像后期处理。通过对其比

例、色彩、造型韵律等要素的研究，最终使其呈现美观怡人的效

果。主要是进行虚拟校园系统的系统架构设计和功能设计，探索

三维校园地图数据的Web发布、管理和服务的数据组织体系及应

用服务平台的体系结构，研究服务平台支持下校园数据空间信息

云台手、全景摄影师等携带全画幅单反相机、全景云台、鱼眼镜

头、三脚架、无人机、云台等专业设备前往规划的点位进行鱼眼

图以及平面图拍摄。在拍摄过程中要调整云台，三脚架位置，相

机转动角度等进行环拍，取下广视角景点，包括平拍和仰拍以及

俯拍。即水平面和上下两个环斜面，加上仰拍和俯拍拼接成球，

以制成360

o

全景视角漫游地图，为方便处理可将图片存为ARW格

式。在无人机拍摄过程中飞手与云台手配合进行空中航拍。遥控

飞行器不同于相机和运动相机，其危险系数较高，所以一定遵守

飞行守则。此外，飞行技巧也可以为摄取的照片加分，减少后期

图像处理的工作量。例如：倒着飞可以避免机身晃动很厉害；环

绕场景360

o

拍摄照片，将相机角度调整为平行地面，尽量使镜头

方向保持水平等。

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技术交流

图2 遵义医科大学校园全景图

2.3 图像处理

利用计算机图像处理技术对图片进行预处理，例如用matlab以

及VS或其他图像处理程序语言编程进行图像滤波等处理，分类处

理（例如图像增强或减弱等）拍摄图片得到待拼接图像。导入

处理后的图片到PTGui进行图片合成，软件自动识别对准图像拼

接后，取消“方案助手”中“相机、镜头参数”的“自动”选

项，更改水平视角参数等进行手动调整。在全景编辑器中选择

“编辑个别图像”设置居中点，以先选中的图像作为初始参考，

调整点的位置，一幅幅拖动图像手动对准位置，制作成理想全景

图（如图2），“编辑整个全景图”中查看全景效果，满意则关

闭照片编辑器，创建全景图，导出图片。

2.4 图片交互

将制成的全景效果图拖入pano2vr中进行三维场景特效处理

等，配置热点，制作热点图像。具体操作简述为：选中一张为初

始图，且点击交互热点进行修改，在“点型和多变性交互热区”

栏下的“交互热点类型”中选区域类型图标，调整图片朝向绘制

想要的多边形交互区，下拉选项选中要交互的图片后点击全景图

片初始点调整全景图片的初始点。同样方法调整所有待处理的全

景效果图，回到开始界面更改格式，设置过渡效果等后flash输出。

2.5 封装上传

本文以常见的三维全景漫游发布平台720云为例，讲解三维漫

游图的封装上传。打开720云平台，创建全景，将待上传的配置好

的全景图全部放入后点击“确认创建”，开始编辑全景图特效，

可为不同场景单独添加不同背景音乐；各场景的文字解说或是动

画等；左键选中全景图后在全局设定中打开手机陀螺仪，保证观

众在手机上也能正常浏览全景漫游地图。确认编辑到达满意效果

后右键全景图上传，保存分享地址即可。

置信息显示、地图导航各院系以及职能部门查询，这些在地图上放

大、缩小、简介、漫游等基本操作都能实现，经过用户体验和感受

极具真实感的视觉冲击，犹如身临其境。

结语：本文以遵义医科大学三维虚拟全景图开发研究为例，

具体介绍了三维地图的设计方法及整体的设计过程，探索了一种

构建三维虚拟校园的技术方案。三维全景通过将摄像机拍摄的环

360

o

方向的多张照片拼接成一张全景图像，利用计算机图形图像技

术构建出全景虚拟空间。使用者可通过鼠标或手机上下左右触屏

控制浏览的方向及角度来观看物体或场景，配合相应背景音效音

乐和图文解说，如身临其境，比传统三维建模技术构建的场景更

具真实感。采用这种漫游技术的优点是浏览者可以单击或者双击

三维全景中的地面来实现场景切换，大大简化了漫游的操作。该

方法一般在场景中采集尽可能多的视点，所以用户想浏览哪儿，

只要点击该处地图的地面即可实现，并且能够浏览到该场景中的

任意细节，增强了漫游的真实感与沉浸感。下一步工作需要在满

足功能的基础之上，进一步提升用户体验，将人机工程学、认

知心理学范畴的理论及研究方法，应用到虚拟校园界面设计研究

中。本次设计的三维全景图相比传统三维建模技术构建的场景更

具有真实感，采用这种漫游技术的优点是浏览者可以单机或者双

击三维全景图的地面来实现场景的切换，不仅大大简化了漫游的

操作，还增强了漫游的真实感。

基金项目：2019年遵义医科大学大学生创新创业训练计划项目

（ZYDC2018126）。

作者简介：高飞（1984－），男，山西霍州人，硕士研究生，

讲师，主要从事物理学教学和科研工作。

3 设计与构建成果

通过学校网站上来展示三维虚拟校园环境，实现校园地理位

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本文标签： 全景校园进行漫游图片