基于PTGui的VR全景校园漫游系统的设计与应用

【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“PanoramaToolsGraphicalUserInterface”，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”（ControlPoint）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（VirtualReality），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