結(jié)合三維實(shí)景VR的科普基地WebGIS研究與應(yīng)用

許開行 張洪吉 譚小琴 陳建華

摘 ?要：三維實(shí)景VR技術(shù)作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)分支，因其具有立體感強(qiáng)、沉浸感好、交互性好等優(yōu)點(diǎn)而深受大眾喜愛。而利用Web技術(shù)來擴(kuò)展和完善GIS的WebGIS也是一種大眾頻繁使用的獲取及展示信息的技術(shù)。文章在詳細(xì)介紹兩種技術(shù)的基礎(chǔ)上分析總結(jié)了將三維實(shí)景VR技術(shù)與WebGIS結(jié)合的可能性和必要性，并對(duì)此進(jìn)行了實(shí)踐，構(gòu)建并開發(fā)了一個(gè)信息資源多維度展示的綜合性平臺(tái)用于四川省科普基地資源的展示與管理，在增強(qiáng)用戶觀賞體驗(yàn)的同時(shí)也使得上級(jí)管理者足不出戶就能對(duì)科普基地資源有更加真實(shí)的了解。最后對(duì)未來全景與WebGIS結(jié)合的方向提出了展望。

關(guān)鍵詞：WebGIS;實(shí)景VR;漫游系統(tǒng);Krpano

中圖分類號(hào)：TP311.5 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）35-0183-02

Abstract： As a branch of virtual reality technology， three-dimensional real VR technology is popular with the public because of its strong three-dimensional sense， good immersion， good interaction and so on. The use of Web technology to expand and improve the GIS WebGIS is also a frequently used technology to obtain and display information. On the basis of introducing the two technologies in detail， this paper analyzes and summarizes the possibility and necessity of combining 3D real VR technology with WebGIS， and puts it into practice. A comprehensive platform for multi-dimensional display of information resources is constructed and developed for the display and management of science popularization base resources in Sichuan Province. While enhancing the user viewing experience， it also enables the superior managers to have a more real understanding of the resources of the popular science base without leaving the house. Finally， the direction of the combination of panoramic view and WebGIS in the future is put forward.

Keywords： WebGIS; real scene VR; roaming system; Krpano

1 概述

三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)（Three Dimensional Panorama），又稱虛擬現(xiàn)實(shí)全景，是基于拍攝的靜態(tài)真實(shí)場景的全景圖像來構(gòu)建虛擬空間的一種技術(shù)，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)分支，也是一種計(jì)算機(jī)新視覺技術(shù)[1]。其實(shí)現(xiàn)原理是通過水平和垂直環(huán)繞事物對(duì)象360度拍攝的一組或多組重疊率不低于70%的照片，然后利用圖像拼接算法拼接成一張全景二維圖像，再將全景二維圖像進(jìn)行投影透視變形變換到球體、柱體等幾何體表面上面，以此來達(dá)到模擬真實(shí)三維場景空間的能力，最終通過計(jì)算機(jī)技術(shù)及專門的全景顯示技術(shù)[2，3]（即根據(jù)用戶的交互操作計(jì)算呈現(xiàn)不同的視角）在互聯(lián)網(wǎng)上播放全景，使用戶通過窗口瀏覽就能有身臨其境的觀賞體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)全方位互動(dòng)式觀看真實(shí)場景。三維實(shí)景VR技術(shù)由于其相對(duì)于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)三維建模具有更簡單地表達(dá)真實(shí)復(fù)雜場景的優(yōu)勢，相對(duì)于二維圖片的表達(dá)具有更直觀、真實(shí)、交互好、制作周期短、文件格式多樣以及便于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，常常被用在各行各業(yè)的產(chǎn)品或場景展示中[4]。而WebGIS作為互聯(lián)網(wǎng)與地理信息系統(tǒng)的結(jié)合，是傳統(tǒng)的GIS在網(wǎng)絡(luò)上的延伸和發(fā)展。通俗的來說就是將GIS（地理信息系統(tǒng)）這門學(xué)科所能提供的功能，以B/S方式提供給用戶，使用戶只需要在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器上便能使用這些服務(wù)的一個(gè)GIS應(yīng)用方向。WebGIS極大的方便了我們對(duì)地理信息的獲取和理解。

2 系統(tǒng)開發(fā)背景

在飛速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖象處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的支持下，與三維全景技術(shù)有關(guān)的全景圖像采集設(shè)備、全景圖像拼接算法、全景圖像瀏覽顯示軟件等也如雨后春筍般迸發(fā)。WebGIS 技術(shù)的發(fā)展成熟也為全景技術(shù)提供了一個(gè)發(fā)展方向，即結(jié)合web地圖、三維全景、數(shù)據(jù)庫等實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)地理信息的強(qiáng)化表達(dá)[5]。網(wǎng)絡(luò)速度的提升，豐富多彩的技術(shù)發(fā)展引領(lǐng)了新的視覺展示藝術(shù)也使得人們對(duì)信息呈現(xiàn)形式有了新的需求[6]。觀之現(xiàn)有的一些三維全景的應(yīng)用案例大多都是單獨(dú)的全景展示，沒有全景的制作編輯功能。而有些全景和地圖結(jié)合的應(yīng)用實(shí)質(zhì)也是全景與GIS分離，沒有真正做到二維地圖與三維全景的聯(lián)動(dòng)，為了更好的用戶體驗(yàn)，我們不僅要讓用戶知道事物對(duì)象在哪里，還要讓用戶真實(shí)的感受到那里到底是怎么樣的。也就是說我們應(yīng)該將空間信息和屬性信息疊加在一起，以更直觀豐富的形式呈現(xiàn)給用戶，便于用戶的理解，這樣才是用戶想要的。因此構(gòu)建并開發(fā)一個(gè)綜合地理空間和屬性信息的信息多維展示與管理平臺(tái)值得我們研究、實(shí)踐。

3 系統(tǒng)構(gòu)建原理

為了對(duì)科普基地資源進(jìn)行更好的宣傳與展示，結(jié)合三維全景VR技術(shù)和WebGIS技術(shù)構(gòu)建科普基地資源信息展示與動(dòng)態(tài)管理平臺(tái)。綜合考慮可操作性、開源性，平臺(tái)采用HTML5+C#+Krpano+高德地圖API+Postgres數(shù)據(jù)庫+云服務(wù)器技術(shù)鏈搭建[7]。Krpano作為一款輕量化的全景漫游制作工具，兼容HTML5和Flash，支持WebGL下的全景展示[8]。將Krpano、高德地圖API和數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一集成，在管理者后端頁面進(jìn)行地理位置信息數(shù)據(jù)、文字圖片屬性信息數(shù)據(jù)的上傳、制作三維全景等操作，將一個(gè)基地的所有信息規(guī)整為一個(gè)條目存入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。然后前端展示頁面通過請(qǐng)求服務(wù)器數(shù)據(jù)和三維全景顯示技術(shù)呈現(xiàn)所有信息。

4 系統(tǒng)展示

4.1 三維全景的制作

對(duì)于三維全景的制作，系統(tǒng)采用引導(dǎo)式流程設(shè)計(jì)和靈活化管理，讓用戶不需具備專業(yè)知識(shí)便可進(jìn)行各種數(shù)據(jù)信息的上傳、整理并發(fā)布。用戶將采集的科普基地圖像信息和一些基本信息在后臺(tái)頁面上傳之后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成全景并保存，一個(gè)基地的所有信息為一個(gè)條目存入數(shù)據(jù)庫。隨后呈現(xiàn)給用戶一個(gè)全景編輯頁面。通過提供的菜單即可給要呈現(xiàn)在前臺(tái)頁面的前端全景進(jìn)行后續(xù)的全景管理、導(dǎo)航點(diǎn)管理、熱點(diǎn)管理等交互設(shè)置。

4.2 三維全景VR與Web地圖集成

前端展示頁以高德地圖API提供的二維Web地圖為載體，在呈現(xiàn)基本屬性信息的基礎(chǔ)上將三維全景嵌入，以特殊的全景點(diǎn)標(biāo)注形式在二維地圖上標(biāo)注地理空間位置，以點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)的方式轉(zhuǎn)換到三維全景顯示界面，全景瀏覽窗口也有導(dǎo)航圖指示對(duì)應(yīng)真實(shí)場景的空間位置。用戶在三維全景界面可以進(jìn)行文本熱點(diǎn)及音、視頻熱點(diǎn)的查看等更多良好的交互體驗(yàn)。最終實(shí)現(xiàn)從多維展示多種信息，便于用戶的理解，提高了觀賞性。

5 結(jié)束語

通過將三維實(shí)景與WebGIS集成的方式，構(gòu)建一個(gè)多維度的科普基地資源信息展示與管理平臺(tái)能更好的對(duì)科普基地資源進(jìn)行科普和管理，一方面游客用戶通過網(wǎng)絡(luò)就可以真實(shí)的感受到基地資源的真實(shí)情況，增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)的同時(shí)也起了更好宣傳作用;另一方面，管理者不用實(shí)地考察也能及時(shí)的了解基地各方面情況，方便了資源的管理。此系統(tǒng)是將三維實(shí)景VR與WebGIS結(jié)合的一種很好的嘗試。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的繼續(xù)火熱發(fā)展，不管是在網(wǎng)頁端的還是移動(dòng)手機(jī)端，結(jié)合GIS的VR技術(shù)將會(huì)是場景信息展示的一種更佳選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙振峰.基于HTML5的景區(qū)多維展現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].青島理工大學(xué)，2016.

[2]Campos， Gustavo & Nunes， Luccas & Peres Arruda， Luciano & Teixeira， Paulo & Amaral， Guilherme & Junior， Wilson. CURRENT PANORAMA OF ANTERIOR CRUCIATE LIGAMENT RECONSTRUCTION SURGERY IN BRAZIL[J]. Acta Ortopédica Brasileira， 2019，27（3）：146-151.

[3]Panorama[J].psychopraxis. neuropraxis， 2019，22（5）：192-193.

[4]王延朝.基于Krpano的三維全景系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用[D].華東師范大學(xué)，2012.

[5]殷騰箐，仲偉凡，張笑楠.基于Krpano的全景技術(shù)在灘涂資源管理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].浙江水利科技，2017，45（03）：89-91.

[6]孫磊.全景制作平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安電子科技大學(xué)，2014.

[7]王玉瓊.三維全景漫游技術(shù)及應(yīng)用研究[D].云南財(cái)經(jīng)大學(xué)，2013.

[8]梁棟.基于HTML5的校園全景漫游系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].四川師范大學(xué)，2015.