张晨辉

(济南市勘察测绘研究院，山东 济南 250101)

1 引 言

历史建筑是一个民族，一座城市的生动面孔，也是生活在历史之中的一部分人的共同记忆和身份凭据。随着城市规划发展越来越快，历史建筑保护问题就显得越来越迫在眉睫。济南是国务院1986年公布的国家历史文化名城，2018年1月29日，济南公布了第一次历史建筑普查名单，共366处历史建筑，现有历史建筑展示主要有图片、视频、网页等常规方式，这些方式存在效果不够震撼、无交互性等问题。随着科技的发展，三维全景技术逐渐发展起来，三维全景技术则是利用实景历史建筑照片建立虚拟环境，按照现状照片采集→图像处理→全景拼接→场景发布→地图标注的模式来完成历史建筑虚拟现实的创建，该技术简单实用，使用户足不出户即可身临其境，感受历史建筑的720°风貌。因此，本文通过三维全景技术，辅以电子地图、HTML技术，综合、全面、立体形象地展现济南历史建筑风采。

2 关键技术

2.1 全景图拼接技术

本文使用PTGui Pro来进行济南历史建筑全景图拼接，该软件将拍摄的每个场景不同视角的鱼眼照片拼合为一张全景图。拼接过程中适当添加控制点，确保鱼眼照片之间连接正确、不错位。拼接完成后使用PTGui Viewer软件对全景图进行浏览检查。

2.2 全景图像转换应用技术

本文使用Pano2VR来进行济南历史建筑全景图像的漫游、发布等。该软件把全景图片转换输出成HTML5格式的网页，转换过程中可定制各种皮肤以及热点跳转，经纬度添加等功能。用户可通过手机、电脑等设备点击随时随地观看。

2.3 电子地图、HTML技术

本文发布的济南历史建筑全景图网页文件，通过调用百度地图API，将历史建筑的实际地理位置进行地图标注。用户可通过点击标注，了解历史建筑的基础信息、周边搜索和三维全景导览，并查询指定位置到当前历史建筑的路线规划。

3 全景地图制作流程

全景地图的主要内容为各个历史建筑的全景导览数据，以文件夹形式进行存储与管理，并将其配置到地图上。地图全景导览的建设流程包括现状照片采集、图像处理、全景拼接、场景发布、地图标注。下面分别对各工序的工作方法进行简要说明。

3.1 现状照片采集

全景图拍摄采用的设备为单反相机、鱼眼镜头、云台和三脚架。为保证优秀的展示效果，每个历史建筑选取6个～8个场景，综合拍摄建筑内部结构及周边环境；单个场景拍摄10张～12张现状照片，复杂环境适当增加照片拍摄数量。全景数据采集如图1所示，拍摄流程如下：

(1)使用全景云台及配备鱼眼镜头的单反相机，在预规划好的历史建筑全景点位处进行架设，三脚架调整水平，保证每一处历史建筑图片都是在同一水平状态下拍摄。

(2)拍摄时采用360°旋转相机机身、每隔20°拍摄一张照片的方式进行，单个全景点拍摄照片数量提高到20张左右。水平全景拍摄完毕后，原地旋转相机，拍摄2张天空全景、2张地面全景；移动三脚架，另外拍摄一张不同位置处的地面全景，用于后期的补地处理。拍摄完成后回溯检查，确保照片拍摄质量满足要求，无逆光、虚化、失真等问题照片出现。

(3)移动相机，完成历史建筑其余全景点位的拍摄。

(4)全景数据采集完成后，换用普通镜头的单反相机，对历史建筑入口、建筑主体进行现状照片拍摄，作为建筑图文简介的原始图片素材。

图1 全景数据采集

3.2 图像处理

使用Adobe Photoshop软件，对采集获得的现状照片进行后期处理，如图2所示，主要处理内容包括：匀光匀色、畸变处理、图像校正、杂物消除等，确保处理后的图片图像清晰、构图匀称，同一场景及同一建筑色调柔和相似，可用于后续的图像拼接及全景制作工序。

图2 全景图像处理

3.3 全景拼接

全景拼接基于PTGui Pro软件进行，用于将单个全景点位拍摄的全部局部全景照片(包括平面全景、天空全景及地面全景)拼合为一张全景图。拼合后的全景图可以直接通过全景图片浏览软件加载展示，呈现以拍摄点位为中心720°全景展示效果。主要流程如下：

(1)打开PTGui Pro软件，统一加载单个全景点位拍摄的全部全景照片，如图3所示。

图3全景照片加载

(2)软件自动根据全景点照片内容进行自动匹配对准。在自动匹配的基础上，通过控制点功能页，为未能准确匹配、或对准出现错误的相邻照片添加控制点，如图4所示。为保证对准效果，相邻两张全景照片之间的控制点应在3个以上，且尽量保证控制点在照片中分布均匀。

(3)通过编辑工具，对地面全景照片中的三脚架支架、入镜的拍摄人员进行消隐。调整不同地面全景照片在拼合图中的位置及拉伸状况，在保证相邻地面纹理对接无纰漏的基础上，覆盖局部消隐导致的画面空白，确保拼合后的全景图地面完整。

图4添加控制点

(4)使用全景图创建功能，对拼合完成后的全景图进行创建输出，完成单个全景点的全景图拼接工作，如图5所示。

图5 全景图拼接成果

3.4 场景发布

基于Pano2VR软件，对单个历史建筑涉及的全部全景图像进行集成，创建用户交互按钮及全景场景热点跳转，并完成场景发布。主要流程如下：

(1)全景数据加载。以历史建筑为单位，将该建筑全部全景点位拍摄拼接完成的全景图像导入Pano2VR软件。

(2)基于不同场景之间的位置交互关系，添加不同场景点之间的跳转热点，设置跳转后下一场景的视角范围。

(3)创建场景交互皮肤。主要包括三个部分：功能按钮区、场景缩略图区、导航区，另外还包括热点皮肤、热点说明文字等内容的设置。

①功能按钮区：

如图6所示，提供空中全景跳转、镜头左移、镜头上移、镜头下移、镜头右移、视角放大、视角缩小、自动旋转控制、缩略图控制按钮。场景发布完成后，用户可以通过手指(或鼠标)点击按钮的方式实现对应功能的应用。

图6 功能按钮

②场景缩略图区

通过功能按钮区的缩略图控制按钮，实现场景缩略图区域的显示与隐藏，如图7所示。

本区域以缩略图形式对当前历史建筑的主要全景点位进行了整理展示，供用户浏览查看。各个缩略图添加对应的场景跳转动作设置，场景发布完成后，用户可以通过手指(或鼠标)点击缩略图的形式，实现到指定场景的快速跳转。

图7 场景缩略图区

③导航区

如图8所示，整理各个历史建筑的顶部航拍图，作为导航区底图。对历史建筑的各个全景点位进行图上标注，同时设置位置热点，并预设跳转动作及跳转后视角。场景发布完成后，用户可以通过手指(或鼠标)点击导航区图上定位点的形式，实现到指定场景的快速跳转。

图8 导航区

④场景发布

设定首页全景，设置全景自动旋转速度，添加对应历史建筑的语音导览文件(MP3格式)作为背景音乐并循环播放，以html格式对全景场景进行发布。

3.5 地图标注

首先通过外业测绘，测出各个历史建筑精确坐标，并转换成百度坐标。如图9所示，调用百度地图API，图上标注历史建筑具体位置，使用InfoWindow信息窗口，展示历史建筑文字简介、图片、全景超链接、周边搜索、导航等功能信息。用户可通过地图实现历史建筑全景浏览以及其他各类信息资料展示，提升了历史建筑展示效果。

图9 地图标注

4 制作难点和关键点

4.1 全景图扭曲

外业人员通过鱼眼镜头拍摄历史建筑照片，数据处理人员进行全景照片拼接过程中，合成照片经常会出现房屋不正、树木不直等扭曲现象，产生扭曲的原因一般是拍摄时三脚架水平没有校正，对于空中全景，因为风力也会引起无人机姿态的不水平而可能导致最终拼接画面扭曲，当然有时也会因为环境影响而拼接后扭曲。如果数据处理人员没有注意到这一细节而进行后续的拼接、美化，等质检人员检查出问题，就要重新拼接，造成很大的工作量。

针对上述问题，数据处理人员在使用PTGui Pro软件进行全景拼接过程中，首先须进行数字校正，保持主要建筑横平竖直，如图10、图11所示，然后再进行后续的拼接、美化工作。

图10 数字转换

图11 数字校正前后对比

4.2 全景图拼接错位

数据处理人员进行全景照片拼接过程中，合成照片经常会出现斑马线、房屋、树木、电线杆等拼接错位问题，如图12所示。导致错位问题的原因主要是拍摄过程中镜头的节点不准确造成的。

图12 近景拼接瑕疵

针对上述问题，解决方法有很多，比如在PTGui Pro软件中手工在错位处加控制点，比如勾选视点矫正等等。最有效的处理方法是使用PTGui Pro软件中的模板工具，该工具通常用于修改局部瑕疵，模板处理的原则是把瑕疵留给天空和远方。

由于节点的误差，错位有可能出现在任何部位，节点误差对近景影响大，而景物越远，错位渐小。用蒙版将接缝安排在远景。图13是一个典型的十字路口，东西南北四条马路可由近而远。通过红绿蒙版的组合应用，将接缝避开了近景，而将这些接缝留给了天空和远方(图13箭头指处)。尽量使景物中的历史建筑主体保持完整，在一幅鱼眼图中，比如一幢大楼，地面上的十字标识等。而天空、江河湖海、草地沙滩、柏油马路、不规则纹理的墙壁、森林等等，都可以容错。

图13 蒙版拼接技巧

5 总 结

全景地图技术是目前迅速发展并逐步流行的一个虚拟现实分支，本文采用PTGui Pro和Pano2VR工具将实地拍摄获取的历史建筑照片发布成全景效果，通过调用百度地图API，将历史建筑的实际地理位置进行地图标注，结合历史建筑各类信息资料，展现给用户。该技术可实现历史建筑虚拟观看，免受时间与空间的限制，是一种新型历史建筑保护手段。