基于实景模型与全景的导览系统设计与开发
针对实景模型与全景数据不能很好融合的问题，以“中央企业双创工作成就展”室内外展厅导览为例，本文提出一种基于Cesium平台构建室内外一体化导览系统的方法，将实景模型与全景数据进行融合，实现模型信息查询、定点导览、媒体播放等功能。结果证明，实景模型与全景融合的导览系统可视化效果良好，为室内外场馆一体化展示提供了一种更为丰富、美观的展示信息的方法。面向大众、服务大众是倾斜摄影测量技术的重要应用方向之一。通过快速三维实景模型构建，可以将用户引入符合人眼视觉的真实直观世界; 虚拟现实技术则是仿真技术中极为重要的一个技术手段，它可以模拟出动态的三维立体逼真图像，给人们以更好的观感体验。随着测绘产业的不断发展升级，用户对于可视化服务的要求也越来越高，虚拟现实技术可以很好地弥补三维建模贴图观感效果差的缺点。龚琪慧等人通过将全景图集成在GIS平台中制作了三维漫游场景，具有很好的漫游交互体验。对于如何结合三维实景模型与虚拟现实技术的优点，目前还缺乏相关的应用研究。本文针对这一问题，提出了实景模型与全景数据融合的一体化导览方法，并将成果应用于“中央企业双创工作成就展”中，为双创展提供了一个智慧展厅，为室内外展厅的导览提供了一种新的解决方法，使用户可以得到更具沉浸式的可视化体验，对于将测绘地理信息数据与前沿技术数据的结合具有一定的参考意义.
一、数据获取及处理
1．1倾斜影像获取及三维重构
利用测绘倾斜摄影测量技术，通过载人飞行平台搭载多镜头航摄仪，采集具有高重叠度、大像幅等特点的二维影像数据，基于多GPU和多核CPU加速的建模方法，生成三维实景模型。采用多任务分发的模式，利用集群子节点协同工作，
可提高建模效率，实现三维实景模型快速重构。对于质量不合格的模型，进行重建; 对易于修补的现象的模型，对模型几何结构进行修补并重新映射纹理，使其达到使用要求。
1．2全景漫游影像制作
根据一体化导览系统设计要求，首先对采集点进行分析，选择合理的位置点，利用单反相机采集静态二维影像数据，通过柱面投影、反投影、基于柱面坐标的快速拼接，完成全景图的整合，并且采用XML来更好地组织虚拟全景空间; 标记漫游热点用以实现多地点的切换。
二、一体化导览系统设计
2．1系统平台选取
Web GIS的发展，使得浏览体验摆脱了传统客户端的限制，走向了轻量化与定制化服务的方向。常用的三维Web GIS的搭建方法有以下几种:1) 利用浏览器插件实现。在这种模式下，很多公司推出特定的浏览器插件来辅助实现三维Web GIS。如Sky-line的Terra Explorer及Google Earth Web Plugin插件等。2) 基于X3DL的实 现 方 法。 X3DL是 标 准 的 基 于XML的文件格式，用于在计算机上呈现三维图形，并且扩展了VＲML的一些特性，便于开发人员使用。3) 基于Cesium的开源Java Script库实现。Cesium作为世界上最大的3D地球开源库，能够加载并渲染海量三维实景模型，加载速度快、效果好，是三维Web GIS最常用的搭建方式之一。并且Cesium支持绝大多数浏览器和Mobile。本文选择第3种方式，利用Cesium做为开发平台，对地形等高程数据进行切片处理，建立基于四叉树的金字塔模型，对倾斜摄影三维实景模型数据进行多层级LOD模型生成，并对模型做单体化处理，结合HTML及Web GL技术，搭建一体化导览系统。Cesium可以在没有任何插件Web浏览器上创建虚拟3D地球仪，并采用Web GL来进行硬件加速图形化。它使用本机的硬件进行图形渲染，通过Open GL接口实现，因此Web GL可以在不同的硬件设备上运行。
2．2系统总体结构
对系统的总体结构设计分3个层级: 数据层、Web服务层以及表现层。数据层内容主要涵盖了元数据的获取以及数据处理、数据入库等方面。其中元数据主要包括多视影像数据、全景漫游数据、空间及属性信息数据以及多媒体数据等相关业务数据; 数据库建设主要通过相关软件实现3D数据库、全景漫游数据库以及已有业务成果数据库的建立。Web服务层选用Apache Tomcat作为Web应用服务器。表现层是一体化导览客户端所处层面，用户通过各自设备所安装浏览器，如Firefox、Chrome等即可访问系统界面。客户端通过发送Ajax请求从服务器端获取数据，借助canvas绘制三维环境，利用Cesium对三维数据进行加载渲染。
2．3系统功能设计
系统的功能设计主要包括3块: 模型信息查询模块、虚拟全景漫游模块、热点导览模块。模型信息查询模块，在建模的时候对生成的模型进行模型优化，并剪裁输出。通过模糊查询即可找到相关模型，并显示该模型详细信息，同时在信息栏中添加全景漫游入口，用户可选择与全景漫游联动进行导览，进一步提高交互体验感。虚拟全景漫游模块，可在系统中通过全景导览入口进入虚拟全景漫游子系统，实现各展厅三维虚拟全景数据快速浏览; 子系统中包括了多媒体播放以及文字说明，带给用户沉浸式的观感。热点导览模块主要实现了用户可自主选择导览方式，其中包括两类导览方式: 一类为路线式导览; 另一类为热点式导览。系统为所有展区布设导览路线，通过路线可以在虚拟全景中浏览展厅模型; 同时，还在虚拟全景中制作了地图导航，添加了模型热点，点击热点即可跳转到该模型区位。
三、系统交互展示
系统搭建完成后，对系统进行整体调试，主要针对数据加载速度、抛出BUG异常、浏览器兼容性等问题进行全面的测试，对出现的数据加载问题进行数据库结构优化;对于运行过程中出现奔溃以及浏览器兼容性等进行调试，完成系统修复，最终测试结果显示，系统初步实现了实景模型与全景导览数据的融合，运行稳定，海量数据加载速度快、效果好，能够流畅稳定地运行在Edge、Chrome、Firefox等浏览器，兼容性良好。系统在交互展示上，通过加载海量虚拟地理环境和添加三维实景模型，实现用户通过点击三维实景模型上的目标标记，即可查看该模型信息，或在编码查询中输入关键字进行模糊查询，完成对模型信息精准显示。系统使用异步加载三维实景模型及全景数据的方式可以极大地缩短用户等待时间，提高可交互性。在系统总体导航平面图上选择热点模型进行导览。也可以根据用户需求，在系统预设路线上进行虚拟全景漫游。
四、总结
通过倾斜摄影测量技术实现实景模型的快速重构，为用户提供了全要素、全纹理的空间数据，具备了特有的空间展示功能和表达能力，相比传统手工建模产生的虚拟三维模型，具有现势性强、纹理逼真、精度高等优点。实景模型数据与全景数据的初步融合，给用户提供的信息不再是传统三维信息，而是给用户带来具有遥感影像动态视频、文字说明的沉浸式信息。在本文中，我们通过构建数据尺度大、分布式的三维Web GIS，创建了实景模型与全景导览数据动态交互的虚拟环境，为测绘地理信息数据提供了一种全新、直观、形象的展示方式，具有一定的参考价值和发展前景。