VR全景圖制作項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)踐

趙智 蔡彬卓 張雷

[摘 要]VR全景圖制作是攝影與無人機(jī)航拍技術(shù)課程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和典型應(yīng)用。論文以VR全景圖制作為例，分析了該教學(xué)內(nèi)容實(shí)施項(xiàng)目化教學(xué)的可行性以及適用性，進(jìn)而將項(xiàng)目化教學(xué)引入VR全景圖制作教學(xué)過程。通過PTGui平臺、小組實(shí)施等方式，學(xué)生能夠進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計、推進(jìn)直至完成，對項(xiàng)目實(shí)施中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了有針對性的解決，保證了教學(xué)過程的順利開展及學(xué)生項(xiàng)目的實(shí)施效果。結(jié)果表明，在VR全景圖制作教學(xué)中引入項(xiàng)目化教學(xué)，有益于提高教學(xué)效果，且學(xué)生對軟件的綜合運(yùn)用能力、項(xiàng)目實(shí)施能力都得到有效提高。

[關(guān)鍵詞]VR全景圖;項(xiàng)目化教學(xué);無人機(jī)航拍;PTGui

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2020）10-0011-03

攝影與無人機(jī)航拍技術(shù)是現(xiàn)代教育技術(shù)專業(yè)的重要課程之一，課程開設(shè)的目的是引導(dǎo)學(xué)生掌握多旋翼無人機(jī)飛行及航拍技術(shù)，并利用無人機(jī)進(jìn)行視頻航拍、照片拍攝及全景制作。課程內(nèi)容包含傳統(tǒng)攝影技術(shù)、無人機(jī)應(yīng)用以及圖像后期處理軟件等方面，綜合性及應(yīng)用性強(qiáng)，涉及多學(xué)科知識，且具有邏輯性及知識連貫性不強(qiáng)、教學(xué)內(nèi)容分散的特點(diǎn)。教學(xué)過程中，學(xué)生普遍反映課程學(xué)習(xí)難度較大、知識點(diǎn)上下關(guān)聯(lián)性差，不易掌握。

項(xiàng)目化教學(xué)是把一個教學(xué)單元作為一個項(xiàng)目，而不是在學(xué)科知識的邏輯中建構(gòu)課程內(nèi)容，課程內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)商業(yè)活動有直接聯(lián)系。李小濤等人[1]提出在STEAM教育中以項(xiàng)目學(xué)習(xí)完成了學(xué)業(yè)，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新能力;胡文超等人[2]研究了項(xiàng)目教學(xué)與產(chǎn)教融合平臺間的關(guān)系，并對兩者間的互動實(shí)效性提出了關(guān)鍵性舉措;楊婷等人[3]在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中采用了項(xiàng)目式教學(xué)，發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)了學(xué)生的工程知識、協(xié)作能力;馮小軍等人[4]、趙茂錦等人[5]對項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計的原則、方法、關(guān)鍵要素及評價進(jìn)行了研究?？梢?，項(xiàng)目化教學(xué)可以讓學(xué)生更好地提高知識應(yīng)用能力、拓展眼界、提高知識綜合運(yùn)用能力。

近年來流行的全景圖片制作軟件有PTGui、Pano2VR等，葉萍萍等人[6]使用PTGui Pro、Pano2VR軟件制作出具有漫游熱點(diǎn)、聲音、文字的三維全景圖，大大加強(qiáng)了與用戶的互動效果;索南尖措等人[7]用Pano2VR軟件及Insta360 Nano全景相機(jī)制作出具有漫游熱點(diǎn)、背景音樂、文字介紹的校園VR全景圖，為人們提供了良好的校園參觀體驗(yàn)。綜合來看，相對于其他全景拼圖軟件來說，PTGui可做很細(xì)致的操控，功能強(qiáng)大，操作簡單，因而得到大量應(yīng)用。

VR全景圖制作是攝影與無人機(jī)航拍技術(shù)課程中的重要知識點(diǎn)，VR全景可作為旅游景區(qū)的全景漫游，以虛擬現(xiàn)實(shí)的方式宣傳景區(qū)，有利于提高景區(qū)的知名度，能夠吸引更多游客，從而促進(jìn)旅游企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。本文以VR全景圖制作知識點(diǎn)為例，引入項(xiàng)目化教學(xué)，以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高工程化實(shí)踐能力及綜合技能。

一、項(xiàng)目化教學(xué)

項(xiàng)目化教學(xué)是指師生通過共同實(shí)施一個“項(xiàng)目”而進(jìn)行的教學(xué)活動。項(xiàng)目本身是以生產(chǎn)一件產(chǎn)品或提供一項(xiàng)服務(wù)為目的的任務(wù)。適合用于開展項(xiàng)目化教學(xué)的項(xiàng)目具有以下特點(diǎn)：一是來源于真實(shí)的生產(chǎn)經(jīng)營活動，與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程或經(jīng)營活動有直接關(guān)系;二是項(xiàng)目能將理論知識和實(shí)踐技能結(jié)合在一起，具有綜合性;三是完成項(xiàng)目具有一定難度，必須結(jié)合項(xiàng)目實(shí)施學(xué)習(xí)新的知識、技能，解決過去未遇到過的實(shí)際問題;四是學(xué)生獨(dú)立（或合作）制訂工作計劃、組織實(shí)施、檢查評估，在實(shí)踐中安排自己的學(xué)習(xí);五是有明確而具體的成果展示，可以評判質(zhì)量優(yōu)劣，師生共同評價工作成果和工作學(xué)習(xí)方法[8]。

二、VR全景圖制作的項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)施

（一）項(xiàng)目化教學(xué)的適用性分析

開展VR全景圖制作知識點(diǎn)教學(xué)的目的是讓學(xué)生能夠獨(dú)立完成全景圖的制作，在教學(xué)過程中能夠生產(chǎn)一件（數(shù)字）產(chǎn)品。教學(xué)內(nèi)容涉及無人機(jī)攝影、圖像處理后期軟件的使用和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等知識與能力，具有綜合性，被廣泛用于旅游景點(diǎn)的宣傳和虛擬漫游，與真實(shí)生產(chǎn)經(jīng)營活動密切相關(guān)，制作過程具備一定難度，學(xué)生需制定工作計劃并組織實(shí)施才能夠更好地完成制作。綜合以上分析可以看出，VR全景圖制作的教學(xué)完全符合項(xiàng)目化教學(xué)的實(shí)施條件。

（二）VR全景圖制作的工具軟件

PTGui制作全景照片包含原照片的輸入、參數(shù)設(shè)置、控制點(diǎn)的采集和優(yōu)化、全景的粘貼、輸出完成全景等過程，通過Panorama Editor直觀調(diào)整水平、垂直、中心點(diǎn)，快捷地制作出炫目的全景圖片，導(dǎo)入照片后配準(zhǔn)鏡頭參數(shù)就可以自動拼接和融合為全景圖像。

（三）VR全景圖制作教學(xué)案例

VR全景圖制作的方法隨著軟件與硬件的發(fā)展而發(fā)生了很大的變化，從使用單目相機(jī)等設(shè)備在固定的角度拍攝多張照片獲取相片素材，像玩拼圖游戲一樣把這些照片拼接成一張全景照片，到用多目全景相機(jī)一次拍下一組照片、用專門的軟件一次生成全景圖，全景圖制作的效率與質(zhì)量都有很大的提高[9]。教師考慮到設(shè)備的易用性和可操作性，在教學(xué)中使用大疆無人機(jī)實(shí)現(xiàn)基本素材的獲?。ú捎么蠼詭У南鄼C(jī)作為拍攝工具），它能夠?qū)崿F(xiàn)拍攝廣闊遠(yuǎn)景，配合全景圖片拼接軟件PTGui來實(shí)現(xiàn)VR全景圖的制作。學(xué)生采取小組團(tuán)隊的形式開展項(xiàng)目，有助于提高設(shè)備利用率和學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)調(diào)能力。

1.獲取照片

以大疆無人機(jī)“御”為拍攝設(shè)備，在手機(jī)APP中打開無人機(jī)控制端軟件DJIGO4，將照相模式設(shè)置為全景照片;選擇合適的地點(diǎn)，將無人機(jī)升空到合適的高度，調(diào)整無人機(jī)至合適角度，按下拍攝按鈕即可自動拍攝一組34張用于拼接的照片。

完成該部分項(xiàng)目任務(wù)是有較大難度的，這也是教學(xué)環(huán)節(jié)中的難點(diǎn)。實(shí)際教學(xué)過程中確實(shí)也有相當(dāng)一部分學(xué)生提出拍攝質(zhì)量不佳、全景效果不好的問題，其主要原因如下：首先，大疆無人機(jī)的內(nèi)置相機(jī)并不是專業(yè)全景相機(jī)，故無法達(dá)到專業(yè)全景相機(jī)的效果;其次，操作者的空間感，包括空間想象能力、構(gòu)圖能力等方面，都會對拍攝效果產(chǎn)生巨大影響。

鑒于此，教學(xué)中必須采取針對性的分析講解及配套的練習(xí)才能幫助學(xué)生得到盡可能好的拍攝效果。

（1）詳細(xì)分析無人機(jī)拍攝全景照片的原理，向?qū)W生強(qiáng)調(diào)拍攝環(huán)境的重要性，包括拍攝高度和環(huán)境因素兩個方面。無人機(jī)鏡頭視角有限，拍攝范圍有限，在選定高度后，上下視角不可能包含所有場景，所以拍攝高度的選取非常關(guān)鍵，必要時還需分段拍攝再按高度合成。為了讓學(xué)生能夠盡快掌握其原理，可先通過手機(jī)中全景圖拍照練習(xí)使用在不同高度進(jìn)行單張全景圖的拍攝，使學(xué)生深刻體會旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)時水平穩(wěn)定性以及拍攝的高度對拍攝效果的影響。環(huán)境因素主要指無人機(jī)拍攝時天氣的因素，拍攝時的風(fēng)速、光線分布情況都會直接影響到拍攝效果。全景拍攝不同于傳統(tǒng)的單張標(biāo)準(zhǔn)幅面相片的拍攝，它的超寬幅度決定了在拍攝時會包含更多的光線信息，如果此時風(fēng)速過快會導(dǎo)致無人機(jī)在空中懸停時出現(xiàn)抖動，在光線不足的環(huán)境下就會拍攝失敗，而光線變化過快或是無人機(jī)鏡頭在旋轉(zhuǎn)拍攝時如果正好遇上逆光，現(xiàn)有民用鏡頭就很難達(dá)到合適的曝光強(qiáng)度調(diào)整及過渡自然的拼接效果。學(xué)生在實(shí)際操作中可盡量選擇無風(fēng)或是微風(fēng)的多云天氣，此時光線過渡自然、無明顯光線突變，無人機(jī)可以穩(wěn)定懸停，有利于提升拍攝效果。

（2）空間感需要學(xué)生在實(shí)踐中反復(fù)地練習(xí)、積累、構(gòu)建。對于不同的拍攝對象，拍攝的高度選擇是不同的，拍攝的高度與場景大小相關(guān)，拍攝場景越大飛行高度就越高，反之亦然。構(gòu)圖反映了作品內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部結(jié)構(gòu)的一致性，由于全景拍攝幅度明顯變大，對構(gòu)圖能力的要求沒有標(biāo)準(zhǔn)幅面相片那么高，但依然要滿足構(gòu)圖的基本形式并靈活使用構(gòu)圖的方法進(jìn)行拍攝，盡可能好地體現(xiàn)出對象的重要方面，這對于旅游宣傳類的拍攝來說尤為重要，可能會直接影響到觀賞者的體驗(yàn)效果。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施中可以通過從不同角度對同一對象進(jìn)行拍攝，后期進(jìn)行小組討論來評判構(gòu)圖的效果好壞。

以上兩個難點(diǎn)，學(xué)生通過反復(fù)嘗試、實(shí)踐、總結(jié)還是能夠基本掌握的，但是要想達(dá)到專業(yè)水平還需花大量時間進(jìn)行積累。畢竟原始素材的獲取對后期編輯起著關(guān)鍵作用，而且操作經(jīng)驗(yàn)、構(gòu)圖能力、用光能力等都只能是在不斷的實(shí)踐中摸索、積累、體會，在反復(fù)嘗試中提高綜合能力。

2.導(dǎo)入原始底片，調(diào)整圖像

啟動PTGui，點(diǎn)擊“加載圖像”，導(dǎo)入上一步獲取的34張照片。在導(dǎo)入照片后若出現(xiàn)顛倒或反向的情況，可以點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)按鈕，調(diào)整到合適方向，調(diào)整圖像順序、對齊等。一般情況下選擇默認(rèn)的設(shè)置就可以滿足大多數(shù)場合的使用。

盡管大多數(shù)學(xué)生可以較為輕松地完成這一操作，但對于操作能力較強(qiáng)的學(xué)生，教師在教學(xué)中可以引導(dǎo)其對全景圖像進(jìn)行深度編輯，包括對圖片的水平、弧度、中軸等進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而進(jìn)一步熟悉軟件功能，以獲得更多的制作效果。

3.創(chuàng)建全景圖，修改缺陷

通過“創(chuàng)建全景圖”功能，軟件自動將單幅照片進(jìn)行拼接，在原素材圖像的文件夾中生成格式為jpg的全景圖。但此時生成的全景圖會有一些缺陷，最常見的就是圖片中的天空部分會出現(xiàn)黑洞，這就需要進(jìn)行有針對性的處理。

學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施中對大多數(shù)步驟完成得較好，但是也反映出不少問題，主要集中在對圖片缺陷問題的處理方法五花八門。這也說明VR全景制作對學(xué)生的綜合運(yùn)用能力有較高要求。劉鑫國[10]使用Photoshop中的濾鏡工具實(shí)現(xiàn)了多種圖片特效，劉鶴楠[11]利用色彩范圍摳圖法等方法成功地對復(fù)雜圖像進(jìn)行了處理。因此，教師在教學(xué)中可以適當(dāng)?shù)貙D像處理方法進(jìn)行講解，比如針對圖片出現(xiàn)黑洞的問題，可以使用Photoshop印章工具或是濾鏡進(jìn)行處理。

該環(huán)節(jié)會涉及多工具的使用，部分學(xué)生會受到軟件操作不熟練、前期基礎(chǔ)較差等的影響，不容易獲得較好的全景圖片輸出效果。教學(xué)中應(yīng)該多注意觀察學(xué)生的實(shí)時制作效果，在效果不理想時給學(xué)生更多的鼓勵和指導(dǎo)，增強(qiáng)學(xué)生的信心。

4.上傳、設(shè)置、分享全景圖

為生成可在手機(jī)端瀏覽的VR全景圖，需將全景圖上傳到“720云全景虛擬現(xiàn)實(shí)社區(qū)”。然后引導(dǎo)學(xué)生注冊、登錄網(wǎng)站，在其主界面上將前期制作完成的全景圖逐一上傳，生成VR全景圖，通過網(wǎng)站生成該全景圖的二維碼和鏈接地址以供訪問。

以上操作完成后，學(xué)生基本可以實(shí)現(xiàn)簡單的VR全景圖的制作。學(xué)有余力的學(xué)生還可以在網(wǎng)站上進(jìn)行深度編輯。教師在教學(xué)中可以引導(dǎo)學(xué)生通過對“作品管理”“視角”“熱點(diǎn)”等操作，在作品中插入音樂、場景鏈接、圖片鏈接、視頻等內(nèi)容，進(jìn)一步豐富全景圖內(nèi)容，提高可觀賞性。

（四）教學(xué)反思

通過項(xiàng)目化教學(xué)能夠讓學(xué)生不同程度地完成VR全景圖制作，體驗(yàn)到項(xiàng)目實(shí)施帶來的動力感。采用無人機(jī)航拍獲取原始圖片，完成的VR全景圖作品具有“全視角、真實(shí)景、高清晰、可互動”的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)景漫游——上下左右共720度全視角的觀看效果，該效果無視角盲點(diǎn)，觀看者猶如置身情境之中，立體真實(shí)，用鼠標(biāo)進(jìn)行任何方向的拉動都能觀看得到。學(xué)生對于全景制作的效果比較激動，項(xiàng)目進(jìn)行中團(tuán)隊成員的分工合作提高了學(xué)生的組織能力與團(tuán)隊合作能力。在多軟件綜合運(yùn)用方面，學(xué)生也能體會到不小的壓力，這有助于提高學(xué)生對相關(guān)課程的學(xué)習(xí)積極性。對于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，教師可以在教學(xué)中引導(dǎo)其將項(xiàng)目中獲取的照片由3DMAX三維設(shè)計軟件渲染輸出系列單幀效果圖[12]，從而生成應(yīng)用于設(shè)計領(lǐng)域的高質(zhì)全景圖。

三、結(jié)語

VR全景圖制作是攝影與無人機(jī)航拍技術(shù)課程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本研究對比了項(xiàng)目化教學(xué)在VR全景圖制作知識點(diǎn)中的適用性，并成功地將其引入教學(xué)中。根據(jù)項(xiàng)目主題，學(xué)生借助PTGui平臺，通過照片獲取、圖片處理而完成整個全景圖制作，教學(xué)過程以小組的工作方式實(shí)施，從整個項(xiàng)目的方案設(shè)計、前期信息的收集、項(xiàng)目的具體推進(jìn)直至最終完成項(xiàng)目作品，每一個環(huán)節(jié)既發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，同時也促進(jìn)了學(xué)生責(zé)任感和協(xié)作精神的形成。教學(xué)實(shí)踐證明，靈活有效地開展項(xiàng)目化教學(xué)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其獨(dú)立決策、解決專業(yè)實(shí)際問題的能力。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 李小濤，高海燕，鄒佳人，等.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的STEAM教育到創(chuàng)客教育之變遷：從基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)到創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2016（1）：28-36.

[2] 胡文超，陳童.項(xiàng)目教學(xué)與產(chǎn)教融合平臺建設(shè)的互動關(guān)系研究[J].高等工程教育研究，2016（6）：118-121.

[3] 楊婷，劉沛津，彭莉峻.CDIO模式下電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目式教學(xué)研究與探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018（2）：212-215.

[4] 馮小軍，趙鵬飛，陳秀虎，等.課程項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計的原則與方法[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2016（5）：33-36.

[5] 趙茂錦，李振陸.項(xiàng)目教學(xué)法設(shè)計的關(guān)鍵要素及評價[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2017（8）：47-50.

[6] 葉萍萍，羅宏.基于PTGui Pro、Pano2VR的三維全景圖制作方法與應(yīng)用[J].城市勘測，2012（4）：66-69.

[7] 索南尖措，陳家威.基于Pano2VR的校園VR全景圖制作方法與應(yīng)用[J].計算機(jī)時代，2018（11）：70-72.

[8] 蔡芹.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)施的出發(fā)點(diǎn)、要點(diǎn)及路徑[J].教育與職業(yè)，2019（3）：53-56.

[9] 喬國臻，張茹涵，趙國梁.基于HTML5的虛擬校園三維漫游系統(tǒng)研究[J].測繪技術(shù)裝備，2018（1）：33-36.

[10] 劉鑫國.濾鏡特效在Photoshop中的應(yīng)用[J].信息與電腦（理論版），2016（6）：129.

[11] 劉鶴楠.Photoshop在復(fù)雜圖像處理與摳圖中的應(yīng)用研究[J].軟件，2018（12）：191-193.

[12] 周潔.基于3ds MAX的室內(nèi)全景效果圖制作技術(shù)分析[J].信息記錄材料，2019（9）：239-240.

[責(zé)任編輯：龐丹丹]