Виртуальные модели являются новой и очень эффектной услугой на рынке IT-технологий и, безусловно, привлекают интерес большого количества людей. Кроме того, использование виртуальной модели позволит позиционировать образовательное учреждение или любую другую компанию как современную организацию, которая выгодно выделяется в своей сфере деятельности.

Представляемая здесь виртуальная модель – это и рекламный продукт, и инструмент познания, созданный для кафедры кибернетических систем Института геологии и нефтегазодобычи Тюменского государственного нефтегазового университета. Модель имеет уникальный дизайн и включает в себя ряд сферических панорам с возможностью перехода из аудитории в аудиторию, с этажа на этаж. Благодаря этой системе пользователь буквально перемещается в заданное панорамой место. Он может побродить по коридорам института, посетить лаборатории и лекционные кабинеты, ознакомиться с данными сотрудников кафедры, получить информацию о направлениях подготовки и, например, определиться со специальностью, которую абитуриент хочет получить в процессе обучения на кафедре кибернетических систем.

Самое главное преимущество виртуальной модели – интерактивность. Она позволяет пользователю не просто пассивно наблюдать, но и активно участвовать.

Целью данной работы является создание виртуальной модели кафедры кибернетических систем с использованием необходимых программных и технических средств.

На подготовительном этапе для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

– изучить программные пакеты, знание которых потребуется для создания виртуальной модели, например такие как: PTGui, Tourweaver, Adobbe Photoshop CS6;

– приобрести или взять в аренду техническое оборудование, такое как: фотоаппарат, светосильный сверхширокоугольный полноформатный объектив типа диагональный «рыбий глаз», штатив;

– произвести фотосъемку всех необходимых помещений;

– собрать необходимую информацию о сотрудниках и выпускниках кафедры, о материально-технической базе кафедры, о направлениях подготовки бакалавров, магистров и аспирантов;

– получить письменные согласия сотрудников кафедры на публикацию их персональных данных и другой информации;

Перед началом работы по созданию виртуальной модели кафедры были проанализированы несколько существующих систем и опыт по созданию распределенных тренажерных систем [1]. При этом особый интерес представляли такие критерии, как реализация переходов между панорамами и подача информации различными способами (визуальная и звуковая).

После произведенного сравнительного анализа существующих моделей было принято решение реализовать следующие возможности и окна: создание окна с основами управления; возможность перехода непосредственно по точкам на панораме; возможность переключаться между панорамами в специальном меню; использование карты и радара для навигации; использование общей информации об аудиториях и информации о профессорско-преподавательском составе, сделав для этого отдельные меню; возможность вызывать аудио и текстовую информацию с помощью клавиш управления. Таким образом, данная работа должна отвечать всем требованиям заказчика и являться самостоятельной работоспособной системой, готовой к внедрению, и использоваться как рекламный продукт. Данную модель можно дополнять различными данными и изменять по мере необходимости. Всю работу было решено разделить на четыре шага.

Шаг первый – создание структуры системы.

Для наглядности все переходы между панорамными изображениями, а также переходы по кнопкам через панорамные изображения, включая кнопки и информационные функции, собраны в общую структуру системы, представленную на рис. 1.

Рис. 1. Общая структура виртуальной модели кафедры кибернетических систем

Шаг второй – обоснование выбора программных пакетов.

Для достижения основной цели работы необходимо выбрать программные пакеты для реализации таких этапов работы, как:

– «сшивка» панорамных изображений;

– обработка (художественная, профессиональная) снимков;

– создание виртуальной модели.

Для реализации этапа «сшивки» были определены следующие дополнительные критерии:

1. Максимальное разрешение загружаемых в программу фотографий.

2. Изменение формы представления панорамы.

При выборе программного пакета для обработки снимков основным и самым важным критерием является поддержка плагина Camera Raw с целью ручной обработки снимков. Также немаловажными критериями будут:

1. Поддержка сохранения для web.

2. Возможность создания шаблонов.

Самым серьезным этапом является выбор программного пакета для создания виртуальной модели, так как именно этот этап собирает воедино все проделанные шаги и определяет правильность выбора вышеперечисленных программных пакетов. Основные критерии для выбора программного пакета для создания виртуальной модели:

1. Функция создания переходов в заданных точках.

2. Возможность наложения звукового сопровождения.

3. Возможность создания меню навигации.

После проведенных анализов специализированного программного обеспечения для выполнения работы были выбраны программные пакеты: Tourweaver, PTGui, Addobe Photoshop [4, 5, 6]. Все три программных пакета отвечают поставленным критериям.

Шаг третий – сбор материалов.

Этап съемки.

Съемка панорамы заключается в последовательном фотографировании с поворотом фотоаппарата вокруг нодальной точки [2, 3].

Рядом расположенные снимки должны иметь общие области в районе 20 %. Анализ именно этих областей позволит программе потом сшить все кадры в единую панораму.

Далее необходимо последовательно снимать кадр за кадром поворачивая фотоаппарат. Снимаем один ряд кадров для панорамы. В этом случае получится 3d-панорама с ограниченным углом обзора по вертикали. Для сферической панорамы (360х180) необходимо уже делать дополнительные ряды таким образом, чтобы обеспечить перекрывание в 20 %, и покрыть снимками все окружающее пространство, как показано на рис. 2.

Для съемки помещений кафедры были использованы штатив с уровнями, зеркальный фотоаппарат и съёмные объективы типа Fisheye и широкоформатный 135мм.

Этап сшивки.

Теперь, имея готовые фотографии будущей сферической панорамы, необходимо их соединить в один панорамный снимок, показанный на рисунке 3. Для создания виртуальной модели могут быть использованы кубические, плоскостные, цилиндрические и сферические панорамы, все эти разновидности дают разные эффекты.

Однако для корректного чтения изображения программой Tourweaver и воспроизведения готовой модели на сайте необходимо, чтобы панорамный снимок не превышал 20 Мбайт и был оптимизирован для Web-страниц. С целью оптимизации панорамного снимка для Web-страниц и при необходимости уменьшения размера панорамы с минимальным ухудшением качества использовался программный пакет Adobbe Photoshop.

Этап съемки и обработки портретов.

Следует отметить, что одним из необходимых требований, предъявляемых к любому портрету, является передача индивидуального сходства реального человека и изображения на конечной фотографии. Перед началом работы необходимо было получить письменное согласие сотрудников кафедры на съемку и публикацию личной информации в соответствии с Федеральным законом РФ №125-ФЗ от 27 июля 2006 года «О персональных данных».

Обработка отснятых фотографий делится на 2 пункта: первый – обработка с помощью плагина Camera Raw, а второй – обработка в Adobe Photoshop.

Первый пункт – обработка с помощью Camera Raw. Во время процесса съемки фотоаппарат был настроен на уровень качества RAW, что позволяет сохранять снимки в двух форматах (*.CR2 или RAW и *.jpg). В этом виде обработки по мере надобности изменяем следующие параметры: «Баланс белого», «Температура», «Оттенок», «Экспонир», «Контрастность», «Света», «Тени», «Белые», «Затемнение», «Четкость», «Красочность», «Насыщенность».

Второй пункт – это исправление таких показателей изображения, как «Уровни», «Кривые», «Вибрация», «Цветовой баланс». Также на этом этапе осуществляется точечное исправление неровностей кожи и фона.

Рис. 2. Пример съемки 3d-панорамы

Рис. 3. Готовый панорамный снимок

Этап создания карточки сотрудника кафедры КС.

На данном этапе была поставлена задача включить в разрабатываемую модель персональные карточки сотрудников кафедры. Для этого был выбран самый распространенный графический редактор – Adobbe Photoshop. Именно этот программный продукт отвечает заявленным требованиям по созданию изображений.

Создание карточки преподавателя было разбито на 2 этапа: этап первый – создание шаблона карточки, где выбирались фон, начертание и размер шрифта, а также определяем область, где будет находиться изображение, этап второй – создание карточки сотрудника кафедры на основе сделанного шаблона, здесь заполнялся готовый шаблон необходимой информацией о человеке.

С помощью готового шаблона были сделаны карточки всех сотрудников кафедры КС, карточки «Преподаваемые дисциплины», «Достижения», а также дополнительные информационные страницы, такие как:

1. «О кафедре»;

2. «Адрес»;

3. «Контакты»;

4. «Лаборатории кафедры»;

5. «Компьютерные аудитории»;

6. «Мультимедийные аудитории»;

7. «Учебные аудитории»;

8. «Образовательные программы»;

9. «IT-партнеры»;

10. «Известные выпускники»;

11. «Места трудоустройства выпускников».

Этап создания карт этажей.

Карта для виртуальной модели чертится исходя из печатных поэтажных планов, предоставленных институтом. Карта может быть начерчена в любом доступном графическом редакторе.

В дальнейшем поэтажные планы использовались для создания радара. Каждая часть карты привязывалась к конкретному изображению. Таким образом, обеспечивается не только ручное, но и автоматическое переключение изображения карт.

Шаг четвертый – сбор модели в Tourweaver.

Для начала создавалась skin – модель кафедры. Skin – это своеобразная оболочка для будущей модели, а затем создавались всплывающие окна.

В первом всплывающем окне расположили кнопки «Запуск/Стоп», «Вращение панорамы вправо», «Вращение панорамы влево» и кнопка «Информация». Во втором всплывающем окне были расположены кнопки управления (свернуть) и расширенный набор кнопок. В третьем всплывающем окне расположили кнопки для переключения этажей и область «map viewer». Четвертое всплывающее окно имеет более сложную структуру. Окно «Информация» имеет тип «Selection» инструмент «ListBox», который содержит: информацию о кафедре, адрес, контакты кафедры, список лабораторий кафедры, список компьютерных классов, список мультимедийных лекционных аудиторий, список учебных аудиторий, список образовательных программ, список IT-партнеров кафедры, список известных выпускников, а также места трудоустройства выпускников. Пятое всплывающее окно содержит в себе только инструмент «Thumbnail» – миниатюра, для краткого просмотра аудиторий без информационной составляющей. Шестое всплывающее окно – список профессорско-преподавательского состава кафедры в алфавитном порядке. Седьмое всплывающее окно – STU содержит набор кнопок, каждая из которых соответствует определенной группе студентов кафедры, при нажатии на кнопку с названием группы открывается отдельная web-страница с расписанием этой группы. С восьмого по двадцать шестое всплывающие окна предназначены для предоставления пользователю информации об аудиториях.

После настройки всех кнопок получилось работоспособное всплывающее окно, по завершении работы над которым приступили к созданию переходов между панорамами методом, использующим «горячие» точки. Этот метод наиболее удобен, когда необходимо настроить переходы между панорамами непосредственно от одной к другой. В данном случае перемещение по модели будет таким, как его запланировали разработчики по конкретному маршруту.

Далее переходим к добавлению аудиосопровождения. Аудиосопровождение необходимо для того, чтобы предоставить наиболее полную информацию об аудиториях, а также увеличить возможности виртуальной модели. Для включения звукового файла была размещена кнопка во всплывающих окнах.

Завершающим действием является создание радара. Радар – это обозначение положения пользователя на карте. Радар используется для того, чтобы показать положение и направление панорамы на карте. Он устанавливается таким образом, что при вращении панорамы в кадре область сканирования радара синхронно вращает вместе с ней. Для начала работы с радаром необходимо вставить во вкладку «Map» карту здания, по которому совершается экскурсия. В данном случае использован поэтажный план здания Института геологии и нефтегазодобычи Тюменского государственного нефтегазового университета.

В итоге была разработана виртуальная модель кафедры кибернетических систем и проведена её апробация.

Модель построена на основе современной технологии создания панорам и объединения их в единое целое, что позволяет свободно перемещаться между помещениями кафедры, осматривать и оценивать интерьер.

Также при создании виртуальной модели основное внимание было уделено удобству работы пользователя и построению интуитивно понятного интерфейса.