三維全景技術(shù)——３６０°虛擬現(xiàn)實(shí)

　　三維全景技術(shù)是目前迅速發(fā)展并逐步流行的一個虛擬現(xiàn)實(shí)分支，可廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)三維業(yè)務(wù)，也適用于網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)領(lǐng)域。傳統(tǒng)三維技術(shù)及以VRML為代表的網(wǎng)絡(luò)三維技術(shù)都采用計算機(jī)生成圖像的方式來建立三維模型，而三維全景技術(shù)則是利用實(shí)景照片建立虛擬環(huán)境，按照照片拍攝→數(shù)字化→圖像拼接→生成場景的模式來完成虛擬現(xiàn)實(shí)的創(chuàng)建，更為簡單實(shí)用。
　　
　　三維全景技術(shù)及其應(yīng)用
　　
　　全景也稱為全景攝影或虛擬實(shí)景，是基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。是把相機(jī)環(huán)360°拍攝的一組照片拼接成一個全景圖像，用一個專用的播放軟件在互聯(lián)網(wǎng)上顯示，讓使用者能用鼠標(biāo)控制環(huán)視的方向，可左可右、可近可遠(yuǎn)觀看物體或場景。
　　三維全景技術(shù)是一種桌面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，并不是真正意義上的3D圖形技術(shù)。三維全景技術(shù)具有以下幾個特點(diǎn):一是實(shí)地拍攝，有照片級的真實(shí)感，是真實(shí)場景的三維展現(xiàn)。二是有一定的交互性，用戶可以通過鼠標(biāo)選擇自己的視角，任意放大和縮小，如親臨現(xiàn)場般環(huán)視、俯瞰和仰視。三是不需要單獨(dú)下載插件，一個小小的JAVA程序，自動下載后就可以在網(wǎng)上觀看全景照片，或者使用Quick Time播放器直接觀看。并且，全景圖片文件采用先進(jìn)的圖像壓縮與還原算法，文件較小，一般只有100～150K，利于網(wǎng)絡(luò)傳輸。四是素材的準(zhǔn)備工作簡單，制作容易，適于普通用戶。
　　三維全景技術(shù)主要用于展示。例如，采用三維全景技術(shù)建立虛擬藝術(shù)館，讓學(xué)生還可通過計算機(jī)參觀各個展館，每一個參觀點(diǎn)都可以在空間360°范圍內(nèi)觀察，對于感興趣的藝術(shù)品，還可以將它拿起來仔細(xì)觀看。在教育教學(xué)領(lǐng)域，主要有以下兩方面的應(yīng)用：
　?。?）校園風(fēng)光、校園文化、數(shù)字博物館、重點(diǎn)實(shí)驗室(如歷史、考古、醫(yī)學(xué)、生物等)等的對外展示。例如，鄭州輕工業(yè)學(xué)院將三維全景虛擬校園展示制作系統(tǒng)軟件的效果先一步應(yīng)用于數(shù)字校園建設(shè)，將校園的特色做成一個美輪美奐的虛擬漫游，使每一位瀏覽者都能身臨其境地感受到學(xué)校的各種特色和教學(xué)環(huán)境。
　?。?）構(gòu)建文物、生物標(biāo)本、地貌、教學(xué)模型、產(chǎn)品、模具等的360°造型，用于教學(xué)等。例如，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院將寶貴的人體基礎(chǔ)標(biāo)本資源用三維全景技術(shù)來保存，用于教學(xué)和展示。
　　在“第十二屆全國小學(xué)信息技術(shù)與Otksd0KQ1YyTWg3QbaHX/A==課程整合觀摩展示會”中，數(shù)學(xué)課《觀察物體》的授課教師就沒有制作常規(guī)的課件，而是讓學(xué)生直接在網(wǎng)上操作“清明上河圖”的全景圖，更好地實(shí)現(xiàn)了自主探究學(xué)習(xí)，得到了很好的教學(xué)效果，同時也得到了在場教師和評委的廣泛好評。但目前網(wǎng)上這類集中提供全景圖的網(wǎng)站很少，筆者只了解到全景環(huán)視網(wǎng)的全景圖庫（www.360cn.net/picbank/catalog.asp）和 中國全景網(wǎng)（www.chinavr.net/chinese.htm）提供一些建筑、風(fēng)景之類的全景圖。一些和教學(xué)尤其是中小學(xué)密切相關(guān)的全景圖在網(wǎng)上只能零散地找到一些，并且需要教師有較高的信息素養(yǎng)和檢索能力。因此，如果教師能夠自己開發(fā)切合教學(xué)內(nèi)容的全景圖，將更方便于教學(xué)。下面筆者就介紹如何運(yùn)用三維全景制作工具簡單、高效、低成本地開發(fā)適合教學(xué)內(nèi)容需要的全景圖課件。
　　
　　三維全景圖課件的制作
　　
　　1.制作工具
　　三維全景圖的制作工具有：臺灣Ulead公司的COOL360、上海杰圖軟件技術(shù)有限公司推出的一整套全景制作解決方案、Apple公司的全景視頻產(chǎn)品專業(yè)解決方案QuickTime VR、IBM公司出品的Hot Media軟件等。
　　2.三維全景圖課件制作基本步驟
　?。?）拍攝素材照片，準(zhǔn)備文字介紹信息。如果是用傳統(tǒng)光學(xué)像機(jī)拍攝的照片，就應(yīng)當(dāng)先轉(zhuǎn)換為數(shù)碼照片。
　?。?）使用圖像處理軟件對照片進(jìn)行加工處理，調(diào)整亮度、對比度、色彩飽和度。
　?。?）使用全景制作工具制作三維全景。
　?。?）進(jìn)行預(yù)覽和網(wǎng)上發(fā)布。分別將處理好的圖片用軟件處理，預(yù)先生成作品進(jìn)行預(yù)覽，如果不符合要求則進(jìn)行修改，直到符合要求。然后保存好文件，再嵌入到網(wǎng)頁中。
　　3.三維全景圖教學(xué)示例開發(fā)
　　虛擬儀器展示是比較典型的對象全景，主要是讓用戶旋轉(zhuǎn)、交互地觀看儀器。我們可以為儀器創(chuàng)作配以解說詞和文字說明的三維旋轉(zhuǎn)體圖片，讓學(xué)生在虛擬的實(shí)驗室中對虛擬儀器進(jìn)行隨意地旋轉(zhuǎn)和任何視覺角度的觀察，以便學(xué)生詳盡了解儀器的構(gòu)造、功能和使用方法，同時達(dá)到預(yù)習(xí)實(shí)驗、復(fù)習(xí)實(shí)驗的目的。更重要的是，教師和學(xué)生在三維全景技術(shù)創(chuàng)造的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，可以沉浸其中，全身心地投入教與學(xué)，既生動了課堂教學(xué)，又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率與積極性。這里以上海杰圖軟件技術(shù)有限公司的造型師的演示版2.0為開發(fā)工具，介紹一下計算機(jī)CPU和羅技無線鼠標(biāo)360°全景展示的制作方法。最終效果如右上圖所示：
　　
　　（1）準(zhǔn)備好一套環(huán)繞計算機(jī)CPU和羅技無線鼠標(biāo)對象360°拍攝的實(shí)物照片，這里分別準(zhǔn)備了9張，置于同一目錄下。最好用圖像處理軟件加工一下，調(diào)節(jié)照片的基本參數(shù)，如亮度，飽和度和對比度。本教學(xué)示例中的照片拍攝比較簡單，只是為了示范對象全景制作。作為真正的作品或課件，應(yīng)當(dāng)在拍攝上多下工夫。為使拍攝照片減少抖動，最好使用專業(yè)三腳架配合拍攝，另外使用專門拍攝物品的360°旋轉(zhuǎn)臺，此設(shè)備有刻度，可使被拍攝物品的中心點(diǎn)保持一致，便于完整有序地拍攝全景實(shí)物照片。
　?。?）用杰圖造型師軟件。該軟件提供了3種導(dǎo)入圖像方式：打開現(xiàn)有的圖像文件、從影像文件中抓取圖像和通過數(shù)碼攝像機(jī)捕捉圖像。
　?。?）從菜單“文件”中選擇“打開圖形文件”，打開相應(yīng)的對話框。瀏覽準(zhǔn)備好的素材圖像文件，將它們按順序添加到右側(cè)窗格列表中，單擊“確定”按鈕。
　?。?）在出現(xiàn)的對話框中，可調(diào)整和裁剪圖像。在左側(cè)窗格中定義圖像區(qū)域，通過四方向箭頭來縮放區(qū)域。右側(cè)列出素材圖像的縮略圖，可選中后，根據(jù)需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，可單擊“逆時針旋轉(zhuǎn)90°”或“順時針旋轉(zhuǎn)90°”，確認(rèn)無問題后，單擊“確定”按鈕。
　?。?）進(jìn)入圖像參數(shù)設(shè)置窗口，調(diào)節(jié)圖像。可添加或刪除文件，改變文件順序，還有一項比較重要的工作是圖像對齊。該軟件提供兩種對齊模式：一種是點(diǎn)對齊，這種方式是先在各幅圖像上定義一個光標(biāo)點(diǎn)，再移動各幅圖像，使各幅圖像的特征點(diǎn)均準(zhǔn)確對到光標(biāo)點(diǎn)上。另一種是評議對齊，先確定一幅基準(zhǔn)圖，該圖完全不透明且不可動，拖動鼠標(biāo)或使用鍵盤將其他圖移到與基準(zhǔn)圖對齊的最佳位置。
　?。?）選擇菜單“輸出”中的“預(yù)覽360°虛擬物體”預(yù)覽效果，如果不滿意，可繼續(xù)調(diào)節(jié)。
　?。?）確認(rèn)合格后，選擇菜單“輸出”中的“輸出360°虛擬物體”，打開對話框，設(shè)置輸出參數(shù)。除文件名外，可采用默認(rèn)設(shè)置。
　?。?）單擊“保存”按鈕，生成360°虛擬物體的網(wǎng)頁文件。
　　三維全景技術(shù)與傳統(tǒng)的三維技術(shù)相比較，在交互性、真實(shí)感、可操作性及簡易性等方面有著比較明顯的優(yōu)勢和應(yīng)用潛力，更適合在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境中呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容。隨著三維全景技術(shù)及其優(yōu)秀解決方案的推出，為其在教學(xué)領(lǐng)域中的推廣和應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。本文利用杰圖造型師開發(fā)工具來制作虛擬儀器演示課件，是對課件制作方式的一種革新和嘗試，相信對其在網(wǎng)絡(luò)課件制作方面研究的不斷深入，定會為學(xué)習(xí)者開發(fā)和創(chuàng)設(shè)出豐富多彩、生動逼真的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源和教學(xué)情境。