旅游景區(qū)三維全景虛擬展示研究

鄢志武　馬祥山　吳　麗

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和應用，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡虛擬展示應運而生，并迅速擴展到旅游業(yè)領(lǐng)域，旅游景區(qū)景點虛擬展示也隨之興起。本文從我國旅游電子商務的發(fā)展現(xiàn)狀和基于圖像的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點入手，分析了旅游景區(qū)網(wǎng)站建立三維全景虛擬展示的可行性和有效性，并在此基礎(chǔ)上詳細闡述了全景圖的生成原理和三維虛擬空間場景的實現(xiàn)，最后再結(jié)合我國第一家使用這種展示方式的地質(zhì)公園景區(qū)進行例證分析——云南石林世界地質(zhì)公園。

關(guān)鍵詞：三維全景； 虛擬展示； 地質(zhì)公園

中圖分類號：F592.3；F626.5 文獻標識碼：Ａ 文章編號：1004-0544(2009)04-0114-03

一、 引言

迪米特力奧斯·包利斯指出:“信息技術(shù)革命對旅游產(chǎn)業(yè)的管理有著深刻的影響”,因為“信息是旅游產(chǎn)業(yè)的血脈”。[1]互聯(lián)網(wǎng)的交互性、實時性和便捷性等優(yōu)勢促使傳統(tǒng)旅游業(yè)迅速融入網(wǎng)絡經(jīng)濟的浪潮之中，預計到 2010年全球旅游網(wǎng)上交易將超過1250 億美元。[2]

當然,因特網(wǎng)不等于電子商務。伊恩·查斯頓指出:“因特網(wǎng)讓企業(yè)認識到,開拓新技術(shù)遠比在線放一個小冊子要意義深遠”。[3]電子商務的本質(zhì)是虛擬交易。企業(yè)圍繞因特網(wǎng)開展電子商務的目的是交易成本的節(jié)約與交易效率的提高和交易范圍的拓展。電子商務廣泛地應用于各行各業(yè)，其中，旅游業(yè)、金融、軟件、出版物并列為電子商務的四大應用領(lǐng)域。

我國旅游電子商務企業(yè)的發(fā)展很迅速。iResearch艾瑞咨詢在即將推出的《2008-2009年中國網(wǎng)上旅行預訂行業(yè)發(fā)展報告》統(tǒng)計顯示，2008年中國網(wǎng)上旅行預訂市場規(guī)模為27.89億元，相比2007年的22.73億元同比增長22.7%；網(wǎng)上旅行預訂用戶的規(guī)模達到600萬，同比增長33.3%。[4]

可以預見，未來旅游電子商務有很大的發(fā)展空間，前景廣闊。但目前所實現(xiàn)的旅游電子商務還限于各種票據(jù)、住宿預定、旅游線路預定及發(fā)送電子郵件等，只有1%的網(wǎng)站實現(xiàn)了網(wǎng)上付款的方式。也就是說總體上仍停留在上網(wǎng)查詢和預訂，下網(wǎng)進行交易和結(jié)算的階段，在內(nèi)容提供、服務方式和網(wǎng)絡技術(shù)等方面與旅游電子商務尚有很大差距，用電子商務的概念來衡量，我國的旅游電子商務尚處于初級階段。

隨著我國旅游電子商務的發(fā)展，許多地質(zhì)公園也開始陸續(xù)在網(wǎng)絡中做文章，但是對我國上百家國家地質(zhì)公園的旅游網(wǎng)站調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，國家地質(zhì)公園基本上都沒有自己的官方網(wǎng)站，它們大多在一些旅游門戶網(wǎng)站上做基本的宣傳，如景區(qū)介紹、路線介紹及交通情況的介紹，而這些對廣大潛在旅游者吸引力不夠。旅游景點三維全景虛擬展示是旅游電子商務的一個發(fā)展分支，同時也是旅游景區(qū)網(wǎng)站實現(xiàn)虛擬展示的必備之選，它可以實現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，任意觀看各個方向的旅游景點的場景，還可以提供網(wǎng)上實景虛擬漫游，給潛在旅游者提供身臨其境的體驗之感。

國內(nèi)學者對這一領(lǐng)域的研究涉及較少，僅有的幾篇文章只是在論述其它問題時對虛擬體驗進行簡單的提及。例如孔旭紅認為，景點網(wǎng)站應該通過影像采集、數(shù)字處理、壓縮技術(shù)等實現(xiàn)景觀、景物的三維動畫, 建立虛擬現(xiàn)實劇場。鄢志武，楊茜認為，利用網(wǎng)絡大力宣傳地質(zhì)公園的特色，并依據(jù)地質(zhì)公園自身的特點建立 “3D 三維在線體驗”頻道來引起游客對該景區(qū)的興趣。本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上進行深入挖掘，詳細論述了基于圖像的虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其三維全景虛擬展示的實現(xiàn)原理，并結(jié)合實例進行闡述。

二、 虛擬現(xiàn)實的概述

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）是20世紀90年代以來興起的一種新型信息技術(shù)。作為人與計算機生成的虛擬環(huán)境進行交互作用的一種手段，人們將虛擬現(xiàn)實技術(shù)看作是僅次于互聯(lián)網(wǎng)的改變世界未來的重要技術(shù)，認為它不但將改變?nèi)祟悘氖驴茖W研究、技術(shù)設(shè)計和生產(chǎn)實踐的方式，而且為促進人的認識能力的全面發(fā)展提供了新的工具。

1. 虛擬現(xiàn)實的基本特征

虛擬現(xiàn)實的核心正如美國科學家Burdea G在和Philippe Coiffet在1993年的Electro93國際會議上發(fā)表的“Virtual Reality System and Application”一文中曾提出的那樣，可以用一個由三個“I”：Immersion-Interaction-Imagination(沉浸——交互——構(gòu)想)所構(gòu)成的三角形來形象地描述，如圖1所示。

圖1虛擬現(xiàn)實的基本特性

（1）沉浸性。用戶作為主角存在于虛擬環(huán)境中，能夠在這個虛擬環(huán)境中有目的地觀察、聆聽、觸摸、嗅聞虛擬對象的特征，可視場景隨視點的變化而變化，使用戶忘記自身所處的外部真實環(huán)境，產(chǎn)生一種似乎成為了所研究的虛擬環(huán)境的組成部分的感受。

（2）交互性。用戶對虛擬環(huán)境內(nèi)的物體可以進行操作并得到實時的自然反饋。

（3）想象性。用戶沉浸在多維信息虛擬空間中，依靠自己的感知和認知能力全方位的獲取知識，發(fā)揮主觀能動性，尋求答案并做出判斷。

2. 虛擬現(xiàn)實的分類

根據(jù)用戶參與虛擬現(xiàn)實的不同形式以及沉浸的程度不同，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可分為三類。

（1）沉浸式虛擬現(xiàn)實。沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是一套比較復雜的系統(tǒng)，用戶有置身于虛擬境界之中的感覺。使用者通過頭盔、數(shù)據(jù)手套等設(shè)備與虛擬環(huán)境進行交流。該系統(tǒng)雖然可讓使用者完全沉浸到虛擬世界中去，但由于其價格昂貴，難以推廣。

（2）分布式虛擬現(xiàn)實。分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是由多個用戶通過計算機網(wǎng)絡連接在一起，處于不同地理位置的用戶如同進入到同一個真實環(huán)境中，通過姿勢、聲音或文字等在一起進行交流、學習、訓練、娛樂，甚至協(xié)同完成同一件產(chǎn)品的設(shè)計或進行同一任務的演練。

（3）桌面虛擬現(xiàn)實。桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)利用個人計算機和低檔工作站進行仿真，將計算機屏幕作為用戶觀察虛擬環(huán)境的窗口，通過各種輸入設(shè)備與虛擬現(xiàn)實世界充分交互。這種系統(tǒng)會受到周圍現(xiàn)實環(huán)境的干擾，不能完全沉浸于虛擬環(huán)境中，缺乏真實的現(xiàn)實體驗。但是結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，易于普及推廣。本文三維全景虛擬展示研究就是屬于這種虛擬現(xiàn)實技術(shù)。

3. 基于圖像的虛擬現(xiàn)實

基于圖像的虛擬現(xiàn)實是以實際場景的照片為素材，采用圖像拼合和插值技術(shù)，建立具有照片質(zhì)量真實感的虛擬場景。

虛擬場景是按以下步驟生成的:首先利用采集的離散圖像或連續(xù)的視頻圖像序列作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理形成全景圖像；然后通過合適的空間模型把多幅全景圖像組織為虛擬全景空間。用戶在這個空間中可以進行前進、后退、仰視、俯視、360度環(huán)視等操作。基于圖像的虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要有以下優(yōu)點。

（1）開發(fā)成本低廉。不需要專用虛擬現(xiàn)實硬件設(shè)備，如頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等，僅需要一臺普通電腦就足夠了。尤其是針對大型機械的虛擬展示來說，塑造真實的場景是一個耗資巨大的工程，運用基于圖像的方法則可大大節(jié)約成本。

（2）逼真感強。由于素材是實際場景的照片，因此，只要圖片的大小達到一定的要求，基于圖像的虛擬場景則會有數(shù)碼照片質(zhì)量的真實感。

（3）避免了復雜的幾何建模。建立幾何模型是一個費時又費力的繁復工作，基于圖像的虛擬場景實際是由照片拼合而成的封閉空間，不需要復雜的幾何建模。

（4）實時性好。出于場景建模復雜度獨立于場景復雜度之外，場景數(shù)據(jù)量只與照片數(shù)據(jù)量有關(guān)，數(shù)據(jù)量較小，因此，虛擬場景實時性好，這有利于對場景進行虛擬瀏覽。

三、旅游景點虛擬展示及其全景圖的生成原理

旅游產(chǎn)品的產(chǎn)地消費性和事前決策性決定旅游者在旅游前獲取信息的重要性，旅游景區(qū)網(wǎng)站上旅游景點展示會吸引更多的潛在旅游者瀏覽景區(qū)風光。而這種展示不單單是幾幅圖片和幾段視頻就能達到比較好的宣傳效果，需要借助更先進的技術(shù)手段，三維全景虛擬展示為旅游景區(qū)帶來了全新的展示手法，把景點的真實場景虛擬化，旅游者輕松點擊鼠標就可以上下、左右、走近、退遠的觀看景區(qū)風光，還可以360度旋轉(zhuǎn)，如同親臨現(xiàn)場。多幅全景圖鏈接起來構(gòu)成一個場景，旅游者可以在此場景中漫游。根據(jù)視點的不同，包括全景漫游、熱點追蹤以及局部動作的放大，從而形成一個可由旅游者選擇的任意漫游的場景。

1． 旅游景點虛擬展示應用優(yōu)點

（1）吸引客戶。旅游者和投資商通過三維全景虛擬展示，對旅游風景區(qū)有更直觀真切的了解，方便客戶對選擇和吸引客戶和投資。

（2）提高人氣。通過三維全景的宣傳，提高風景區(qū)名氣，風景區(qū)站點的人氣和訪問量，提高城市形象。

（3）規(guī)劃方便。對風景和旅游設(shè)施，地理環(huán)境進行三維全景的記錄和存檔，方便規(guī)劃和保護、管理。

（4）利于推廣。吸引客戶流量，利于網(wǎng)站推廣，提高網(wǎng)站和風景區(qū)的知名度。

2． 全景圖的生成原理

所謂全景圖，就是視點位置固定而視線環(huán)視一周所觀察到的所有幀經(jīng)過處理后所構(gòu)成的圖。全景圖空間以全景圖作為基本組成單位，在一個視點處存儲多幅不同深度的全景圖。多幅全景圖之間漫游，是通過不同視點間的“平滑跳動”來實現(xiàn)的。全景圖可用全景相機拍攝或用普通相機拍攝后再加以鑲嵌。此方法無須繁瑣的場景建模工作，能實時地顯示構(gòu)建的環(huán)境，因而不用專門的硬件加速就可獲得真實感很強的圖像和實時的交互速度。

全景圖是其中最簡單的形式：試點固定、波長不變和時間不變。全景圖技術(shù)的核心是圖像拼接技術(shù)。全景圖技術(shù)實現(xiàn)簡單，對計算量和存儲量要求都很低，非常適合應用于旅游景點虛擬展示系統(tǒng)。它是先依據(jù)真實的旅游景點，然后建造虛擬環(huán)境，以攝影技術(shù)為基礎(chǔ)，可以提供照片級別的細節(jié)，如圖2所示。

圖2 ： 基于圖像的旅游景點虛擬空間生成系統(tǒng)模型

（1）節(jié)點的選取實際上是確定拍攝距離、角度方案，即以多大的間隔拍攝，每個節(jié)點如何拍攝。

（2）全景圖的生成有以下途徑。a、用全景相機直接拍攝其優(yōu)點是容易得到全景圖且不需要復雜的建模工作。其缺點是需要昂貴的專門設(shè)備。b、用普通相機或者拍攝出一系列相互重疊的照片，然后將它們鑲嵌成全景圖。其優(yōu)點是可做成任何形狀的全景圖，而不需要專門設(shè)備，可對每幅相片進行曝光控制，因此得到的全景圖光強分布比較平衡。

（3）鏈接與鏈接是把得到的全景圖按照空間中視點的位置關(guān)系組織起來，供交互顯示用，且把運動物體鑲嵌到全景圖中去，使用戶可以對它們進行交互控制。

四、 旅游景點三維虛擬空間場景的實現(xiàn)

1． 全景瀏覽的流程

研究中，整個三維全景瀏覽的實現(xiàn)的過程如圖3所示。

圖3 全景瀏覽流程

2．素材準備

要制作旅游景點全景圖象首先要拍攝景點的照片素材。采集照片序列原始圖像的質(zhì)量好壞將直接影響到最后的拼接結(jié)果，所以對拍攝的局部景點照片應滿足如下要求。

（1）相機大致固定在景點中心位置，并且拍攝角度恰當；

（2）盡量使每幅照片的水平線要保持水平；

（3）利用三腳架拍攝。相機固定在三角架上在水平面上旋轉(zhuǎn)，盡量避免鏡頭偏斜和俯仰且盡量保持相同的焦距；

（4）保證一定的重疊范圍（9-12張圖片）；

（5）盡量避免相鄰照片一的亮度、色度、對比度有較大差異；

（6）景點原始圖像應為靜態(tài)圖像。

3． 全景圖合成

可使用一些商業(yè)軟件，比如如Panoram Maker、QuickTime、Cool360、Hot Media、Realviz Stitcher等。這些軟件都能將在同一視點環(huán)繞拍攝的數(shù)碼照片無縫連接成一幅長度很寬的柱面全景圖。景點全景圖像表示的是人站在景點某個地方觀察空間，視點不動而觀察方向改變，所以在拍攝時將照相機固定在支架上，盡量避免轉(zhuǎn)動時鏡頭的偏斜和俯仰，并以鏡頭為軸轉(zhuǎn)動一周連續(xù)拍攝。

4． 虛擬場景的構(gòu)建

當柱面全景制作好后，所得到的僅僅是景點單個視點的瀏覽，并不能稱之為是真正的虛擬現(xiàn)實實景，必須對制作好的景點全景圖像進行合理地空間編輯和組織。

五、云南石林世界地質(zhì)公園三維全景虛擬展示例證

云南石林世界地質(zhì)公園網(wǎng)站由新聞、旅游體驗、預訂中心、目的地指南、旅游論壇、幫助中心六大板塊構(gòu)成。其中旅游體驗是最有特色的板塊，其它的五個板塊是我國大部分旅游景點網(wǎng)站都具備的。點擊“體驗石林”，用戶可以查看到以下幾種體驗方式：美術(shù)作品、圖游石林、音樂欣賞、彩繪石林、三維全景、視頻石林、游記石林。點擊“三維全景”菜單，用戶就進入了“石林3D虛擬實景系統(tǒng)”，主要包括了石林風景區(qū)、黑松巖風景區(qū)、飛龍瀑風景區(qū)和長湖風景區(qū)，進入其中任何一個風景區(qū)，里面分布著主要的風景點，再點擊任意風景區(qū)的圖標，就可以進行前進、后退、、仰視、俯視、360度環(huán)視等操作，實現(xiàn)三維全景虛擬體驗，這種三維全景體驗在我國地質(zhì)公園虛擬體驗中是一種全新的方式，到目前為止，只有石林一家應用這種基于圖像的三維全景虛擬展示技術(shù)。

這種虛擬展示給潛在旅游者強烈的視覺沖擊，如同置身真實場景之中。

1． 跟平面圖像比較

三維全景通過全景播放程序的特殊透視處理，帶給潛在旅游者強烈的立體感，良好的交互性，沉浸感強烈，而平面圖像相對較呆板，缺少交互性；在單張全景圖上可以表現(xiàn)360°范圍的場景信息，而平面圖只能表現(xiàn)很小范圍內(nèi)的局部信息。

2. 相對于視頻文件而言

三維全景生成文件小，這種基于圖像的虛擬現(xiàn)實技術(shù)制作生成簡單，更適合網(wǎng)絡應用，交互性強，視頻文件制作復雜，費用昂貴，交互性不強，文件太大，不適合網(wǎng)絡應用，場景圖像精度比不上三維全景。

參考文獻：

[1]Dimitrios Bauhalis,“Srategic use of information technologies in the tourism industry”， Tourism management，Vol.19，No.5.p411， 2001.

[2]張凌云.中國旅游互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[M].北京:中國旅游出版社，2000.

[3]伊恩·查斯頓.營銷e術(shù)[M].北京:社會科學文獻出版社,2003.

[4]2008年中國網(wǎng)上旅行預訂市場規(guī)模達28億[DB/OL].艾瑞咨詢網(wǎng).www.iresearch.com.cn，2009（1）.

責任編輯 楊小明