基于NGB環(huán)境的虛擬現(xiàn)實業(yè)務(wù)探討

楊春清

（朝陽廣播電視臺，遼寧 朝陽 122000）

在NGB這樣具有超高帶寬的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，雙向高清3D視頻將暢通無阻，NGB媒體云業(yè)務(wù)得以全面開展，屆時以“用”為主的電視終端將會是集廣播電視、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、多媒體通信、屏幕顯示等多種技術(shù)于一體，以超高帶寬網(wǎng)絡(luò)為載體，以高清電視等多媒體為形式，以開放的個性化互動為特性，向用戶提供包括數(shù)字電視在內(nèi)的全方位交互式業(yè)務(wù)的高清智能云電視。這時，無處不在的智能電視終端所需要的計算和存儲可以全部交由云端來完成，電視終端與云端的數(shù)據(jù)交換將會極為流暢，高清3D圖像的生成將達到超實時[1]。隨著NGB的成熟和完善，各種相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和融合，各種業(yè)務(wù)的組合和滲透，以廣播交互融合、網(wǎng)臺實時互動、個性定制、自動漫游、多場景服務(wù)、跨屏幕無縫轉(zhuǎn)移、跨網(wǎng)絡(luò)交換與傳遞為代表的新型數(shù)字廣播電視服務(wù)[2]，將會創(chuàng)新出豐富的符合人們生活習性的廣電業(yè)務(wù)模式和業(yè)務(wù)形態(tài)。

本文將基于NGB網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，對電視虛擬旅游、電視虛擬商場、電視虛擬城市以及電視虛擬樓盤展示等虛擬現(xiàn)實業(yè)務(wù)進行探討。

1 基于圖像的虛擬環(huán)境構(gòu)建虛擬現(xiàn)實

虛擬現(xiàn)實具有沉浸感、交互性和構(gòu)想性3個最突出的特性[3]，正因如此，在現(xiàn)實基礎(chǔ)上，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建虛擬世界，可以使參與者身臨其境地沉浸在所構(gòu)想出的三維虛擬世界中，并能在其中自由“行走”、全方位觀察，以及對物體和環(huán)境本身進行交互操作控制。

而運行于NGB環(huán)境下的虛擬現(xiàn)實，既不同于實景錄像，也不同于通過純粹的計算機幾何建模構(gòu)建的虛擬現(xiàn)實。

實景錄像雖具有真正的實景畫面，但用戶不能對實景環(huán)境進行駕馭及對其中的物體進行操縱，更不能自由地使自己置于實景環(huán)境之中。純粹的計算機幾何建模構(gòu)建的虛擬現(xiàn)實，雖然具有最好的交互性，但都是憑借主觀想象至多也就是仿照真實的情景由計算機生成的。而較為理想的虛擬現(xiàn)實是將實景圖像和計算機幾何建模相結(jié)合來建立虛擬環(huán)境，據(jù)此構(gòu)建的虛擬現(xiàn)實既具有操縱靈活的交互性，也具有使人如臨其境的真實感和現(xiàn)場感，這就是利用基于圖像的虛擬環(huán)境所構(gòu)建的虛擬現(xiàn)實。

利用基于圖像的虛擬環(huán)境來構(gòu)建虛擬現(xiàn)實，一般包括以下幾個步驟：

1）利用照相機采集的離散圖像或攝像機采集的連續(xù)畫面作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)過圖像處理生成固定觀察位置的水平360°、俯仰180°的內(nèi)環(huán)視全景圖像。

2）對各個固定觀察位置的全景圖像進行處理，生成固定位置的可變焦觀察的全景圖像。

3）選擇關(guān)鍵位置的全景圖像做關(guān)鍵幀，再利用特定算法，在某一方向生成關(guān)鍵幀之間的過渡圖像，從而得到這一方向的運動觀察圖像。

4）以虛擬環(huán)境中需要為用戶提供可詳細觀察物體的外表圖像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)過圖像處理生成可用于對該物體進行鳥瞰或環(huán)繞觀察的外環(huán)視全景圖像。

5）對物體的外環(huán)視全景圖像進行處理，生成相應(yīng)的變焦和運動觀察圖像。

6）當用戶在虛擬環(huán)境中進行漫游、操作時，系統(tǒng)將對上述生成的所有圖像進行實時組織鏈接并輔以聲音，便可得到能夠使人身臨其境，并可以多種方式自由觀察和靈活操縱的五彩繽紛的虛擬世界。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，未來的虛擬現(xiàn)實還應(yīng)具有動態(tài)的時間屬性和更大的自由性，即虛擬環(huán)境和其中的物體將隨著晝夜、季節(jié)的改變而變化，真正做到將虛擬環(huán)境的時間與空間融成一體；并且在虛擬環(huán)境中，用戶能夠自由地漫游，在任意地點、任意方位觀察場景及操縱其中的虛擬對象，并且還可以聆聽場景中的聲音，就好像是真實的場景再現(xiàn)。

2 基于NGB的虛擬現(xiàn)實業(yè)務(wù)

由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)所需實時處理的數(shù)據(jù)量龐大，只有像NGB這樣具有超高帶寬的網(wǎng)絡(luò)，才能承擔流暢的電視虛擬現(xiàn)實業(yè)務(wù)。運行于NGB環(huán)境下的虛擬現(xiàn)實業(yè)務(wù)，多為具有增強現(xiàn)實性[4]的分布式桌面虛擬現(xiàn)實業(yè)務(wù)[5]。所構(gòu)建的虛擬世界，要具有增強用戶在真實環(huán)境中無法感知或不方便感知的感受效果，能夠通過NGB使多個用戶同時參加一個虛擬空間，共同體驗虛擬經(jīng)歷，并且利用電視終端作為用戶觀察360°范圍內(nèi)虛擬境界的窗口，利用便攜式電視終端或者直接通過觸摸屏幕來駕馭虛擬境界及操縱其中的各種物體。

2.1 電視虛擬旅游業(yè)務(wù)

所謂電視虛擬旅游，指的是利用遙感技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)[6]，以及實際景區(qū)的實景照片或錄像畫面，構(gòu)建一個地形、地貌、觀光線路、景點景物等全部與實際景區(qū)幾乎無異的虛擬旅游環(huán)境[7-9]，參觀者使用電視終端自行選擇觀光路線、自行控制觀光速度和觀看方向及角度，進行猶如身臨其境的虛擬旅游活動，所看到的都是這個旅游景區(qū)的實景畫面，所聽到的都是這個旅游景區(qū)的實景介紹和實地錄制的鳥蟲、水流聲音。

電視虛擬旅游環(huán)境構(gòu)建時所使用的錄像畫面，可以是采用高清攝像機雙機拍攝或雙鏡頭立體高清攝像機拍攝的具有真實立體感的3D高清圖像畫面，雖然這樣使得系統(tǒng)需要處理的數(shù)據(jù)增加1倍，但卻保證了對虛擬的風景觀賞更加接近于實地旅游的人眼現(xiàn)場觀賞效果。

參觀者在虛擬景區(qū)中旅游時，不但可以像實地旅游一樣，完全按照自己眼睛的視野進行水平360°的環(huán)視和垂直180°的俯仰觀賞，并沿著景區(qū)的旅游路線邊走邊瀏覽，而且對于主要景點、遠眺景點和景點中的重要景物，還可以通過推拉鏡頭變焦的方式，使參觀者獲得近距離觀賞或望遠鏡的效果，而且只要走進一個景點的周圍區(qū)域，伴隨著當?shù)鬲氂械镍B蟲、水流聲音，介紹景點的錄音就會自動播放，并同時在電視上顯示出文字說明。

當然，這種虛擬旅游還可以結(jié)伴同行，通過電視終端可以約定自己的親戚朋友，也可以征集旅友一同去某個景區(qū)旅游。旅游過程中，可以與同伴邊觀光邊進行高清視頻聊天。既然是結(jié)伴而行，系統(tǒng)就將限制同伴選取同一條觀光路線和相互之間的行走距離，當同伴之間達到限制距離時，系統(tǒng)就會提示慢者跟上、快者稍等，除非經(jīng)一方請求另一方確認后，系統(tǒng)才允許以自由行的方式自行選擇路線、自行控制速度，各自開始獨立的自由旅行。

當旅游到達某一個景點后，如果想要找一個也在同一個景點觀光的旅游者聊天，就可在這個景點處向系統(tǒng)發(fā)出旅友聊天請求，于是系統(tǒng)就會將這一時刻在線于同一個景點、符合你要求的旅友戶名顯示出來，供選擇進行高清視頻聊天。當然，旅友戶名、來自何處等資料，都是通過旅游者登錄及使用的電視終端由系統(tǒng)自動獲得。

電視虛擬旅游還可以選擇性地開展一些業(yè)務(wù)：

1）景區(qū)綜合信息查詢：通過電視終端可以方便地快速查詢某一景區(qū)的旅游特色、景點概況、瀏覽路線、交通線路，并且可以網(wǎng)上酒店訂房訂餐、訂購地方特色產(chǎn)品等。

2）景點信息查詢：在系統(tǒng)中建立各個景點信息數(shù)據(jù)庫，當用戶瀏覽到某一景點時，只要在電視終端上點擊該景點的人造或自然景物，與該景物建立了超級鏈接的相關(guān)旅游信息（包括全國或全世界范圍內(nèi)類別相同的其他景物信息），就將以文字、圖片、視音頻短片等形式供用戶選擇性顯示或播放。

3）旅游線路導航地圖：在電視顯示界面的某一角處，同時顯示出一個平面旅游線路導航地圖，上面動態(tài)地顯示著用戶目前在景區(qū)中所處的實際位置，點擊這個地圖上的景點，還可以直接到達指定的地點開始旅游，該地圖可以放大、縮小或隱藏。

4）虛擬景區(qū)中還可以人為地增加一些虛幻效果，使游客感受到在實地旅游中不可能擁有的愉悅。

虛擬旅游的游覽者可以在動態(tài)的自然虛擬風景中感受鳥語花香、風吹樹動、潺潺流水的大自然美景，比起實地旅游，這樣的虛擬旅游更是別有一番情趣。

2.2 電視虛擬商場業(yè)務(wù)

同虛擬旅游一樣，到了NGB時代，基于商場的實際照片或視頻圖像，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以構(gòu)建出看起來與實際幾乎無異的虛擬商場。由于商場內(nèi)部絕大多數(shù)的區(qū)域、商鋪、置景等的形狀都是規(guī)則的，并且商場內(nèi)部絕大多數(shù)都是靜態(tài)的商鋪和商品，所以可以利用簡單的幾何建模加實景照片貼圖的方式來構(gòu)建虛擬商場，以提高虛擬商場的可操作性。

在這種虛擬商場的每一個關(guān)鍵部位和每一個商鋪，都與實際商場同一處的高清監(jiān)控攝像頭進行關(guān)聯(lián)，由于這些實際高清監(jiān)控攝像頭都已聯(lián)入城市物聯(lián)網(wǎng)，用戶在電視終端上通過點擊某一個監(jiān)控攝像頭圖標，就可以看到實際商場中該攝像頭監(jiān)控的實時高清畫面。在電視終端上，通過采用新型算法的圖像處理技術(shù)而編寫的數(shù)字監(jiān)控App，還可以對實時監(jiān)控的畫面進行抓拍，并且可以對所抓拍的畫面中的任意選定區(qū)域進行變焦處理，以便在保證圖像分辨率及畫質(zhì)的前提下，對所感興趣的畫面部分放大觀看。而商場中的每一種類商品都已制作了360°全景圖像，用戶可以對其進行360°的全景觀看，當然，每一類商品又與其文字、圖片、視音頻的產(chǎn)品介紹相關(guān)聯(lián)，用戶隨時都可以點擊查看。事實上，這種利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)并結(jié)合實際的高清電子監(jiān)控，所構(gòu)建成的是一種虛實結(jié)合的復合現(xiàn)實[10]。

逛虛擬商場有兩種方式。一種方式是無明確目的的游逛，這時，用戶在電視終端界面上從商場的入口出發(fā)，同虛擬旅游一樣，逐層逐鋪地游逛。你可以自由地選擇路線，當然這也是商場的實際路線，你可以拐彎抹角、走走停停地瀏覽，并且完全可以按照自己眼睛的視野進行水平360°的環(huán)視和垂直180°的俯仰觀看。商場對每一種商品都會制作出360°全景圖像，當走進一個商鋪，點擊其中感興趣的商品，就可以控制它進行360°觀賞（如圖1）。如果需要，通過點擊其二維碼，與其關(guān)聯(lián)的該商品的錄音介紹就會自動播放，同時在電視上以文字方式顯示出該商品相應(yīng)的全部參數(shù)信息。另一種方式是有明確目的地到商場中對某一商品進行研究和選購，這時，用戶通過商場的導游地圖，在電視終端上直接點擊進入所要前往的商品區(qū)域，或者根據(jù)所要研究的商品類別或品牌，直接點擊進入指定商鋪，然后同第一種方式一樣，進入商場對某一類或某個商品進行仔細挑選。

對于服裝商鋪，顧客試衣是一件必需而頻繁且麻煩的事情。在逛電視虛擬商場時，用戶除了可以全方位地觀看用真人模特制作成的各款服裝的360°全景圖像外，還可以實現(xiàn)服裝的在線試穿。

屆時，人體的三維圖像掃描技術(shù)[11]將會很成熟，通過人體三維圖像掃描，生成可自由活動并可自由控制的人體仿真三維立體模型，將其存儲于自己的電視終端或云盤，以便隨時使用。

服裝的在線試穿，就是用戶在逛電視虛擬商場時，發(fā)現(xiàn)一件自己喜歡的服裝，只要在電視終端上點擊這件服裝進入它的試穿功能，系統(tǒng)便會要求輸入仿真三維立體模型，輸入后，這件服裝就會自動地穿在仿真立體人體模型上，這是一種本人身體參數(shù)與服裝實際參數(shù)的匹配過程。這時，可以轉(zhuǎn)動它，從不同的側(cè)面進行觀賞，看看款式、大小、顏色是否合適；也可以控制它走一走或自由地變換姿勢，“感覺”一下服裝的舒適程度。試衣的過程中，可以增加一些手袋、眼鏡、手表、首飾，更換一下發(fā)型、發(fā)色、妝容，調(diào)整一下試衣場景、光線等。當然如果想進一步了解這件服裝的詳細信息，就點擊它的二維碼。這種試衣方式是自己作為旁觀者看著自己試穿，更能判斷出這件服裝是否適合于自己。

如果親自到了商場，從云盤中將立體人體模型直接調(diào)入或通過便攜電視終端“甩”或“觸”到商鋪的試衣屏上，試衣屏上就會顯示出本商鋪適合穿戴的所有商品供選擇，手指觸摸選中的商品，試衣屏上就會呈現(xiàn)出穿戴所選商品后的3D圖像（如圖2），可以控制它自由縮放、隨意轉(zhuǎn)動、變換姿勢、增加佩飾、更換妝容發(fā)型、調(diào)整試衣場景等，當然這種試衣效果的仿真模型也可以“觸”入便攜電視終端，等待回家欣賞。

利用這種虛擬現(xiàn)實技術(shù)，還可以實現(xiàn)電視賞車、試駕和購車，以滿足車友對各種檔次、各種型號汽車的品賞和體驗欲望；可以構(gòu)建虛擬博物館，使參觀者對每一件展品進行360°全方位欣賞。

2.3 電視虛擬城市業(yè)務(wù)

在NGB環(huán)境下，可以利用基于實景圖像的虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建一個三維的虛擬城市。在虛擬城市的大街小巷、休閑廣場、公園、學校、小區(qū)、工廠等的關(guān)鍵部位，關(guān)聯(lián)上已聯(lián)入城市物聯(lián)網(wǎng)的實際城市同一處的高清監(jiān)控攝像頭，如果用戶想要看一看某處的實時街景，在電視終端上通過點擊某一個監(jiān)控攝像頭圖標，就可以直接看到此時實際城市中該攝像頭監(jiān)控的實時高清畫面。同樣，在電視終端上，通過數(shù)字監(jiān)控App，可以對實時監(jiān)控的畫面進行抓拍，并可對畫面中的任意選定區(qū)域進行變焦處理，從而對所感興趣的部分畫面進行清晰的放大觀看。

與電視虛擬旅游一樣，利用電視終端就可以自由地進入到利用復合現(xiàn)實所構(gòu)建的虛擬城市之中，坐在家里，通過遙控或者手指觸摸的方式，按照自己的速度、路線、方向，穿大街、走小巷、逛公園、遛廣場。當然，坐在家里，還可以切換觀看全城各個街道、路口、重點部位的實時監(jiān)控圖像，并可對感興趣的內(nèi)容進行實時錄像（如圖3），其中所看到的景象，都是根據(jù)實地實景拍攝或者實際高清監(jiān)控攝像頭實時拍攝的畫面。這樣的虛擬逛街如身臨其境，不受天氣、路途、霧霾及身體狀況的影響，不失為一種“外出”散心、心理調(diào)節(jié)的好方式。這種業(yè)務(wù)同時還可以對于城市的交通、治安、室外人們的行為等狀況起到群眾監(jiān)督的作用。

由于依托了NGB，采用了云技術(shù)，根據(jù)整個城市內(nèi)的車輛和道路等交通信息，還可以實時地計算出最優(yōu)的行車路線。人們通過車內(nèi)的電視終端、公交站牌、道路導引牌等無處不在的各種電視顯示屏，可以及時直觀地了解到全城的交通狀況，以便選擇出適于自己的行車路線。

2.4 電視虛擬樓盤展示業(yè)務(wù)

基于幾何建模技術(shù)構(gòu)建一個待建或者已建的三維虛擬樓盤，按照實際的位置、方向和比例，將其放置于基于實景圖像構(gòu)建的虛擬環(huán)境中，共同構(gòu)建一個具有真實外景環(huán)境的虛擬樓盤。人們通過電視終端，可以從外部觀看這個樓盤的外觀、朝向和其所處的真實環(huán)境，還可以進入樓盤內(nèi)部，觀看其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并可以從內(nèi)部觀看到樓盤外面的真實景象；進入樓盤的方式可以是直接進入某一個樓座、單元、樓層或者戶型，也可以是通過樓門經(jīng)過樓梯，按照任意的方向、路線，邊走邊看。

人們進入這樣的虛擬樓盤內(nèi)部，可以隨意走動并前后、左右、上下全方位地對樓內(nèi)的結(jié)構(gòu)進行觀看。站在房間里的某一處所看到的窗外景象，其實就是以當時所處位置的視野觀看到的室外實際景象，這些不但與在房間內(nèi)離窗戶的遠近以及所在樓層的高度有關(guān)，而且還與不同時間的日照角度有關(guān)。這樣，坐在家里，通過電視終端，就可以真正感受到所在樓盤內(nèi)外的實際景象，并能一次性感受到一天甚至一年之內(nèi)不同時間的室內(nèi)采光情況。

3 結(jié)束語

由于上述虛擬現(xiàn)實業(yè)務(wù)最大特點是運行于網(wǎng)絡(luò)，所需實時處理的數(shù)據(jù)龐大，一般的網(wǎng)絡(luò)無法承擔較為完善的虛擬現(xiàn)實業(yè)務(wù)，只有NGB這樣具有超高帶寬的網(wǎng)絡(luò)，并且借助于云計算技術(shù)，才能順利實現(xiàn)以智能、流暢、人性與開放而著稱的交互式高清業(yè)務(wù)、3D業(yè)務(wù)及其云應(yīng)用，從而以網(wǎng)絡(luò)方式開展流暢的虛擬現(xiàn)實業(yè)務(wù)。

在基于NGB環(huán)境的虛擬現(xiàn)實業(yè)務(wù)中，人們通過電視終端可以直接進入虛擬場景之中，可以對其中的場景及事物進行自由控制。而對于這些業(yè)務(wù)的實現(xiàn)，則需要在標準的NGB網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和相應(yīng)的軟硬件支持下來完成，目前看來這是一個龐大的工程，尚需技術(shù)條件成熟后，再作進一步的實驗研究。

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