三維全景在虛擬校園漫游系統(tǒng)中的生成和運用

王雪松

摘要：在虛擬校園漫游系統(tǒng)中，三維全景的生成無疑是其中的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，其不但能夠給觀眾以鮮明的第一印象，更對整個系統(tǒng)后續(xù)的體驗和互動有著決定性影響。鑒于此，本文從三維全景技術(shù)的發(fā)展談起，就其在虛擬校園漫游系統(tǒng)中的生成和運用進行了具體的分析。

關(guān)鍵詞：三維全景；虛擬校園漫游；生成和運用；研究分析

l 三維全景的含義和用途

三維全景全稱為三維全景漫游技術(shù)，其核心正是三維全景圖像。通過利用拍攝設(shè)備所獲得的多張360度和180度的照片，拼接為一張圖像，從而構(gòu)成一個全景空間。與傳統(tǒng)的二維場景相比，其具有多個優(yōu)點：一是真實感強。二是互動性強。觀眾可以憑借自己的喜好進行隨意操作。三是文件體積小，方便傳輸，對丁硬件的要求也不是太高。對丁學(xué)校來說，近年來，虛擬校園漫游系統(tǒng)的開發(fā)和運用就被提上了日程。而整個系統(tǒng)的構(gòu)建的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，則是三維全景的牛成，其能夠?qū)⒈姸?60度拍攝的照片組合成為一個全景圖像，然后再通過一些軟件和插件，在計算機、于機等媒體上予以真實的還原。而且觀看者還可以根據(jù)自己的喜好，進行上下左右、前后遠近的調(diào)整，獲得一種身臨其境之感。所以從這個角度來說，沒有三維全景，也就沒有虛擬校同漫游系統(tǒng)的牛成，發(fā)揮著關(guān)鍵的基礎(chǔ)性作用。

2 虛擬校園漫游系統(tǒng)中三維全景的生成和運用

2.1 圖像采集

圖像是三維全景牛成的原始素材，一般來說，圖像的獲得包含兩種形式。第一種是運用全景相機拍攝。全景相機可以直接獲得全景圖像，免去了后續(xù)制作的麻煩，但是其弊端也是顯而易見的，即全景相機本身是十分昂貴的，拍攝成本較高，所以一般很少使用。第二種是采用普通相機拍攝?？梢詫⑵胀ǖ恼障鄼C或攝像機架設(shè)在一個可以水平選裝的支架上，然后進行轉(zhuǎn)動拍攝。所拍攝出來的照片是有一定重合部分的，所以需要在電腦上利用軟件進行拼接處理。因為普通照相機和攝像機的價格相對低廉，所以這也是當下主流的圖像采集方式。例如，可以運用多個魚眼鏡頭，分別拍攝建筑物、雕塑等立方體上下左右前后的六個面，然后再將安裝了魚眼鏡頭的相機同定在支架上，進行背景的拍攝，每旋轉(zhuǎn)90度拍一張。之所以采用這方式，是因為180度的魚眼鏡頭拍攝出的照片沒有重疊區(qū)域，很容易讓后期的拼接處理出現(xiàn)偏差，而每隔90度拍攝一張，就可以將其和魚眼拍攝照片進行比對，更加方便與后期的制作。在獲得了帶有重疊區(qū)域的圖像素材之后，因為每一幅圖片坐標不同，所以為了獲得統(tǒng)一化的效果，必須將其統(tǒng)一到同一個坐標體系中。對此通常采用球面投影和柱面投影的方式。球面投影是將多幅圖像拼接投射到一個球面上，獲得圖像像素點在空間中的方位信息。其對于圖像素材本身并沒有什么特殊的要求，所以是一種廣為采用的方式。柱式投影可以視為是球面投影的變形，其將準備拼接的圖像投射在一個網(wǎng)柱體上，與球面投影相比，其在獲得空間方位信息的同時，還能夠快速地去除重復(fù)的信息。經(jīng)過上述處理后，整個三維全景圖的骨架也就搭設(shè)完畢了。

2.2 圖像拼接

因為全景照相機的價格較為昂貴，所以在圖像采集過程中，還是多采用普通相機拍攝加后期拼接處理的方式為主。其根本原理是將眾多圖像匯集在一起，然后刪除掉其重疊部分，使之成為了一個新的整體。其中的關(guān)鍵就在丁重疊位置和區(qū)域的查找。如果查找的不準確，就會出現(xiàn)重復(fù)表現(xiàn)和遺漏表現(xiàn)的結(jié)果，也就難以稱為是全景圖了。且因為在具體的拍攝過程中，受到硬件本身和具體環(huán)境的影響，使得最終的圖片效果還以做到百分百精確，經(jīng)常出現(xiàn)一些平移、扭曲、變形、色彩等情況，這也再一次凸顯出了圖像拼接的重要性。一般來說，圖像拼接包含兩種方式，即區(qū)域拼接和特征拼接。區(qū)域拼接是對面面灰度信息的運用，以此來作為特征和區(qū)分，但是涉及層面眾多。特征拼接則是針對圖像的點、線、面、輪廓等特征進行匹配，因為是一種點對點的處理，所以運算量較小，也是當下一種主流的處理方式。在具體拼接方法上，第一種是幀到幀的合成。又被稱為是靜態(tài)圖像拼接技術(shù)。其能夠以批量的形式將所有的圖像變換為同一個坐標體系，然后利用不同的時空濾波器進行拼接。既可以是自動獲得，也可由設(shè)計者于動選擇。第二種是幀到圖像合成。鑒丁幀到幀的組合很容易小現(xiàn)累積誤差，所以一些設(shè)計者對幀到圖像的方式進行了嘗試，也就是動態(tài)拼接技術(shù)，其將圖像幀和拼接圖像放置到同一個坐標體系內(nèi)進行處理，既減少了累積誤差的出現(xiàn)，而且在一些運動場景的表現(xiàn)時，往往有著更加出色的效果。第三種是拼接圖像到幀的合成。其可以視為是幀到圖像合成的反運用。是以幀圖像的坐標體系為標準，讓拼接圖像與之相配準，所以也更加適用丁一些視頻傳輸和動態(tài)圖像拼接。第四種是拼接圖像到拼接圖像的合成。還是為了避免幀圖像所出現(xiàn)的誤差，所以設(shè)計者們探索出了拼接圖像到拼接圖像的合成，其將圖像按照一定的特點和規(guī)則進行分段，先形成子圖像，然后再將子圖像進行組合，可謂是一種誤差小且方便快捷的方式。當所有的全景地圖制作完畢之后，則要進一步將其轉(zhuǎn)換為Flash格式，對此Pan02vr是一個十分得力的T具，可以將全部素材都輸入到該軟件中，然后選擇球面或柱式投影，最終牛成高質(zhì)量的Flash。

2.3漫游發(fā)布

制作三維全景的最終日的是整個漫游系統(tǒng)的牛成，所以要將主要景點、建筑物、硬件設(shè)施等組合成單個節(jié)點的三維全景圖，以實現(xiàn)單個場景的交互式漫游。其優(yōu)勢在丁能夠全面、快速而流暢的實現(xiàn)自動和于動漫游控制。而制作方也可以將整個系統(tǒng)整合在一個網(wǎng)頁下，放置在校同網(wǎng)站中，再輔以百度地圖等工具，實現(xiàn)從宏觀到局部的全面展示。最后，為了獲得更好的使用感受，也需要定期對整個系統(tǒng)的界面進行優(yōu)化，以達到互動性強、特色鮮明的日的。具體來說，系統(tǒng)的整體風(fēng)格是要與學(xué)校整體形象相一致，比如校同建筑物的色彩、學(xué)校一些宣傳材料中常用到的圖案和背景等，使瀏覽者不看名字，就能夠憑借印象和感覺知道這是哪一所學(xué)校，使學(xué)校的特色得到最大化的彰顯。除此之外，也應(yīng)該在整個系統(tǒng)中適當加入一些音樂和音效。一些優(yōu)美的輕音樂能夠增強瀏覽者的身臨其境之感，從單純的視覺感受變?yōu)榱艘暵牶弦?。而一些音效的加入，如轉(zhuǎn)入下一節(jié)點時發(fā)出的美妙聲響等，則能夠讓人感受到一種人性化關(guān)懷。

近年來，建立在三維全景基礎(chǔ)上虛擬校同漫游系統(tǒng)的開發(fā)和運用，對學(xué)校的形象宣傳和推廣、校同環(huán)境的規(guī)范管理以及師牛的工作、學(xué)習(xí)和?；畹确矫?，都能產(chǎn)牛積極的影響。在當今全球數(shù)字化的大環(huán)境下，學(xué)校尤其是高等院校應(yīng)對虛擬校同漫游系統(tǒng)有充分的認識和足夠的重視，并結(jié)合自身的實際情況進行合理的開發(fā)和運用，進一步實現(xiàn)校同數(shù)字化。