基于全景的虛擬現(xiàn)實在海南休閑農(nóng)莊的應(yīng)用與研究

桑峻

摘要： 目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)成為各領(lǐng)域研究問題、展示和高效使用研究成果的方法、手段和工具。虛擬全景是基于圖像的虛擬建模技術(shù)，它依賴于對虛擬對象模型或虛擬空間的圖像樣本采集，通過一定的圖像處理算法和視覺計算算法實現(xiàn)三維場景的構(gòu)建。

關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實；全景技術(shù)；全景圖

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）20-0232-03

Abstract：It can be concluded that virtual reality technology has already become an essential tool and measure not only to study problems， but to demonstrate and efficiently use research results in every field. Virtual panorama is virtual modeling technique based on image， it relies on virtual object model or virtual space image samples， through certain image processing algorithms and the construction of visual computing algorithm to realize 3 d scene.

Key words： virtual reality；panoramic technology； panoramic view

1引言

在島外游人的眼里，海南休閑農(nóng)莊非常有特色，火山石的房子、繽紛的熱帶水果、地道海南野菜、頗具特色的民俗，以及海島獨有的生態(tài)環(huán)境與熱帶地域氣息等。但這并不意味著海南的休閑農(nóng)莊就注定會受到關(guān)注。經(jīng)實地走訪，目前海南示范性休閑農(nóng)莊主要是企業(yè)自營，規(guī)模大小不一，消費人群主要還是本島居民，依然沿襲口碑相傳的經(jīng)營習慣。而作為行業(yè)性的網(wǎng)站，海南休閑農(nóng)業(yè)網(wǎng)在景點展示的欄目采取的仍然是文字加圖片的方式，這顯然不適合在創(chuàng)建海南全域旅游背景下的行業(yè)宣傳。目前基于全景的虛擬展示技術(shù)商業(yè)化已較為成熟，但高昂的費用成為應(yīng)用推廣的瓶頸。為此，以海口開心農(nóng)場虛擬全景制作為例，提出了一個經(jīng)濟、質(zhì)優(yōu)、效率、可靠的虛擬全景展示制作流程。該方式生成的虛擬全景展示，即可補齊海南休閑農(nóng)業(yè)向外推介的短板，也可吸引島外游客前來休閑觀光。

2 虛擬現(xiàn)實和全景技術(shù)概述

2.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可提供給用戶隱藏在數(shù)據(jù)背后的信息，可對客觀世界進行可視化的表達和模擬，從而實現(xiàn)友好的人機交互。虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）是一種高端的人機接口技術(shù)。它綜合了計算機圖形學、圖像處理、模式識別、人工智能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及語音技術(shù)等多學科技術(shù)領(lǐng)域，將各類抽象信息通過自然的方式和多種感覺通道來實時模擬仿真與交互，給人以視、聽、觸等自然方式去感覺和認識計算機生成的虛擬世界，提升人與計算機的交互，促進人機交互的效率。虛擬現(xiàn)實產(chǎn)生的景象是計算機生成的，它存在于計算機的內(nèi)部，是人為構(gòu)成的三維虛擬景象。這種虛擬景象可以是真實的世界，也可以是完全虛擬假想的世界，其顯示的界面為三維世界，并能夠進行交流的智能人機界面。

2.2 全景技術(shù)

人眼的視角一般只有200×135度，廣義的全景圖可以定義為視角超過人眼正常視角范圍的圖像。為了實現(xiàn)的方便，文中采用的是360度水平視角圓柱形圖像。全景圖就是對實景一種幾何關(guān)系的映射，借助全景播放器實現(xiàn)類似3D的體驗，營造三維立體氛圍。全方位是全景圖最大的特點，該特點具體表現(xiàn)為：

1）全：全方位，全面展示360度球型模型、圓柱形及立方體模型內(nèi)的所有場景，用戶可在全景圖內(nèi)通過操縱桿，觀看場景各角度的實際景觀。

2）景： 拼合的圖像在實景基礎(chǔ)上融合拼接， 完全還原了真實的場景，最大限度的保留了場景的真實性。

3）360：360度環(huán)視的效果，圖像本身是二維的， 但是經(jīng)過全景軟件處理之后得到的360全景，卻能給人以三維立體的空間感覺，使觀者猶如身在其中。

目前全景圖在虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的應(yīng)用是個熱點，它是利用計算機實現(xiàn)虛擬漫游的一種技術(shù)。該技術(shù)的困難是構(gòu)建虛擬場景，現(xiàn)行的做法是：基于模型的繪制技術(shù)（MBR）和基于圖像的繪制技術(shù)（IBR）。

基于模型的繪制技術(shù)（MBR），其實質(zhì)是計算機圖形繪制和渲染技術(shù)的幾何建模和繪制，也稱為基于圖形的建模方法。此法借助圖形繪制技術(shù)，采用數(shù)學模型的建立，設(shè)置觀察點，通過一系列投影變換等繪制過程，完成對真實世界的建模。

基于圖像的繪制技術(shù)（IBR），其本質(zhì)是幾何建模技術(shù)中的紋理映射技術(shù)，它依賴于對虛擬對象模型或虛擬空間的圖像樣本采集，通過一定的圖像處理算法和視覺計算算法實現(xiàn)三維場景的構(gòu)建。由于此類建模技術(shù)可以以真實世界的圖像來表達現(xiàn)實世界的豐富細節(jié)，因此在效果上更加接近真實世界。由于克服了場景復(fù)雜度的因素，又減少了繪制細節(jié)必需的大量計算環(huán)節(jié)，故對計算機性能不做過高強調(diào)。

與基于圖形的建模方法（MBR）的方法相比，基于圖像的繪制技術(shù)（IBR）方法有以下優(yōu)點：

1）繪制快，建模簡單：由于繪制費用不受場景的復(fù)雜的限制，因此，IBR 經(jīng)濟效益更高；

2）繪制質(zhì)量高：采集設(shè)備的技術(shù)進步，基于圖像的繪制方法能更加真實地反映景物的形狀、顏色、材料、紋理、光強變化等信息；

3）繪制簡單：圖形繪制獨立于場景復(fù)雜性，與所要生成畫面的分辨率有關(guān)；

4）硬件要求低：現(xiàn)有個人計算機上都可滿足需要。

3 海口開心農(nóng)場虛擬全景的生成

?？陂_心農(nóng)場位于?？诮?0公里處，面朝火山口地質(zhì)公園，背倚現(xiàn)代生態(tài)文明示范村美社村，毗鄰古老的火山石村落。淳樸天然的火山莊園，全年綠樹成蔭，可為?？谝约爸苓叺貐^(qū)提供綠色有機蔬菜、手工作坊等體驗為一體的，提倡健康及可持續(xù)生活方式的精品休閑農(nóng)莊。

3.1 海口開心農(nóng)場虛擬全景的制作流程

面對眾多的虛擬全景生成軟件，重要的是要找出一條經(jīng)濟、簡便、有效、可靠的虛擬全景制作實現(xiàn)流程。經(jīng)過一番研究和嘗試之后，以?？陂_心農(nóng)莊虛擬全景制作為例，提出如下具體實現(xiàn)流程： 圖像的采集、PTGui全景拼接、美圖王修補、Pano2VR 全景發(fā)布、休閑農(nóng)業(yè)網(wǎng)站發(fā)布。

3.2 ?？陂_心農(nóng)場全景圖像的采集

圖像采集是圖像拼接的前提， 圖像采集設(shè)備的性能越好，后期制作效果越佳。由于拼接軟件的智能化越來越高，間隔30度連續(xù)采集12張照片，已可充分保證全部信息的完整性，對于大型全景漫游可減少采集的工作量。

3.3全景圖像的拼接

PTGui是多功能全景制作工具的一個用戶界面。使用PTGui可以快捷方便地制作出全景圖片，導入圖片之后就可以自動的拼接和融合為全景圖像。該軟件支持多種視圖和映射方式，也可支持用戶自行修改和添加控制點來提高拼接的精度，拼接后的圖像明暗度均一，基本上沒有明顯的拼接痕跡。

PTGui的主界面清楚、拼接流程直觀，各類標識簡潔。通過三個步驟實現(xiàn)：第一步，加載圖像；第二步，對準圖像；第三步，創(chuàng)建全景圖，即可實現(xiàn)全景圖像的生成。如圖1、圖2、圖3、圖4所示。

“對準圖像”完成之后，在“全景圖編輯器”可預(yù)覽即將生成的全景圖，同時由于采集設(shè)備的光心不在同一平面，造成圖像融合成像后的歪斜狀，可使用全景圖預(yù)覽編輯器工具“設(shè)置中心點”，對全圖進行調(diào)整矯正。調(diào)整完畢后，即可設(shè)置全景輸出的具體參數(shù)，創(chuàng)建全景圖。如圖5、圖6、圖7、圖8所示。

3.4 ?？陂_心農(nóng)場虛擬全景的發(fā)布

Pano2VR是一款轉(zhuǎn)換全景圖像的實用工具。隨著全景技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)lash播放方式的全景逐漸成為主流，通過Pano2VR把全景圖片轉(zhuǎn)換為Flash格式，快速制作出360度虛擬全景漫游。 同時，Pano2VR皮膚編輯器可以添加動畫和聲音效果，也可以添加自己的按鈕和圖形，設(shè)計和建造一個熱點地圖為虛擬之旅。如圖9、圖10、圖11所示。

4 結(jié)語

隨著技術(shù)的進步，虛擬現(xiàn)實越來越受到人們的關(guān)注。它可對客觀世界進行可視化的表達和模擬，以直觀的方式呈現(xiàn)在大家面前。文中以實現(xiàn)海口開心農(nóng)莊虛擬全景展示為例，提出了一個簡單易行的虛擬全景生成的技術(shù)流程，目的就是要解決海南休閑農(nóng)業(yè)網(wǎng)在對外推介宣傳的傳統(tǒng)模式，為海南休閑農(nóng)業(yè)的發(fā)展助力。

參考文獻：

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