基于全景圖的科普場館漫游系統(tǒng)設(shè)計(jì)

沈陽工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 張勝男 高如玉 高 權(quán)

基于全景圖的科普場館漫游系統(tǒng)設(shè)計(jì)

沈陽工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 張勝男 高如玉 高 權(quán)

科普場館漫游系統(tǒng)是科普資源數(shù)字化建設(shè)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。針對傳統(tǒng)的基于實(shí)體建模的漫游系統(tǒng)存在的制作復(fù)雜、周期長等問題，論文闡述了一種基于Pano2VR全景技術(shù)的漫游系統(tǒng)的制作方法。以拍攝的實(shí)景圖片為基礎(chǔ)，通過圖像拼接、全景圖投影、交互熱點(diǎn)設(shè)置、全景圖發(fā)布等環(huán)節(jié)快速建立起一個(gè)實(shí)用的漫游系統(tǒng)。

全景系統(tǒng)；科普場館；Pano2VR

引言

科普場館是一個(gè)匯集各類科技展品，面向社會公眾進(jìn)行科普宣傳和教育的重要場所。當(dāng)前隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字科普場館應(yīng)運(yùn)而生，它打破了傳統(tǒng)實(shí)地游覽場館的空間、時(shí)間限制，極大限度地?cái)U(kuò)展了科普場館的輻射區(qū)域和教育效果。

360°全景漫游是基于全景圖像的真實(shí)場景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它以全新的視角，身臨其境般的直觀感受全方位展示相關(guān)產(chǎn)品和空間，沉浸感強(qiáng)烈。與傳統(tǒng)的基于實(shí)體建模的三維虛擬漫游系統(tǒng)相比，具有生成方便，制作周期短，制作成本低、發(fā)布格式多樣，適合各種形式應(yīng)用的特點(diǎn)。目前，360°全景漫游已成為數(shù)字場館展示最為實(shí)用、有效的手段之一[1]。

1.全景圖及Pano2VR全景制作

全景圖是指通過廣角的表現(xiàn)手段以及繪畫、相片、視頻、三維模型等形式，盡可能多的表現(xiàn)出周圍的環(huán)境。

全景制作是指將專業(yè)相機(jī)360°環(huán)視拍攝到的一組照片或使用建模軟件渲染過后的圖片通過特定軟件進(jìn)行無縫處理，拼接而成一張全景圖像，從而把二維的平面圖模擬成真實(shí)的三維空間，并提供各種圖像操縱手段，以達(dá)到模擬和再現(xiàn)場景的真實(shí)環(huán)境的效果。

當(dāng)前，全景制作一般采用Pano2VR、Panorama、Maker、Ulead COOL 360等專門軟件[2]。例如，Pano2VR能把全景圖像轉(zhuǎn)換成Flash、HTML5、CSS3等格式輸出，轉(zhuǎn)換完畢就能直接在相應(yīng)平臺上瀏覽。除此之外，Pano2VR可定制皮膚，支持多國語言，支持多重分辨率漸進(jìn)式全景縮放，滿足不同虛擬漫游系統(tǒng)的要求。

2.基于全景圖的場館漫游系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于全景圖的科普場館漫游系統(tǒng)是一個(gè)面向具體場館的實(shí)景再現(xiàn)系統(tǒng)。從功能上不僅要真實(shí)地反映場館的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)基本場景的瀏覽，而且要提供必要的導(dǎo)航以及操作手段，支持用戶自主選擇游覽路徑，實(shí)現(xiàn)交互式漫游。為此，全景系統(tǒng)設(shè)計(jì)了如下功能：

2.1 虛擬場景漫游

基于Pano2VR實(shí)現(xiàn)360°全景漫游。通過照相機(jī)進(jìn)行全景拍攝得到全景圖片，再進(jìn)行拼接而成的360°全景，使用起來更加真實(shí)直觀。

2.2 雷達(dá)掃描

雷達(dá)掃描主要是通過雷達(dá)指針獲取當(dāng)前的視角方向和范圍，從而使用戶可以辨別自己當(dāng)前所面向的方向。雷達(dá)所占面積較小，可以放置在播放器一角，方便實(shí)用。

2.3 導(dǎo)航地圖

導(dǎo)航地圖的設(shè)置主要是為避免復(fù)雜環(huán)境中的漫游迷失，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的快速定位。由于地圖一般所占面積較大，導(dǎo)航地圖需要隱藏在全景播放器側(cè)欄，其顯示由相應(yīng)動作觸發(fā)，反之隱藏。

2.4 全景縮略圖

在場景過多時(shí)通過縮略圖可以實(shí)現(xiàn)場景的快速跳轉(zhuǎn)。系統(tǒng)中可提供放大鏡標(biāo)志按鈕來顯示/隱藏縮略圖。

2.5 平面圖瀏覽

這是一個(gè)不需要漫游直接進(jìn)入場館的快捷通道，直接打開樓層平面圖，點(diǎn)擊相應(yīng)標(biāo)簽，即可進(jìn)入場景。

3.基于Pano2VR的場館漫游系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 Pano2VR全景漫游系統(tǒng)制作流程

Pano2VR全景漫游系統(tǒng)制作主要分為四個(gè)步驟：制作全景圖、創(chuàng)建Pano2VR工程文件、創(chuàng)建交互熱點(diǎn)、生成漫游系統(tǒng)。

全景圖由多張拍攝的實(shí)景圖片拼接制作，利用Pano2VR的全景圖輸出功能直接生成全景圖。為了保證Pano2VR制作的全景漫游的清晰度和系統(tǒng)運(yùn)行的流暢性，在輸出時(shí)應(yīng)選擇300dpi分辨率。

在Pano2VR工程文件制作中，主要是確定全景圖投影模型。Pano2VR設(shè)置了矩形球面投影、立方體圖片、柱形、T形、十字形等多種類型，我們可以選擇由軟件自動判斷類型。

創(chuàng)建交互熱點(diǎn)，可以把不同場景進(jìn)行鏈接，實(shí)現(xiàn)多地點(diǎn)瀏覽。創(chuàng)建熱點(diǎn)時(shí)，需要設(shè)置熱點(diǎn)的提示文字，跳轉(zhuǎn)的場景，以及鏈接場景的查看角度。

Pano2VR支持生成Flash、HTML5、CSS3等多種格式的漫游系統(tǒng)。為保證生成圖片的顯示效果，可把窗口尺寸設(shè)置為較大的像素值。此外，還可以設(shè)置漫游的自動旋轉(zhuǎn)、運(yùn)動慣性、鼠標(biāo)靈敏度、漫游縮放等各種參數(shù)，以達(dá)到更好的漫游體驗(yàn)效果。

3.2 關(guān)鍵問題

3．2．1 圖片采集與拼接

全景圖片采集是全景圖制作的關(guān)鍵步驟，一般需要通過專業(yè)的全景拍攝器材拍攝?？紤]到制作成本，也可通過普通相機(jī)借助三角架和云臺完成拍攝，通過后期的加工制作拼接形成全景圖。

圖像拼接可使用Photoshop軟件進(jìn)行，具體拼接流程為：合并圖層、修補(bǔ)拼接處、裁剪圖片、輸出全景圖片。其中，接縫處拼接可使用Photoshop中的修補(bǔ)工具、污點(diǎn)修復(fù)畫筆工具和仿制圖章工具。裁剪位置最好是墻或者是容易銜接的地方，這樣拼接后不容易看出接縫。

沈陽市科技計(jì)劃項(xiàng)目（F15-194-5-00）。