Object2VR軟件在數(shù)字化動物標本制作中的應用

王浩宇 ， 馬占邦 ， 楊樣如 ， 毛瑞涵 ， 劉 成 ， 吳澤燦 ， 白志坤 ， 羅繼龍

(1.東北農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學學院 實驗動物與比較醫(yī)學重點實驗室 ， 黑龍江 哈爾濱 150030 ;2.東北農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院 ， 黑龍江 哈爾濱 150030)

家畜解剖學學科目前在教學上主要采用錄像、圖片和實體標本來向?qū)W生展示動物體的形態(tài)結(jié)構(gòu)。這些工具在使用方式和展現(xiàn)效果上的局限，使該學科的教學效果大打折扣[1]。而虛擬現(xiàn)實是一種計算機仿真系統(tǒng)，用來模擬真實的生活環(huán)境和對象。利用計算機模擬出的虛擬環(huán)境，并借助視覺、聽覺、嗅覺等交互式，體驗者可以沉浸到虛擬世界中去[2]。該技術彌補了傳統(tǒng)教學工具的不足。從1965年虛擬現(xiàn)實基本思想形成開始，虛擬現(xiàn)實技術已走過半個世紀的研究歷程。美國作為發(fā)源地，率先將該技術應用在飛機制造和航空航天等領域；日本建立VR知識庫并在VR游戲的研究上做出了卓越的貢獻；我國也不甘落后，在眾多高校和科研單位建立起虛擬現(xiàn)實技術實驗室。目前，虛擬現(xiàn)實技術已經(jīng)廣泛應用到軍事、房地產(chǎn)、醫(yī)療和文化教育等領域[3]。

Object2VR是一款環(huán)物全景制作軟件，它根據(jù)一個物體多個角度的圖像生成三維動畫，用戶可以根據(jù)它自由地選取觀察角度，放大縮小畫面并觀察該物品的每一個細節(jié)，非常適合教學工作者學習和使用。

筆者在本文中闡述了一條適合動物標本展示的三維動畫制作途徑，并在平臺發(fā)布方面做了探討，可以為同類型三維動畫制作提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 圖片采集工具：CANON 600D相機、ComXim MT380藍牙數(shù)控電動轉(zhuǎn)臺、TurnTable 1.1.0軟件；圖像處理工具：Adobe Photoshop CS6軟件；三維動畫制作工具：Object2VR studio 3.0軟件；后期處理工具：Adobe Flash CC軟件和FlashPacker軟件；骨骼：馬寰椎一塊，馬薦椎樞椎一塊，來源東北農(nóng)業(yè)大學家畜解剖學實驗室。

1.2 技術方法 根據(jù)掌握的資料，將制作流程歸結(jié)為5個主要環(huán)節(jié)(圖1)。

圖1 制作流程

1.2.1 圖像采集 將藍牙數(shù)控電動轉(zhuǎn)臺至于平坦的工作臺上，布置純藍色背景布，上方固定補光光源，轉(zhuǎn)盤前方擺放相機和三腳架，并調(diào)整三腳架高度使相機的水平高度高于轉(zhuǎn)盤高度10～15 cm。拍攝工具擺放好后，通過藍牙將轉(zhuǎn)盤與電腦相連，并用定時快門線連接相機與轉(zhuǎn)盤。最后將被拍攝的標本擺放在轉(zhuǎn)盤中軸線上，并通過一些輔助物件固定標本，以減弱標本在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動過程中的晃動。最后打開電腦上的TurnTable軟件，設置參數(shù)為15度，每次拍攝前緩沖時間為3秒，拍攝得到的一組照片為24張。

1.2.2 圖像處理 為了增強三維動畫的展示效果，需要對圖片進行PS處理，使圖片背景顏色均一，主體清晰可辨，色澤飽滿；為了降低動畫的文件大小，則需要對圖片進行壓縮。單張圖片壓縮至300～500 KB為宜。

1.2.3 Flash制作 使用Object2VR studio 3.0軟件來制作三維動畫。首先載入圖片。在初始界面(圖2 A)的輸入中點擊“選擇輸入”，在“Input”一欄中選擇“Image Sequence”，在“Path”一欄輸入圖片存儲路徑，設置好Column和Rows數(shù)值，并在“Pattern”欄輸入圖片序列后，點擊確定即可載入圖像。其次在初始界面的“用戶數(shù)據(jù)”一欄點擊“修改”按鈕，悉數(shù)填寫標本名稱、作者信息、制作時間以及版權等信息。接著在初始界面的“交互熱點”一欄點擊“修改”按鈕，使用“點型熱區(qū)”和“多邊形熱區(qū)”工具為Flash添加交互熱點。軟件可以通過在不同位置安放熱點來傳遞標本信息，并通過超文本鏈接來實現(xiàn)網(wǎng)頁或圖像的跳轉(zhuǎn)。

最后選擇輸出格式，點擊“增加”按鈕，在“設定”和“高級設置”選項卡下調(diào)整Flash的播放屬性(圖2 B)。經(jīng)測驗發(fā)現(xiàn)，在0.1的旋轉(zhuǎn)速度、最大4倍放大、“顯示當前的”顯示模式下，F(xiàn)lash有較好的播放效果。最后導入設計好的皮膚，輸入導出文件的存儲路徑，點擊“確定”即可導出文件。

1.2.4 平臺發(fā)布 要實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)用戶通過網(wǎng)址訪問三維動畫．需要首先利用Object2VR軟件將作品導出為Html文件，并將其命名為“index.html”。然后上傳至服務器并生成超文本鏈接。用戶即可通過互聯(lián)網(wǎng)瀏覽動畫頁面。但要在不聯(lián)網(wǎng)的情況下查看三維動畫，還需要制作應用程序。首先利用Object2VR軟件將作品導出為“.swf”文件，然后通過Adobe Flash CC軟件將所有的swf文件關聯(lián)到一起打包生成一個新的swf文件。它可以通過簡潔的用戶界面來調(diào)用任意一個標本的swf文件。最后用FlashPacker軟件為該文件嵌入播放插件并導出“.exe”文件。用戶安裝該應用程序后可以在任意網(wǎng)絡環(huán)境下瀏覽骨骼動畫。

2 結(jié)果

主流上網(wǎng)設備均可通過網(wǎng)址訪問儲存在網(wǎng)站的三維動畫。在PC端、蘋果手機以及安卓手機的瀏覽器上測試，效果如圖3 A、B、C所示。

應用程序則可以供PC端用戶離線查看Flash，具有不依賴第三方播放器的優(yōu)點。在PC端測試，效果如圖3 D所示。

圖3 在不同應用端顯示結(jié)果

3 討論

虛擬現(xiàn)實技術的傳統(tǒng)做法是三維建模，即以計算機圖形學為基礎，通過多邊形重塑現(xiàn)實場景，并對環(huán)境的光照與陰影、物品的紋理等進行設定，最后通過觀察的角度實時渲染畫面，給觀察者一種“身臨其境”的體驗，具有很強的沉浸感和立體感。然而三維建模成本高、技術難度大、制作周期長、設備要求高等缺點廣為詬病，這項技術也因此沒有在小成本制作領域得到推廣。

基于圖像的虛擬現(xiàn)實技術是一項不依賴三維建模的虛擬現(xiàn)實技術，它是利用相機對被拍攝物體進行等距離的360度環(huán)繞拍攝，再通過圖像序列將拍攝得到的照片進行縫合，最終生成一個可以360度全方位觀察的三維動畫。嚴格來說，該技術并非真正意義上的虛擬現(xiàn)實，它能帶來的沉浸感和交互性遠不及三維建模。但它因為制作成本低、技術難度小、設備要求低以及易于傳播等優(yōu)點備受非專業(yè)人士推崇。2012年Garden Gnome Software團隊研發(fā)出了Object2VR軟件，有力推進了基于圖片的虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展。

近些年，該項技術由商業(yè)領域逐漸向文化教育和科學研究領域滲透，并隨著眾多虛擬現(xiàn)實愛好者的不懈努力，該技術越來越容易被大眾所掌握應用，并為各行各業(yè)帶來了便捷[4]。但在實際操作過程中有幾個地方需要額外注意。如有些情況下，F(xiàn)lash在播放時有明顯“跳躍感”，這是由于圖像明暗度部不均一，以及拍攝張數(shù)過少的緣故。明暗度可以通過單反相機的全手動模式來控制。拍攝張數(shù)則需要根據(jù)實際情況權衡：張數(shù)過少易導致播放Flash時會有跳躍感，過多則會增大Flash占用的存儲空間而不利于傳輸，同時也增大了圖像處理的工作量。因此，在拍攝時，要根據(jù)拍攝環(huán)境的明暗程度適當調(diào)整燈光亮度進行補光，使拍攝角度的標本不被陰影覆蓋。調(diào)整三腳架，打開相機，在全手動模式下調(diào)整光圈大小、焦距和感光度，使拍攝目標清晰、適當?shù)爻錆M取景器，最后鎖定焦距。一次拍攝24～36幅為宜。

另一方面，在Adobe公司宣布放棄Flash并向Html轉(zhuǎn)移陣地后，F(xiàn)lash在各種播放環(huán)境下的兼容性問題愈發(fā)尖銳。尤其是在移動設備方面，蘋果iOS系統(tǒng)已經(jīng)停止對Flash的支持。與此相反的是，Html作為一種開放而便捷的工具受到越來越多人們的推崇，目前市場上主流上網(wǎng)設備均可支持Html的播放。同時，隨著自營媒體的發(fā)展，將作品在微信公眾號上推送給用戶成了一種方便快捷的宣傳手段。因此我們也嘗試制作了Html格式的作品，并將其應用于PC端和移動設備。測試結(jié)果表明，這一方式可以很好打破時空的界限，用戶可以隨時瀏覽我們的作品。

利用Object2VR軟件制作的流媒體文件進行輔助教學，不僅方法簡單易行，適合教學工作者，而且能豐富教學手段提高學生的積極性和學習熱情，提高教學效果。我們應該看到日新月異的新技術使得教育教學方式飛速發(fā)展，如果能將新技術在教學實踐中合理應用，則能起到事半功倍的效果。

[1] 白志坤, 曹允考, 羅繼龍,等. 學生期望的家畜解剖學教學方法[J]. 黑龍江畜牧獸醫(yī), 2010(15):171-172.

[2] 鄒湘軍, 孫健, 何漢武,等. 虛擬現(xiàn)實技術的演變發(fā)展與展望[J]. 系統(tǒng)仿真學報, 2004, 16(9):1 905-1 909.

[3] 孫捷. 三維虛擬技術在房地產(chǎn)中的應用[C]// 北京：'OA2003辦公自動化國際學術研討會， 2003.

[4] 張永志. 圖象及幾何建模的虛擬現(xiàn)實技術研究[D]. 武漢：武漢理工大學, 2003.