虛擬校園三維全景漫游地圖的構(gòu)建

白澔樂(lè)+成藝+馬晨翔+常偉東

摘 要：三維全景又稱(chēng)虛擬現(xiàn)實(shí)全景，是當(dāng)前迅速發(fā)展并流行的VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)分支，采用數(shù)字圖像處理等計(jì)算機(jī)技術(shù)，基于對(duì)真實(shí)全景場(chǎng)景圖像的還原展示生成一種虛擬環(huán)境。它提供關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等感官的逼真模擬，使得用戶(hù)在VR設(shè)備的輔助下，可以與虛擬空間進(jìn)行無(wú)痕的人機(jī)交互，如同身歷其境。本文以成都理工大學(xué)校園硯湖上空為例，通過(guò)對(duì)攝像機(jī)攝取的圖片進(jìn)行圖像處理、圖像拼接以及后期格式轉(zhuǎn)換等處理，進(jìn)行三維全景漫游制作分析。

關(guān)鍵詞：三維全景；虛擬現(xiàn)實(shí)；圖像處理；PTGui；Pano2vr。

引言

1965年虛擬現(xiàn)實(shí)之父Sutherland在《終極的顯示》一文中首次提出虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本思想。在前些年虛擬現(xiàn)實(shí)僅用于軍工等高端行業(yè)，而在近年來(lái)，VR迅速火熱，無(wú)論是資本市場(chǎng)的表現(xiàn)，愈來(lái)愈多的相關(guān)性發(fā)布會(huì)，甚至是微信等各大新媒體渠道所推送的相關(guān)話(huà)題的劇增數(shù)量等等，都反映著VR正逐步走入主流消費(fèi)市場(chǎng)。此外，計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、人機(jī)交互接口技術(shù)等虛擬現(xiàn)實(shí)核心技術(shù)的革新以及VR設(shè)備等的完善，使得虛擬現(xiàn)實(shí)有著強(qiáng)大的技術(shù)環(huán)境作為背景支撐力量，穩(wěn)步向前。融現(xiàn)實(shí)與虛擬為一體的沉浸感和立體感，虛擬現(xiàn)實(shí)因其極佳的效果成為大勢(shì)所趨。巨大的市場(chǎng)，技術(shù)的支撐以及國(guó)內(nèi)政治環(huán)境等的支撐，使得VR作為新時(shí)代技術(shù)的領(lǐng)軍角色被廣泛用于數(shù)字三維校園、醫(yī)療、航空、建筑房地產(chǎn)、虛擬旅游、數(shù)字展館、工程匯報(bào)、教育科研、城市街景、電子商務(wù)等多種領(lǐng)域。

三維全景提供全方位三維立體視角，給人以極具真實(shí)感的視覺(jué)沖擊如置身其中，傳統(tǒng)三維建模技術(shù)在它面前便表現(xiàn)得“相形見(jiàn)絀”。采用真實(shí)高清圖片素材極具真實(shí)感，可隨用戶(hù)操作做出不同響應(yīng)的高人機(jī)交互性，可依據(jù)不同需求完成多功能拓展等優(yōu)點(diǎn)，表明三維全景的應(yīng)用有著極高的市場(chǎng)響應(yīng)。

筆者所著重介紹的是通過(guò)基于序列圖片的數(shù)字三維全景技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維全景漫游再現(xiàn)的制作流程。集航拍測(cè)繪、圖片處理和拼接、漫游制作、封裝和上傳的完整的三維全景制作體系結(jié)構(gòu)。

1 圖片拍攝

三維全景漫游地圖定制是指通過(guò)將多點(diǎn)位的航拍全景、室內(nèi)外全景等拍攝素材進(jìn)行美工處理和算法拼接，以全景視角展示的立體地圖，可任意切換視角瀏覽各場(chǎng)景的三維空間，配合VR設(shè)備，使得用戶(hù)有身臨其境之感。

1.1 取景

背景要求光線(xiàn)充足，飛手、云臺(tái)手、全景攝影師等攜帶全畫(huà)幅單反相機(jī)、全景云臺(tái)、魚(yú)眼鏡頭、三腳架、無(wú)人機(jī)、云臺(tái)等專(zhuān)業(yè)設(shè)備前往規(guī)劃的點(diǎn)位進(jìn)行魚(yú)眼圖以及平面圖拍攝。

1.2 拍攝

相機(jī)拍攝：調(diào)整云臺(tái)，三腳架位置，相機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度等進(jìn)行環(huán)拍，取下廣視角景點(diǎn)，包括平拍和仰拍以及俯拍。即，水平面和上下兩個(gè)環(huán)斜面，加上仰拍和俯拍拼接成球，以制成360度全景視角漫游地圖，為方便處理可將圖片存為ARW格式。

無(wú)人機(jī)拍攝：飛手與云臺(tái)手配合進(jìn)行空中航拍。遙控飛行器不同于相機(jī)和運(yùn)動(dòng)相機(jī)，其危險(xiǎn)系數(shù)較高，所以一定遵守飛行守則。此外，一些飛行技巧也可以為攝取的照片加分，減少后期圖像處理的工作量：①倒著飛可以避免機(jī)身晃動(dòng)很厲害使得螺旋槳進(jìn)入畫(huà)面；②面向陽(yáng)光飛行，防止因?yàn)殛?yáng)光穿透螺旋槳角度問(wèn)題，在照片上形成條紋；③環(huán)繞場(chǎng)景360度拍攝照片，將相機(jī)角度調(diào)整為平行地面，盡量使鏡頭方向保持水平等。

2.圖像處理

2.1 圖片預(yù)處理

利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，例如用matlab以及VS或其他圖像處理程序語(yǔ)言編程進(jìn)行圖像濾波等處理（處理算法以及源代碼等此處不公開(kāi)），分類(lèi)處理（例如，圖像增強(qiáng)或減弱等）拍攝圖片得到待拼接圖像。

2.2 全景圖像拼接

導(dǎo)入處理后的圖片到PTGui進(jìn)行圖片合成，軟件自動(dòng)識(shí)別對(duì)準(zhǔn)圖像拼接后，取消“方案助手”中“相機(jī)、鏡頭參數(shù)”的“自動(dòng)”選項(xiàng)，更改水平視角參數(shù)等進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。在全景編輯器中選擇“編輯個(gè)別圖像”設(shè)置居中點(diǎn)，以先選中的圖像作為初始參考，調(diào)整點(diǎn)的位置，一幅幅拖動(dòng)圖像手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)位置，制作成理想全景圖，“編輯整個(gè)全景圖”中查看全景效果，滿(mǎn)意則關(guān)閉照片編輯器，創(chuàng)建全景圖，導(dǎo)出圖片。

3.圖片交互

將制成的全景效果圖拖入pano2vr中進(jìn)行三維場(chǎng)景特效處理等，配置熱點(diǎn)，制作熱點(diǎn)圖像。具體操作簡(jiǎn)述為：選中一張為初始圖，且點(diǎn)擊交互熱點(diǎn)進(jìn)行修改，在“點(diǎn)型和多變性交互熱區(qū)”欄下的“交互熱點(diǎn)類(lèi)型”中選中區(qū)域類(lèi)型圖標(biāo)，調(diào)整圖片朝向繪制想要的多邊形交互區(qū)，下拉url選項(xiàng)選中要交互的圖片后點(diǎn)擊全景圖片初始點(diǎn)調(diào)整點(diǎn)調(diào)整全景圖片的初始點(diǎn)。同樣方法調(diào)整所有待處理的全景效果圖，回到開(kāi)始界面更改格式，設(shè)置過(guò)渡效果等后flash輸出。

4.封裝上傳

本文以常見(jiàn)的三維全景漫游發(fā)布平臺(tái)720云為例，講解三維漫游圖的封裝上傳。打開(kāi)720云平臺(tái)，創(chuàng)建全景，將待上傳的配置好的熱點(diǎn)圖（全景圖）全部放入后點(diǎn)擊“確認(rèn)創(chuàng)建”，開(kāi)始編輯全景圖特效，可為不同場(chǎng)景單獨(dú)添加不同背景音樂(lè)；各場(chǎng)景的文字解說(shuō)或是動(dòng)畫(huà)等；左鍵選中全景圖后在全局設(shè)定中打開(kāi)手機(jī)陀螺儀，保證觀(guān)眾在手機(jī)上也能正常瀏覽全景漫游地圖。確認(rèn)編輯到達(dá)滿(mǎn)意效果后右鍵全景圖上傳，保存分享地址即可。

5.結(jié)語(yǔ)

三維全景通過(guò)將攝像機(jī)拍攝的環(huán)360度方向的多張照片拼接成一張全景圖像，利用計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)構(gòu)建出全景虛擬空間。使用者可通過(guò)鼠標(biāo)（PC）或手指（手機(jī)）上下左右觸屏控制瀏覽的方向及角度來(lái)觀(guān)看物體或場(chǎng)景，配合相應(yīng)背景音效音樂(lè)和圖文解說(shuō)，如身臨其境，比傳統(tǒng)三維建模技術(shù)構(gòu)建的場(chǎng)景更具真實(shí)感。采用這種漫游技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是瀏覽者可以單擊或者雙擊三維全景中的地面來(lái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景切換，大大簡(jiǎn)化了漫游的操作。該方法一般在場(chǎng)景中采集盡可能多的視點(diǎn)，所以用戶(hù)想瀏覽哪兒，只要點(diǎn)擊該處地圖的地面即可實(shí)現(xiàn)，并且能夠?yàn)g覽到該場(chǎng)景中的任意細(xì)節(jié)，增強(qiáng)了漫游的真實(shí)感與沉浸感。

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作者簡(jiǎn)介：

白澔樂(lè)（1996-05-03），男，漢族，四川成都，成都理工大學(xué)2014級(jí)本科生，成都理工大學(xué)，主要學(xué)習(xí)電氣工程及其自動(dòng)化。

成藝（1997-01-27），女，漢族，四川遂寧，成都理工大學(xué)2013級(jí)本科生，成都理工大學(xué)，主要學(xué)習(xí)數(shù)字媒體技術(shù)。endprint