基于PTGui與Pano2VR的交互式古建筑文物三維全景漫游設(shè)計(jì)

王佩雯，張紫桂，楊成，梁弼

摘 要 針對(duì)Web平臺(tái)展示古建筑文物單調(diào)性等問(wèn)題，采用PTGui與Pano2VR工具來(lái)設(shè)計(jì)和制作交互式古建筑文物三維全景漫游，并使用HTML5技術(shù)將其嵌入到Web頁(yè)面中，這使得Web平臺(tái)具有三維動(dòng)態(tài)展示古建筑文物的能力。實(shí)際調(diào)研證明，將全景漫游恰當(dāng)應(yīng)用到Web平臺(tái)能讓瀏覽者感受到不一樣的視覺(jué)效果，能有效提高用戶體驗(yàn)，并能增加Web平臺(tái)的訪問(wèn)量。

關(guān)鍵詞 PTGui；Pano2VR；全景漫游；古建筑文物；設(shè)計(jì)和制作

中圖分類(lèi)號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-0360（2018）04-0042-03

古建筑文物是指具有歷史意義的建國(guó)之前的民用建筑和公共建筑，目前很多古鎮(zhèn)以及大城市還保留著一些古建筑文物。古建筑本身是一種綜合性藝術(shù)，它融合了材料、建筑技術(shù)、美術(shù)、雕塑等為一體的造型藝術(shù)，使人們?cè)谟邢薜目臻g里有美的享受。并且，古建筑文化隨著社會(huì)的發(fā)展越來(lái)越受到人們關(guān)注和重視，越來(lái)越多的學(xué)者和愛(ài)好者從事這方面研究[1]。

目前，通過(guò)Web平臺(tái)來(lái)展示古建筑文物主要以圖片、文字及視頻等，但缺少交互性功能，給瀏覽者帶來(lái)的體檢有些單調(diào)。古建筑文物本身是三維立體的，為了讓瀏覽者在Web上有不一樣的視覺(jué)感受，本文通過(guò)目前主流的全景開(kāi)發(fā)工具來(lái)設(shè)計(jì)和制作交互式古建筑文物三維全景漫游，并將其嵌入到Web平臺(tái)中，讓瀏覽者通過(guò)Web平臺(tái)就可以全方位欣賞到古建筑文物，并有“身臨其境，觸手可及”的感受，進(jìn)而吸引瀏覽者親自前往觀賞。

1 相關(guān)技術(shù)

1.1 全景圖拼接技術(shù)

Panorama Tools是目前功能最為強(qiáng)大的全景圖制作工具，但它需要用戶編寫(xiě)腳本命令才能工作。而PTGui通過(guò)為全景圖制作工具（Panorama Tools）提供可視化界面來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的拼接，從而創(chuàng)造出高質(zhì)量的全景圖[2]。因此，本文采用PTGui來(lái)設(shè)計(jì)古建筑文物的全景圖。

1.2 全景漫游場(chǎng)景技術(shù)

Pano2VR是一個(gè)全景漫游圖合成軟件。它把全景圖轉(zhuǎn)換成QuickTime或者M(jìn)acromedia Flash格式的全景漫游，可以定制皮膚，選擇用戶界面語(yǔ)言。同時(shí)，它支持平、圓柱、球、立方體面片、交叉、T、條狀和Quick Time VR作為輸入格式與增加能力，這些格式之間轉(zhuǎn)換的修飾的立方體的臉[3]。并且多個(gè)漫游圖之間可以設(shè)置熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)漫游圖的切換。

1.3 HTML5技術(shù)

HTML5是目前流行的一種超文本標(biāo)記語(yǔ)言，它解決了HTML4等之前規(guī)范中的很多問(wèn)題。并且，HTML5中增加了許多新特性，例如嵌入音頻、視頻和圖片的函數(shù)、客戶端存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、交互式文檔等，通過(guò)制定如何處理所有HTML元素以及如何從錯(cuò)誤中恢復(fù)的精確規(guī)則[4]。而且，HTML5進(jìn)一步增強(qiáng)了互動(dòng)性，并有效減少了開(kāi)發(fā)成本。

2 交互式全景漫游的設(shè)計(jì)與制作

2.1 采集圖片

原始圖片的獲取是制作交互式古建筑文物全景漫游的第一步。需要用到數(shù)碼單反相機(jī)、普通云臺(tái)和三腳架。在拍攝照片時(shí)，首先將三腳架調(diào)整至水平，再將相機(jī)豎直固定在三腳架的云臺(tái)上，確保拍攝時(shí)云臺(tái)能正常旋轉(zhuǎn)。為了避免按動(dòng)快門(mén)時(shí)的輕微震動(dòng)導(dǎo)致拍攝出的照片模糊，可以把拍攝模式設(shè)定為定時(shí)拍攝。根據(jù)相機(jī)鏡頭和所要拍攝場(chǎng)景的不同可以選擇合適的拍攝張數(shù)，并且要求相鄰照片要有一定的重合區(qū)域，該區(qū)域不宜過(guò)大也不宜過(guò)小，建議在30%左右。在拍攝過(guò)程中，不能改變相機(jī)的參數(shù)，以使同一組照片色調(diào)和明暗保持一致。由于地面三腳架底部區(qū)域相機(jī)無(wú)法覆蓋，因此如果地面紋理較為復(fù)雜，則應(yīng)對(duì)地面進(jìn)行補(bǔ)拍，以備后期處理時(shí)使用。圖1展示了本文通過(guò)拍攝采集到的部分古建筑文物圖片效果。

2.2 生成全景圖

生成全景圖的主要任務(wù)是將所采集的原始圖片拼接為一張水平360度視角、垂直180度視角、長(zhǎng)寬比為2︰1的全景圖片。該過(guò)程我們使用PTGui軟件來(lái)完成，其基本實(shí)現(xiàn)過(guò)程可以分為五步：圖片載入，特征點(diǎn)定位，圖片配準(zhǔn)和融合，生成全景圖以及全景圖修補(bǔ)[5]。

在全景圖修補(bǔ)時(shí)，由于全景圖是將球面映射到平面上，本身就具有一定的變形，尤其是天空和地面的變形較大，因此不能直接在Photoshop軟件中對(duì)地面和天空進(jìn)行修補(bǔ)。這里提供兩種方法進(jìn)行修補(bǔ)：一是利用PTGui軟件，將一張2︰1的球面映射全景圖轉(zhuǎn)化為六張1︰1的立方體映射，這六張圖剛好是立方體的六個(gè)面，由于這六張圖不存在形變問(wèn)題，可將其載入Photoshop進(jìn)行修補(bǔ)；二是先將全景圖導(dǎo)入Photoshop，利用Photoshop的極坐標(biāo)功能，產(chǎn)生平面坐標(biāo)到極坐標(biāo)，將地面和天空平面化，再進(jìn)行修補(bǔ)。圖2展示了通過(guò)PTGui生成并修補(bǔ)后的全景圖。

2.3 合成三維全景漫游

生成古建筑文物的全景圖并修補(bǔ)后，接下來(lái)使用Pano2VR來(lái)合成三維全景漫游。全景漫游的合成主要涉及到交互熱區(qū)和熱點(diǎn)的設(shè)置，具體設(shè)置及效果如圖3所示。

如果設(shè)置有多個(gè)場(chǎng)景之間的熱點(diǎn)，則還需要設(shè)置在視覺(jué)效果選項(xiàng)卡中的過(guò)場(chǎng)效果選項(xiàng)里的一些參數(shù)，以此來(lái)達(dá)到場(chǎng)景切換時(shí)的自然過(guò)渡。對(duì)于播放器的控制按鈕，選擇一款軟件默認(rèn)的按鈕皮膚。最后選擇文件輸出格式（如.swf等）和輸出文件名與路徑，全部設(shè)置好后點(diǎn)擊確認(rèn)。具體設(shè)置內(nèi)容如圖4所示。

這樣我們就完成了交互式古建筑文物全景漫游圖的合成，其具體效果如圖5所示。

3 Web頁(yè)面展示

為了增強(qiáng)古建筑文物在Web平臺(tái)上的用戶體驗(yàn)，在頁(yè)面中放入三維全景漫游是非常必要的。全景技術(shù)以全新的視角為開(kāi)發(fā)者打開(kāi)了Web端的新大門(mén)，全景實(shí)景漫游效果更是讓瀏覽者有身臨其境之感，它突破了時(shí)間、空間的現(xiàn)實(shí)，帶著瀏覽者走進(jìn)真實(shí)的場(chǎng)景，也帶給瀏覽者極致的Web體驗(yàn)。在Web頁(yè)中放入古建筑文物全景漫游圖的具體過(guò)程如下。

首先，把已生成好的古建筑文物全景漫游輸出文件（如pano.swf）放到Web項(xiàng)目的3D文件目錄中，具體如圖6所示。

接著，在index.jsp頁(yè)面中通過(guò)