虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在創(chuàng)建校園全景中的應(yīng)用研究

陳春暉

摘? ?要：隨著社會(huì)的發(fā)展，全景技術(shù)在市場(chǎng)和生活中不斷得到應(yīng)用，人們的衣食住行過(guò)程中很多都需要運(yùn)用到全景技術(shù)。外出就餐，可以在線上得到餐廳的相關(guān)信息;出去旅行可以得到該目的地的地理位置信息;高考填報(bào)志愿學(xué)校，當(dāng)去一個(gè)全新的校園之前，通過(guò)學(xué)校網(wǎng)站上的全景攝像，可以查閱學(xué)校的環(huán)境，解讀學(xué)校的歷史、周邊環(huán)境、學(xué)院專業(yè)，展示學(xué)校的自然景觀和人文風(fēng)采。文章對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在創(chuàng)建校園全景中的應(yīng)用展開(kāi)研究。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);全景拍攝;學(xué)校

1? ? 全景定義

全景又被稱為3D實(shí)景，是指將拍攝的水平方向360°、垂直方向180°的多張照片拼接成一張全景圖像。通過(guò)后期漫游[1]制作，讓瀏覽者能用鼠標(biāo)控制瀏覽的方向，可左可右、可上可下觀看物體或場(chǎng)景，仿佛身臨其境一般。

人們普遍說(shuō)的、可上下左右旋轉(zhuǎn)觀看的全景，是360°全景，它是水平360°、垂直180°的圖片，并不能被稱為720°全景[2]，720°全景之所以這么命名，初衷是360°全景+360°服務(wù)。普通用戶不明白可以理解，但專業(yè)的攝影師，不能混淆概念。

2? ? 全景的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

全方位：全面地展示了360°球型范圍內(nèi)的所有景致。實(shí)景：記錄真實(shí)的場(chǎng)景，最大限度地保留場(chǎng)景的真實(shí)性。內(nèi)容豐富形式新穎，除了可以自由操縱任意角度互動(dòng)性地觀察場(chǎng)景外，還可以添加視頻、音樂(lè)、文本、超鏈接等多種媒體。具有制作和播放成本低，相比三維制作，制作周期短，開(kāi)發(fā)成本低，時(shí)效性強(qiáng)。對(duì)播放設(shè)備要求低，普通電腦手機(jī)均可播放。

3? ? 全景拍攝的流程

必須先制定好拍攝計(jì)劃，控制拍攝點(diǎn)，規(guī)劃到達(dá)拍攝地的具體路線。調(diào)研當(dāng)天的天氣狀況，比如是否晴天，風(fēng)力如何，是否可能影響到后續(xù)的航拍。全景拍攝部門帶著設(shè)備，檢查用于全景拍攝的器材，按照計(jì)劃到達(dá)拍攝點(diǎn)進(jìn)行拍攝;拍攝完之后，將拍攝的原始照片進(jìn)行后期合成制作，包含全景漫游系統(tǒng)內(nèi)功能點(diǎn)的制作，然后再予以發(fā)布[3-4]。

4? ? 拍攝器材

4.1? 數(shù)碼相機(jī)或手機(jī)

全景照片拍攝跟拍攝普通照片一樣，使用的都是數(shù)碼相機(jī)或手機(jī)，有條件的話可以選擇單反。像素越高、成像質(zhì)量越好的相機(jī)拍攝出來(lái)的全景照片質(zhì)量越好。

4.2? 魚眼鏡頭

魚眼鏡頭是一種焦距極短并且視角接近或等于180°的鏡頭，是16 mm或焦距更短的鏡頭。它是一種極端的廣角鏡頭，“魚眼鏡頭”是它的俗稱。為使鏡頭達(dá)到最大的攝影視角，這種攝影鏡頭的前鏡片直徑且呈拋物狀向鏡頭前部凸出，與魚的眼睛頗為相似，在相機(jī)上安裝魚眼鏡頭

4.3? 云臺(tái)

云臺(tái)安裝在三腳架上方，用來(lái)連接三腳架和相機(jī)的中間構(gòu)件，起到平衡與穩(wěn)定的作用。用得比較多的云臺(tái)類型是球形云臺(tái)和三維云臺(tái)。球形云臺(tái)靈活性更好，體積也稍小，對(duì)于精度要求不是特高的話可以考慮。三維云臺(tái)可以在單一維度方向做轉(zhuǎn)動(dòng)，適合對(duì)精度要求高的場(chǎng)合，但使用時(shí)相對(duì)麻煩一些，并且體積稍大，便攜性稍差。在全景攝影的時(shí)候，人們用到的云臺(tái)是全景云臺(tái)。

全景云臺(tái)除了起到平衡穩(wěn)定的作用，還具備兩大功能：（1）可以調(diào)節(jié)鏡頭節(jié)點(diǎn)，使其在一個(gè)縱軸線上轉(zhuǎn)動(dòng)，這一點(diǎn)非常重要，一般云臺(tái)是沒(méi)有辦法轉(zhuǎn)到90°拍攝天與地的。（2）可以讓相機(jī)在水平面上進(jìn)行水平轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝，從而使相機(jī)拍攝節(jié)點(diǎn)在三維空間中的某一個(gè)固定的位置進(jìn)行拍攝，保證相機(jī)拍攝出來(lái)的圖像可以拼合成360°的影像[5]。

4.4? 航拍器

有用到航拍的話可以選擇知名公司如大疆無(wú)人機(jī)加載鏡頭航拍，價(jià)位適中即可。

5? ? 拍攝具體細(xì)節(jié)

清潔檢查：清潔相機(jī)coms 和鏡頭;組合各種配件，如三腳架、全景云臺(tái)、手機(jī)夾、相機(jī);調(diào)整云臺(tái)節(jié)點(diǎn);鏡頭朝下，先矯正xy軸;鏡頭朝前，調(diào)整z軸。

6? ? 拍攝

在拍攝過(guò)程中，必須選擇適合的焦距，需要從拍攝張數(shù)和圖像分辨率兩個(gè)方面來(lái)考慮。拍攝張數(shù)：當(dāng)拍攝距離一定時(shí)，取決于鏡頭取景的范圍。鏡頭焦距越短，則取景范圍越大，構(gòu)成360°全景所需要拍攝的源圖像數(shù)量就越少;反之，鏡頭焦距越長(zhǎng)，則取景范圍越小，構(gòu)成360°全景所需要拍攝的源圖像數(shù)量就越多。圖像分辨率：在相機(jī)傳感器一定時(shí)，所選鏡頭的焦距越長(zhǎng)，最終圖像分辨率也越高，反之則越低[6]?？紤]到拍攝張數(shù)問(wèn)題，能夠高效低成本地拍攝全景，一般使用超廣角鏡頭，這樣拍攝的圖片少，對(duì)于前期拍攝和后期制作來(lái)講效率更高。從拍攝張數(shù)和圖像分辨率兩方面來(lái)看，15 mm焦距是個(gè)不錯(cuò)的選擇，不過(guò)最終選擇什么鏡頭，除了考慮焦距的特點(diǎn)，還需要綜合考慮鏡頭本身的質(zhì)量和畸變等問(wèn)題。

要考慮到鏡頭節(jié)點(diǎn)，所謂的節(jié)點(diǎn)是指照相機(jī)或攝影（像）機(jī)鏡頭的光學(xué)中心，穿過(guò)此點(diǎn)的光線不會(huì)發(fā)生折射。對(duì)定焦鏡頭來(lái)說(shuō)只有一個(gè)固定的鏡頭節(jié)點(diǎn)，而對(duì)于變焦鏡頭來(lái)講則可以有很多節(jié)點(diǎn)了[7]。拍攝時(shí)通過(guò)鏡頭節(jié)點(diǎn)的光線在成像面上都不會(huì)產(chǎn)生折射，鏡頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)被攝物體也就不會(huì)產(chǎn)生位移，而如果不在鏡頭節(jié)點(diǎn)上，轉(zhuǎn)動(dòng)鏡頭拍攝就會(huì)適得其反。因此，要拍攝完美的全景照片就要使用鏡頭節(jié)點(diǎn)當(dāng)旋轉(zhuǎn)中心，以確保在拍攝的多張照片中的物體都不會(huì)產(chǎn)生位移，可以完美無(wú)缺地連接成一張360°全景照片。

7? ? 后期軟件

拍攝完成后需要后期制作全景拍攝用到的后期軟件有Photoshop和Lightroom，PTGui和Autopano Giga，全景圖瀏覽軟件，720云漫游制作。

首先說(shuō)明，全景攝影與普通攝影一個(gè)很明顯的區(qū)別是全景圖片必須通過(guò)后期拼接才能形成一張全景圖，然后通過(guò)專業(yè)漫游工具制作才能形成包含音頻、視頻、圖片、文字等的全景漫游。接下來(lái)簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)常用軟件。

7.1? Photoshop和Lightroom

一般來(lái)說(shuō)，普通照片的影調(diào)、調(diào)色等都可以由Photoshop完成。針對(duì)全景來(lái)說(shuō)，Photoshop在CS3版之后，增加了圖像縫合功能（Photomerge，意為圖像合并或圖像合成），在縫合平面圖像上采用了混合算法，看不出接縫，但是它不能生成全景圖，不能手動(dòng)優(yōu)化調(diào)整，速度比較慢，大型的圖像縫合費(fèi)時(shí)太長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)死機(jī)等狀況，所以并不直接用PS拼接圖片，但是卻會(huì)經(jīng)常在拼接好后進(jìn)行補(bǔ)地或小瑕疵的修整[8]。使用lightroom是為了將一組圖片統(tǒng)一調(diào)色，其中一鍵同步的功能，讓后期處理統(tǒng)一影調(diào)更加高效。

7.2? PTGui和APG

圖像縫合軟件有PTGui和APG。PTGui Pro英文全稱為 Graphical User Interface for Panorama Tools，是國(guó)外的一款軟件，翻譯過(guò)來(lái)是全景工具用戶圖形界面。這款軟件很小巧，功能卻很強(qiáng)大，能自動(dòng)識(shí)別鏡頭參數(shù)，并進(jìn)行拼接，配合控制點(diǎn)、蒙版、優(yōu)化器功能，能夠快速、完美地拼接出一張全景圖。所以這款軟件是后期要著重講解的。

Auto Pano Giga是一款功能較多、使用較多的全景圖的軟件工具，它突出的特點(diǎn)是縫合數(shù)百、數(shù)千張超大圖像的效率很高。上述兩個(gè)軟件工具是目前全景愛(ài)好者使用最多，也是功能最全、最強(qiáng)大的。具體選擇哪一種看個(gè)人習(xí)慣和拍攝需要。

7.3? 全景圖瀏覽軟件

創(chuàng)建出全景圖后，瀏覽全景圖的軟件有很多，本文推薦3個(gè)：Panorado，DevalVR，Kolor Eyes。

（1）Panorado是一款商業(yè)軟件，功能較多，在全球獲得的獎(jiǎng)項(xiàng)和評(píng)級(jí)也很多，國(guó)內(nèi)外許多全景愛(ài)好者都在使用。

（2）DevalVR小巧好用，速度很快，有共享版可以下載使用。

（3）全景視頻播放軟件Kolor Eyes，同樣可以瀏覽圖片，且可支持如魚眼、小行星等多種形式觀看。

8? ? 結(jié)語(yǔ)

全景拍攝隨著相機(jī)、鏡頭、航拍器的迅猛發(fā)展以及社會(huì)的不斷進(jìn)步，正越來(lái)越被社會(huì)所接受，在不久的將來(lái)會(huì)具有更為廣闊的應(yīng)用空間。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王緒宛，雷蕾.基于三維全景圖的校園漫游系統(tǒng)[J].微型電腦應(yīng)用，2013（10）：55-57.

[2]許志成，陳娟.基于校園場(chǎng)景的720°全景圖制作[J].漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（2）：45-48.

[3]李佳龍.全景視頻拍攝的工作流程數(shù)碼影像時(shí)代[J].數(shù)碼世界，2018（3）：7.

[4]葉寧.數(shù)碼全景照的拍攝與合成[J].大眾硬件，2004（9）：144-145.

[5]劉侃.全景技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)[J].教書育人，2011（15）：102-103.

[6]劉秀金.解構(gòu)校園全景360的制作—以天津科技大學(xué)為例[J].影視制作，2017（5）：57-60.

[7]劉銘哲. 輕巧專業(yè)的全景拍攝體驗(yàn)GoProOmni同步6攝像機(jī)陣列應(yīng)勢(shì)登場(chǎng)[J].數(shù)碼影像時(shí)代，2016（8）：38-39.

[8]王陳香.無(wú)人機(jī)技術(shù)航拍與圖像拼接技術(shù)應(yīng)用分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2016（30）：42-43.