無人機全景視頻拍攝在VR直播中的應(yīng)用

梁陽輝　李立波

摘要：隨著VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷進步和5G網(wǎng)絡(luò)的普及，VR全景影像的應(yīng)用將會進入我們生活的各個領(lǐng)域，同時通過網(wǎng)絡(luò)VR直播也會產(chǎn)生巨大的商業(yè)應(yīng)用價值。使用全景航拍無人機進行拍攝不僅可以幫助我們簡化復(fù)雜的航拍工作，還能呈現(xiàn)給人們更為身臨其境的全新畫面。本文主要介紹基于無人機全景拍攝在VR直播中應(yīng)用的無人機全景視頻拍攝技術(shù)要點，展望行業(yè)未來的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：無人機;全景視頻拍攝;VR 網(wǎng)絡(luò)直播;5G應(yīng)用

1 前言

VR全稱為VirtualReality，即虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它可以利用計算機三維技術(shù)創(chuàng)建一種模擬環(huán)境，或者使用全景攝影生成三維現(xiàn)實環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真。用戶通過VR頭顯即可沉浸到該虛擬或現(xiàn)實環(huán)境中。通過網(wǎng)絡(luò)直播的方式將VR數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)接脩艚K端，這就是時下最熱門的VR網(wǎng)絡(luò)直播技術(shù)。區(qū)別于傳統(tǒng)直播的二維平面所帶來的體驗感，VR 網(wǎng)絡(luò)直播可讓觀眾根據(jù)自己的意愿，控制鏡頭上下左右移動，帶來身臨其境的效果。而使用航拍無人機進行全景視頻拍攝不僅可以幫助我們實現(xiàn)復(fù)雜的高空拍攝工作，還能呈現(xiàn)給人們更為廣闊和有著奇特視覺的全新畫面，體驗空中飛行的快感。如果與VR 網(wǎng)絡(luò)直播結(jié)合，觀眾可體驗到實時參與大型戶外活動、體育賽事、明星演出、旅游景觀等飛行視覺的VR直播內(nèi)容，在5G網(wǎng)絡(luò)時代會有巨大的商業(yè)應(yīng)用和科研價值。

2 VR網(wǎng)絡(luò)直播的主要特點

相比傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)視頻直播，VR網(wǎng)絡(luò)直播主要表現(xiàn)出以下四個特點：

（1）多感知性，傳感器技術(shù)可以讓觀眾通過傳感器的幫助獲得視覺、聽覺、空間感等一系列逼真的內(nèi)容感知，區(qū)別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)視頻直播， VR 技術(shù)可以讓觀眾足不出戶也能享受到真實的現(xiàn)場感。

（2）交互性，是指用戶對虛擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作性和從環(huán)境獲取反饋的自然程度。 例如，直播觀眾可以一個觀察眼前出現(xiàn)的虛擬展品來獲取這個展品的觸感、大小、顏色等基本信息，也可以獲取年代、歷史背景等其他信息，這是傳統(tǒng)的二維視頻直播所無法做到的。

（3）沉浸性，是指用戶感到作為主角存在于擬環(huán)境中的真實程度。區(qū)別于傳統(tǒng)的二維直播體驗，VR 直播可以從多個角度讓觀眾獲得“臨場感”的真實體驗。

3 無人機全景視頻拍攝技術(shù)在VR網(wǎng)絡(luò)直播中的制作流程

基于無人機全景視頻的虛擬現(xiàn)實直播系統(tǒng)主要由：無人機、全景視頻相機、圖傳模塊、移動控制終端、VR直播云服務(wù)器、沉浸式可視設(shè)備組成。

主要制作流程如下：

（1）無人機全景視頻數(shù)據(jù)采集。使用無人機搭載的全景視頻攝影機在現(xiàn)場進行航拍，其中全景視頻攝影機包含上下兩個全景攝像頭，用于采集現(xiàn)場360°全景視頻，保證視場的全方位覆蓋，同能夠?qū)崟r將上下兩個攝影機的圖像進行無縫連接，形成完整的球形影像。

（2）無人機拍攝數(shù)據(jù)傳輸。無人機與移動控制端采用無線數(shù)據(jù)連接，VR直播云服務(wù)器與移動控制終端、可視設(shè)備采用互聯(lián)網(wǎng)或者虛擬專用網(wǎng)方式連接?？梢詫崿F(xiàn)無人機拍攝數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)絍R圖像處理中心。

（3）VR圖像處理中心實時接收所述360°全景視頻以及全景視頻相機參數(shù)，確定場景內(nèi)各目標(biāo)的相關(guān)信息，所述相關(guān)信息包括場景內(nèi)各目標(biāo)的空間位置、距離、大小、方位、速度;最終生成動態(tài)三維全景視頻。

（4）移動控制終端用于將VR圖像處理中心回傳的三維全景視頻實時上傳到VR直播云服務(wù)器;VR直播云服務(wù)器用于高速緩存一套或多套無人機對應(yīng)的移動控制終端傳輸過來的三維全景視頻，根據(jù)直播用戶需求進行實時轉(zhuǎn)播。

（5）用戶通過沉浸式可視設(shè)備即VR頭顯，可以實時接收VR直播云服務(wù)器轉(zhuǎn)播的三維全景視頻，并快速處理視頻圖像還原真實的3D場景，從而實現(xiàn)三維全景視頻實時網(wǎng)絡(luò)直播。

4 當(dāng)前無人機全景視頻拍攝的不足與解決方法

當(dāng)前使用無人機進行全景的動態(tài)視頻拍攝仍然處于起步階段，很多技術(shù)并不成熟，需要進一步完善。主要的技術(shù)問題有：

（1）目前無人機全景航拍主要形式有：下部懸吊單反或攝影機，底部懸掛全景攝影機，頂部或底部搭載全景相機三種形式。此模式只能拍攝靜態(tài)全景，將多張不同角度拍攝的照片拼合成720°全景圖，頂部受遮擋，同時無人機也會被拍到畫面中，需后期處理，所以無法拍攝完全無死角的動態(tài)全景。

（2）直接將全景相機固定在無人機上，由于機身與攝影機采用剛性連接，無人機在空中運動時，畫面會隨機身動作產(chǎn)生晃動，影響畫面穩(wěn)定性和清晰度。

擬解決方法：

（1）采用上下兩枚360°全景相機或多目全景相機拍攝，上下各生成一個半球形影像，拼合后形成720°無縫球形影像，而無人機處于兩個相機間的視覺盲區(qū)，拍攝時不會在畫面中出現(xiàn)，無人機相當(dāng)于隱形，不會對拍攝畫面造成影響，無需后期處理即可使用（圖-1），因此除一般拍攝外亦可用于VR全景視頻直播。

（2）為避免航拍過程中受氣流等影響導(dǎo)致畫面晃動，在中間部分采用多軸轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)配合陀螺儀，實現(xiàn)與機身部分的柔性連接，即使無人機產(chǎn)生晃動，通過自動修正角度，攝影機圖像依然可以不受影響，保持穩(wěn)定，當(dāng)機身出現(xiàn)傾斜，中部多軸轉(zhuǎn)向機構(gòu)協(xié)同工作，保證攝影機保持水平。（圖-2）

5 結(jié)語

目前VR全景影像已經(jīng)大量應(yīng)用在房地產(chǎn)、建筑規(guī)劃設(shè)計、旅游等領(lǐng)域，但多數(shù)都局限在地面實景小范圍拍攝，而且以靜態(tài)圖片模型為主。使用無人機進行VR攝影乃至網(wǎng)絡(luò)直播仍然處于探索階段，隨著VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷進步和5G網(wǎng)絡(luò)的普及，預(yù)計不久的將來可以普及大型戶外活動、體育賽事、旅游科研等領(lǐng)域。全景無人機VR直播可以作為視頻直播內(nèi)容的一個重要的補充，會產(chǎn)生巨大的商業(yè)應(yīng)用價值而受到越來越多人的關(guān)注。

作者簡介

梁陽輝（1970-），男，廣東省廣州人，講師，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計、VR虛擬仿真應(yīng)用、3d打印。

李立波（1980-），男，廣東省廣州人，碩士，講師，研究方向：數(shù)字影像拍攝制作、商業(yè)攝影、全景影像。