航空攝影與數(shù)字媒體技術(shù)支持下虛擬導(dǎo)游平臺(tái)的研究

于淼 趙冰超 張冠男 馬明舟

通過(guò)無(wú)人機(jī)空拍與地面攝影結(jié)合制作虛擬導(dǎo)游平臺(tái)，發(fā)揮出無(wú)人機(jī)技術(shù)機(jī)動(dòng)靈活、高效快速的特點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)拍攝手法的不足。同時(shí)，利用無(wú)人機(jī)影像進(jìn)行三維實(shí)景建模也給后期虛擬導(dǎo)游宣傳產(chǎn)品提供更多的科技感素材。通過(guò)優(yōu)秀的后期剪輯對(duì)導(dǎo)游作品的制作升華原始素材，使作品呈現(xiàn)的效果能夠突出主題，更具感染力和視覺(jué)效果。

一、 航空攝影及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用

（一）航空攝影

主要采用兩種拍攝方式。掃描式拍攝：即從想要被攝主體的一端勻速飛向另一端，鏡頭無(wú)變化，在后期升格、時(shí)間重映射較為方便;90°俯拍：用在比較規(guī)整的地面俯拍鏡頭上，能夠呈現(xiàn)上帝，凸顯地形地貌及景觀布局，帶有敘事性效果。無(wú)人機(jī)在景觀上方，或在建筑旁由上至下、由遠(yuǎn)及近的方式緩慢飛行拍攝，可為后期制作淡入淡出等效果提供素材。

（二） 地面手持式拍攝

初期使用單反相機(jī)和固定位置拍攝選定場(chǎng)地。拍攝前，首先勾繪出鏡頭的“立意”，考慮視頻畫面中主要表現(xiàn)什么，被攝主體安排在什么地方。然后，通過(guò)光線、色彩、線條、形態(tài)等造型手段，來(lái)達(dá)到突出主體的目的。被攝對(duì)象以相同或近似的形式有條理的交替出現(xiàn)在鏡頭中，形成節(jié)奏和旋律，增強(qiáng)畫面美感和流暢性。利用植被、河流等景物增強(qiáng)線條性，在拍攝時(shí)注意水平、斜線和曲線線條的搭配。

（三） 實(shí)景三維建模

近年來(lái)，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)快速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于三維實(shí)景建模領(lǐng)域。三維建模算法不斷優(yōu)化，模型精度達(dá)到了厘米級(jí)，滿足虛擬仿真的現(xiàn)實(shí)要求。Acute 3D公司研發(fā)的ContextCapture軟件（簡(jiǎn)稱CC）可以在原始照片數(shù)據(jù)符合要求的情況下，無(wú)須人工干預(yù)或者少量人工干預(yù)即可進(jìn)行快速、高效的實(shí)景三維建模。

本文中采用大疆公司的精靈4系列無(wú)人機(jī)，采用五航線法（即一條正射航線和五條45°傾斜攝影航線）進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，飛行高度90m，航向和旁向重疊度分別為80%和70%，地面分辨率可達(dá)2cm，共采集相片3587張。在CC軟件中實(shí)景建模分為四個(gè)階段。第一階段，創(chuàng)建工程項(xiàng)目，導(dǎo)入外業(yè)采集的影像數(shù)據(jù)，檢查相片質(zhì)量，剔除無(wú)用影像;第二階段，進(jìn)行空中三角測(cè)量計(jì)算，構(gòu)建相片同名點(diǎn);第三個(gè)階段，設(shè)置三維重建參數(shù)，包括成果數(shù)據(jù)格式、空間參考系、模型生成范圍、精度及處理方式等;第四個(gè)階段，是自動(dòng)化模型重建。由于數(shù)據(jù)運(yùn)算量大，故采用集群運(yùn)算方式，即將模型分割成若干個(gè)瓦片，并有主控計(jì)算機(jī)將模型計(jì)算任務(wù)分配給集群中的其他計(jì)算機(jī)（從機(jī)）來(lái)完成，可有效加快數(shù)據(jù)處理速度。由于航攝過(guò)程中影像的紋理明暗存在差異以及算法本身的問(wèn)題，生成的三維模型會(huì)出現(xiàn)水體、玻璃材質(zhì)的空洞現(xiàn)象，需要借助DPModel等修模軟件對(duì)問(wèn)題區(qū)域進(jìn)行編輯，壓平扭曲變形區(qū)域或填補(bǔ)空洞。

二、后期特效技術(shù)制作

（一）3D攝像機(jī)追蹤器

1. 3D攝像機(jī)跟蹤原理

After Effects（簡(jiǎn)稱AE）中的3D攝像機(jī)通過(guò)跟蹤反求得到影片中的平面特征點(diǎn)。然后指定一個(gè)平面，從而建立起三維坐標(biāo)。從而可以把三維模型加載進(jìn)來(lái)，與視頻較好地融合在一起。

視頻由多幀組成，對(duì)于幀與幀之間完全無(wú)變化的視為靜止，對(duì)于有很大變化的，視為突變，而對(duì)于微小變化的。通過(guò)反求攝像機(jī)得到兩個(gè)攝像機(jī)對(duì)于重疊部分的坐標(biāo)，并提取其中的平面特征點(diǎn)，注意一個(gè)平面需要有至少三個(gè)點(diǎn)

AE的三維合成相比較于二維來(lái)說(shuō)，主要在于增加了一個(gè)縱深z軸維度，因而突破平面的局限。在這樣的三維場(chǎng)景中可以加入粒子、光照、三維攝像機(jī)等操作應(yīng)用，利用焦距的推拉和聚焦，提高影片的透視感以及虛實(shí)度，增加變化的多樣性和真實(shí)性，最后將模型調(diào)入場(chǎng)景動(dòng)畫中，加入豐富的光效濾鏡，實(shí)現(xiàn)絢爛的效果。

2. 在項(xiàng)目中的應(yīng)用

在導(dǎo)游作品中通過(guò)3D攝影機(jī)跟蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)光效和追蹤運(yùn)動(dòng)，與景物結(jié)合，達(dá)到跟蹤靜物的效果。首先，選中一個(gè)素材圖層，選擇“動(dòng)畫>>跟蹤攝像機(jī)”;然后，將3D攝像機(jī)拖到素材上，點(diǎn)擊分析，解析好后會(huì)出現(xiàn)許多的跟蹤點(diǎn)，按住shift選擇需要的跟蹤點(diǎn)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，創(chuàng)建空白和攝像機(jī);最后，將想要跟蹤的素材拖到最上層，回到第一幀調(diào)整素材大小后，與帶有跟蹤信息的空白層建立父子關(guān)系，便可以跟蹤到初始素材。

（二） 光線穿梭特效

光效在影視特效中，能夠產(chǎn)生絢麗的視覺(jué)效果，是一種比較重要的元素。運(yùn)用光效能夠使主題更加得清晰，能夠突出主體;能夠烘托出影視作品的氣氛，使影視作品變得輕松幽默或者嚴(yán)肅沉重;使觀眾更加具有想象力，能夠使影片更加具有想象的空間。

在光效的制作過(guò)程中應(yīng)強(qiáng)調(diào)明暗變化，實(shí)現(xiàn)明暗對(duì)比。對(duì)色彩進(jìn)行對(duì)比的過(guò)程中，一般使用中長(zhǎng)調(diào)的對(duì)比方式，從而能夠提高視覺(jué)感受，使色彩更具視覺(jué)沖擊力。光線需要依附于明暗效果實(shí)現(xiàn)，因此明暗的對(duì)比能夠使視覺(jué)效果更加完善。在光效設(shè)計(jì)過(guò)程中，需分析光效形狀，光效應(yīng)與畫面中的文字和圖形一致，從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)圖的均衡化效果，且如果光效是通過(guò)點(diǎn)或線呈現(xiàn)，則線條在呈現(xiàn)的過(guò)程中就應(yīng)當(dāng)具備有序性，這樣能夠通過(guò)不同的角度觀察到光效。

通過(guò)光效描繪出景觀場(chǎng)景的輪廓，再結(jié)合3D攝像機(jī)跟蹤運(yùn)動(dòng)，與景物運(yùn)動(dòng)達(dá)成一致，從而實(shí)現(xiàn)突出主體的目的，并達(dá)到具有沖擊力的視覺(jué)效果，使觀察更明顯。主要運(yùn)用到AE中的Saber效果，首先新建合成，新建純色固態(tài)層，添加Saber特效插件;然后通過(guò)鋼筆工具畫出路徑，再運(yùn)用Saber給路徑加上光效，并控制路徑的出現(xiàn)和消失、放大和縮小。相同原理用Saber做出科技面板，通過(guò)放大縮小k幀等制作面板特效、輸入文字等。

（三） Motion Bro的運(yùn)用

在特效上，視頻與視頻銜接的角度，色調(diào)以及要表達(dá)的內(nèi)容均要符合。后期通過(guò)添加平面跟蹤以及三維攝影跟蹤添加光影穿梭效果和一些帶有科技感的宣傳片數(shù)據(jù)的出現(xiàn)和消失，使之煥然一新。實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)主要使用到Adobe After Effect。

轉(zhuǎn)場(chǎng)特效主要運(yùn)用到Motion bro插件，這是一個(gè)視頻轉(zhuǎn)場(chǎng)插件，里面有各式各樣的轉(zhuǎn)場(chǎng)特效，還可以選擇轉(zhuǎn)場(chǎng)方向。它的安裝方法如下：

（1）安裝MotionBro 2.0.1zxp（在AnastasiysExtension Manager對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的Extension Manager軟件，使用Extension Manager來(lái)安裝MotionBro2.0.1.zxp）;

（2）然后拷貝“handy-seamless-transitionspa c k” 文件夾到制定位置， 如“M A C： /U s e r s// Documents”或“Win： C：＼Users＼UserName＼Documents”;

（3）打開AE，確保首選項(xiàng)下“Allow Scripts toWrite Files and Access Network”已打鉤，然后在菜單“窗口>>擴(kuò)展”下打開Motion bro就可以使用。使用方法是將兩個(gè)素材分兩層放置，直接拖動(dòng)想要的特效效果到最上層兩個(gè)素材連接的位置，還可以在Motion bro里調(diào)節(jié)效果的速度。

三、iH5云計(jì)算平臺(tái)

iH5具備工具屬性，像一款只是制作前端H5的SaaS產(chǎn)品，但事實(shí)上iH5是一款生產(chǎn)SaaS的SaaS，集成了前后端所需的所有功能。通過(guò)使用iH5制作各種營(yíng)銷場(chǎng)景、游戲、App、流程系統(tǒng)、網(wǎng)站等等，不需要有代碼基礎(chǔ)就可以完成Web或App前端和服務(wù)器后臺(tái)的制作工作。

iH5也具備平臺(tái)屬性，它是一個(gè)云計(jì)算平臺(tái)，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求，動(dòng)態(tài)分配計(jì)算、儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)庫(kù)、帶寬資源，保證數(shù)據(jù)安全性，滿足突發(fā)流量暴增的需求。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)iH5制作App流程系統(tǒng)，完成App前端和服務(wù)器后臺(tái)的制作工作。利用無(wú)人機(jī)拍攝技術(shù)收集影像資料和繪制地圖數(shù)據(jù)，使用CC、DPmodel等修模軟件對(duì)問(wèn)題區(qū)域進(jìn)行構(gòu)面，使用AE后期技術(shù)增添畫面閱讀性和科技感，最終完成這個(gè)校園環(huán)境下的虛擬導(dǎo)游平臺(tái)。