張騰飛 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所

全景在線漫游工作園區(qū)技術(shù)的研究

張騰飛 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所

全景在線漫游工作園區(qū)是一種性價(jià)比極高的虛擬現(xiàn)實(shí)解決方案,高清晰度全景三維展示園區(qū)的優(yōu)美環(huán)境可以給員工一個(gè)身臨其境的體驗(yàn)。本論文正是從這個(gè)角度出發(fā),詳細(xì)論述了實(shí)現(xiàn)全景在線漫游的理論基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)以及設(shè)計(jì)思想。

虛擬工作園區(qū) 漫游系統(tǒng) 虛擬現(xiàn)實(shí)

全景在線漫游技術(shù)實(shí)際上是采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)瀏覽工作園區(qū)的一種新的方式，它存在于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)空間，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與 web 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。即利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上對(duì)園區(qū)進(jìn)行逼真地模擬仿真和再現(xiàn)。

一、基于靜態(tài)圖像的互動(dòng)虛擬全景技術(shù)的特點(diǎn)

基于靜態(tài)圖像的互動(dòng)虛擬全景技術(shù)是新一代以平面靜態(tài)圖像或照片為基礎(chǔ)的初級(jí)虛擬全景技術(shù)。其基本功能是將物體或空間不同方位的靜態(tài)實(shí)景照片按照相互的關(guān)系有機(jī)連接起來(lái)，在視覺上形成對(duì)物體或空間的整體認(rèn)識(shí)。由于其獨(dú)特的技術(shù)特色，使得它在立體空間的展示、立體物體的展示、虛擬場(chǎng)景的構(gòu)造等方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

（一）實(shí)景建模，具有較強(qiáng)的真實(shí)感

由于采用實(shí)景建模的虛擬全景技術(shù)，使它較之傳統(tǒng)的虛擬全景技術(shù)有著更高的真實(shí)感、更豐富的圖像和更鮮明的細(xì)節(jié)特征。

（二）三維操縱，具有較強(qiáng)的交互性和沉浸感

員工可以通過普通鼠標(biāo)或鍵盤控制體驗(yàn)的進(jìn)程和順序，也可以對(duì)園區(qū)內(nèi)場(chǎng)景進(jìn)行放大、縮小和720°旋轉(zhuǎn)等操作，如身臨其境對(duì)物體進(jìn)行全方位的交互觀察和學(xué)習(xí)，以達(dá)到了解樓宇形狀、結(jié)構(gòu)和特征的目的。

（三）制作簡(jiǎn)單，制作周期較短

工具軟件使用簡(jiǎn)單，應(yīng)用系統(tǒng)制作的可控性較強(qiáng)，有較好的應(yīng)用前景。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體目標(biāo)

本文制作系統(tǒng)將從全景圖制作、虛擬漫游場(chǎng)景中的交互設(shè)計(jì)、項(xiàng)目發(fā)布等漫游項(xiàng)目制作各階段予以全程支持。

（二）項(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容

本文主要是對(duì)虛擬全景漫游關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究（包括全景模型研究、全景圖合成技術(shù)、虛擬全景漫游交互技術(shù)、全景圖顯示技術(shù)、虛擬場(chǎng)景的動(dòng)畫貼圖技術(shù)、快捷簡(jiǎn)便的全景漫游場(chǎng)景制作流程研究等）形成全景圖制作工具及虛擬漫游場(chǎng)景制作工具。

1.全景圖像的攝影設(shè)備

全景圖像的拍攝要求 360 度無(wú)死角的視角角度，所以對(duì)全景設(shè)備有著較高的要求，總體來(lái)說(shuō)在圖像的采集過程中要求有三點(diǎn)：首先是單幅圖像的采集盡可能的視角范圍比較大；其次在圖像采集的過程中要求圖像的曝光、色溫要有一致性，方便后期的拼接與合成；最后是圖像采集過程中要求圍繞鏡頭的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

相機(jī)的選擇照相機(jī)是全景攝影圖采集過程中必不可少的設(shè)備，采用專業(yè)的單反相機(jī)是全景攝影最佳的選擇。

2.全景用攝影鏡頭

魚眼鏡頭。全景圖像的信息采集的鏡頭選擇魚眼鏡頭無(wú)異于是最好的選擇，魚眼鏡頭有超寬廣的視角，視角接近 180 度，在對(duì)于 360 度圖像信息的采集中，只需要兩張或者三張魚眼圖像就可以拼合而成，從而大大的提高了全景圖的制作效率。

3.全景在線漫游技術(shù)研究

（1）全景模型研究。根據(jù)全景圖投影展示方式的不同，主要把全景模型分為3種模式：立方體模式、圓柱模式和球面模式。這三種模式就是分別把已經(jīng)拼接好的全景圖投影到立方體、圓柱體、球體的內(nèi)表面，在展示時(shí)，根據(jù)視域的方向?qū)⑷皥D像中相應(yīng)部分進(jìn)行反投影，就能夠獲得視域處的視圖。

（2）研究全景圖合成技術(shù)。全景圖合成技術(shù)要求兩幅圖像保證一定比例的重疊區(qū)域。所以，拼接的首要問題就是找到相鄰圖像的重合部分，即圖像對(duì)齊問題，它的實(shí)質(zhì)是尋找兩幅圖像之間的內(nèi)在聯(lián)系，找出兩組對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。適合全景圖的圖像融合技術(shù)。景物重合部分也會(huì)不完全一致，如有亮度和色彩差異，會(huì)造成拼接處有不連貫的痕跡，利用圖像融合技術(shù)能使拼接處連貫一致。

（3）虛擬全景漫游交互技術(shù)。虛擬全景漫游需要構(gòu)造某個(gè)特定場(chǎng)景的逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)空間，利用 flash 技術(shù)以及其他交互技術(shù)對(duì)拼接后的全景圖像進(jìn)行漫游交互處理用 Photoshop 以及其他的全景處理軟件可以制作出靜態(tài)的全景圖，但是全景圖的拼接完成只是整個(gè)全景漫游的二分之一的工作，制作出帶有交互效果的全景漫游圖，才是整個(gè)全景漫游制作的最為重要的部分。

以上漫游效果的實(shí)現(xiàn)也有很多種方法，可以利用 virtools、vrp 虛擬現(xiàn)實(shí)編輯器、Flash 等一些軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是由于Flash的高擴(kuò)展性一般情況下都使用 Flash 完成互動(dòng)漫游效果的制作。

（4）全景圖顯示技術(shù)。在進(jìn)行虛擬漫游時(shí)，需要把全景圖根據(jù)視角等參數(shù)動(dòng)態(tài)生成顯示在屏幕上的視平面圖像，這一過程性能或效果不夠好將直接影響用戶體驗(yàn)。我們采用全景圖數(shù)據(jù)預(yù)調(diào)、視點(diǎn)空間緩沖預(yù)調(diào)、視圖變形、視圖插值、加強(qiáng)場(chǎng)景透視感、圖像平滑過渡等一系列技術(shù)使得用戶視點(diǎn)轉(zhuǎn)移時(shí)場(chǎng)景能夠平滑過渡，保證用戶視覺的一致性，使用戶產(chǎn)生在實(shí)景空間中行走的感覺。

（5）虛擬場(chǎng)景的動(dòng)畫貼圖技術(shù)。為了使虛擬漫游時(shí)場(chǎng)景更加逼真，可以在場(chǎng)景的某區(qū)域加載一段視頻，提供瀏覽者感興趣的信息?？梢园讶皥D作為場(chǎng)景的背景，把flash動(dòng)畫作為貼圖，使漫游時(shí)某區(qū)域可播放動(dòng)態(tài)視頻。

（6）快速簡(jiǎn)便的全景漫游場(chǎng)景制作支持。利用制作好的全景圖圖片制作虛擬漫游場(chǎng)景，可在各場(chǎng)景中添加各種標(biāo)識(shí)、控制條、聲音、視頻、LOGO等，支持交互體驗(yàn)，整合地圖導(dǎo)航和索引圖導(dǎo)航。最終可輸出swf格式的全景漫游項(xiàng)目，可控制的文件尺寸滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的需求。

三、結(jié)語(yǔ)

通過全景在線漫游技術(shù)，人們可以沉浸式飛入已設(shè)計(jì)好的園區(qū)，自由觀摩園區(qū)的各個(gè)角落，體驗(yàn)園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施，感受整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的布局。全景在線漫游技術(shù)，不僅僅有助于解決園區(qū)招商，更重要的是使園區(qū)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、消費(fèi)等，從感官式向體驗(yàn)式轉(zhuǎn)變。

[1]胡小強(qiáng).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京郵電大學(xué)出版社，2009 .

[2]周蘇.多媒體技術(shù)[M].中國(guó)鐵道出版社，2010 .