白澔樂+成藝+馬晨翔+常偉東

摘 要：三維全景又稱虛擬現(xiàn)實全景，是當(dāng)前迅速發(fā)展并流行的VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一個分支，采用數(shù)字圖像處理等計算機技術(shù)，基于對真實全景場景圖像的還原展示生成一種虛擬環(huán)境。它提供關(guān)于視覺、聽覺等感官的逼真模擬，使得用戶在VR設(shè)備的輔助下，可以與虛擬空間進行無痕的人機交互，如同身歷其境。本文以成都理工大學(xué)校園硯湖上空為例，通過對攝像機攝取的圖片進行圖像處理、圖像拼接以及后期格式轉(zhuǎn)換等處理，進行三維全景漫游制作分析。

關(guān)鍵詞：三維全景；虛擬現(xiàn)實；圖像處理；PTGui；Pano2vr。

引言

1965年虛擬現(xiàn)實之父Sutherland在《終極的顯示》一文中首次提出虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本思想。在前些年虛擬現(xiàn)實僅用于軍工等高端行業(yè)，而在近年來，VR迅速火熱，無論是資本市場的表現(xiàn)，愈來愈多的相關(guān)性發(fā)布會，甚至是微信等各大新媒體渠道所推送的相關(guān)話題的劇增數(shù)量等等，都反映著VR正逐步走入主流消費市場。此外，計算機圖形技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、人機交互接口技術(shù)等虛擬現(xiàn)實核心技術(shù)的革新以及VR設(shè)備等的完善，使得虛擬現(xiàn)實有著強大的技術(shù)環(huán)境作為背景支撐力量，穩(wěn)步向前。融現(xiàn)實與虛擬為一體的沉浸感和立體感，虛擬現(xiàn)實因其極佳的效果成為大勢所趨。巨大的市場，技術(shù)的支撐以及國內(nèi)政治環(huán)境等的支撐，使得VR作為新時代技術(shù)的領(lǐng)軍角色被廣泛用于數(shù)字三維校園、醫(yī)療、航空、建筑房地產(chǎn)、虛擬旅游、數(shù)字展館、工程匯報、教育科研、城市街景、電子商務(wù)等多種領(lǐng)域。

三維全景提供全方位三維立體視角，給人以極具真實感的視覺沖擊如置身其中，傳統(tǒng)三維建模技術(shù)在它面前便表現(xiàn)得“相形見絀”。采用真實高清圖片素材極具真實感，可隨用戶操作做出不同響應(yīng)的高人機交互性，可依據(jù)不同需求完成多功能拓展等優(yōu)點，表明三維全景的應(yīng)用有著極高的市場響應(yīng)。

筆者所著重介紹的是通過基于序列圖片的數(shù)字三維全景技術(shù)實現(xiàn)三維全景漫游再現(xiàn)的制作流程。集航拍測繪、圖片處理和拼接、漫游制作、封裝和上傳的完整的三維全景制作體系結(jié)構(gòu)。

1 圖片拍攝

三維全景漫游地圖定制是指通過將多點位的航拍全景、室內(nèi)外全景等拍攝素材進行美工處理和算法拼接，以全景視角展示的立體地圖，可任意切換視角瀏覽各場景的三維空間，配合VR設(shè)備，使得用戶有身臨其境之感。

1.1 取景

背景要求光線充足，飛手、云臺手、全景攝影師等攜帶全畫幅單反相機、全景云臺、魚眼鏡頭、三腳架、無人機、云臺等專業(yè)設(shè)備前往規(guī)劃的點位進行魚眼圖以及平面圖拍攝。

1.2 拍攝

相機拍攝：調(diào)整云臺，三腳架位置，相機轉(zhuǎn)動角度等進行環(huán)拍，取下廣視角景點，包括平拍和仰拍以及俯拍。即，水平面和上下兩個環(huán)斜面，加上仰拍和俯拍拼接成球，以制成360度全景視角漫游地圖，為方便處理可將圖片存為ARW格式。

無人機拍攝：飛手與云臺手配合進行空中航拍。遙控飛行器不同于相機和運動相機，其危險系數(shù)較高，所以一定遵守飛行守則。此外，一些飛行技巧也可以為攝取的照片加分，減少后期圖像處理的工作量：①倒著飛可以避免機身晃動很厲害使得螺旋槳進入畫面；②面向陽光飛行，防止因為陽光穿透螺旋槳角度問題，在照片上形成條紋；③環(huán)繞場景360度拍攝照片，將相機角度調(diào)整為平行地面，盡量使鏡頭方向保持水平等。

2.圖像處理

2.1 圖片預(yù)處理

利用計算機圖像處理技術(shù)，例如用matlab以及VS或其他圖像處理程序語言編程進行圖像濾波等處理（處理算法以及源代碼等此處不公開），分類處理（例如，圖像增強或減弱等）拍攝圖片得到待拼接圖像。

2.2 全景圖像拼接

導(dǎo)入處理后的圖片到PTGui進行圖片合成，軟件自動識別對準(zhǔn)圖像拼接后，取消“方案助手”中“相機、鏡頭參數(shù)”的“自動”選項，更改水平視角參數(shù)等進行手動調(diào)整。在全景編輯器中選擇“編輯個別圖像”設(shè)置居中點，以先選中的圖像作為初始參考，調(diào)整點的位置，一幅幅拖動圖像手動對準(zhǔn)位置，制作成理想全景圖，“編輯整個全景圖”中查看全景效果，滿意則關(guān)閉照片編輯器，創(chuàng)建全景圖，導(dǎo)出圖片。

3.圖片交互

將制成的全景效果圖拖入pano2vr中進行三維場景特效處理等，配置熱點，制作熱點圖像。具體操作簡述為：選中一張為初始圖，且點擊交互熱點進行修改，在“點型和多變性交互熱區(qū)”欄下的“交互熱點類型”中選中區(qū)域類型圖標(biāo)，調(diào)整圖片朝向繪制想要的多邊形交互區(qū)，下拉url選項選中要交互的圖片后點擊全景圖片初始點調(diào)整點調(diào)整全景圖片的初始點。同樣方法調(diào)整所有待處理的全景效果圖，回到開始界面更改格式，設(shè)置過渡效果等后flash輸出。

4.封裝上傳

本文以常見的三維全景漫游發(fā)布平臺720云為例，講解三維漫游圖的封裝上傳。打開720云平臺，創(chuàng)建全景，將待上傳的配置好的熱點圖（全景圖）全部放入后點擊“確認創(chuàng)建”，開始編輯全景圖特效，可為不同場景單獨添加不同背景音樂；各場景的文字解說或是動畫等；左鍵選中全景圖后在全局設(shè)定中打開手機陀螺儀，保證觀眾在手機上也能正常瀏覽全景漫游地圖。確認編輯到達滿意效果后右鍵全景圖上傳，保存分享地址即可。

5.結(jié)語

三維全景通過將攝像機拍攝的環(huán)360度方向的多張照片拼接成一張全景圖像，利用計算機圖形圖像技術(shù)構(gòu)建出全景虛擬空間。使用者可通過鼠標(biāo)（PC）或手指（手機）上下左右觸屏控制瀏覽的方向及角度來觀看物體或場景，配合相應(yīng)背景音效音樂和圖文解說，如身臨其境，比傳統(tǒng)三維建模技術(shù)構(gòu)建的場景更具真實感。采用這種漫游技術(shù)的優(yōu)點是瀏覽者可以單擊或者雙擊三維全景中的地面來實現(xiàn)場景切換，大大簡化了漫游的操作。該方法一般在場景中采集盡可能多的視點，所以用戶想瀏覽哪兒，只要點擊該處地圖的地面即可實現(xiàn)，并且能夠瀏覽到該場景中的任意細節(jié)，增強了漫游的真實感與沉浸感。

參考文獻：

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作者簡介：

白澔樂（1996-05-03），男，漢族，四川成都，成都理工大學(xué)2014級本科生，成都理工大學(xué)，主要學(xué)習(xí)電氣工程及其自動化。

成藝（1997-01-27），女，漢族，四川遂寧，成都理工大學(xué)2013級本科生，成都理工大學(xué)，主要學(xué)習(xí)數(shù)字媒體技術(shù)。endprint