李夢

摘要：靜態(tài)全景技術(shù)是構(gòu)建虛擬現(xiàn)實環(huán)境重要手段之一，按其呈現(xiàn)方式可分為柱形全景、球形全景、立方體全景和對象全景。本文介紹了四種靜態(tài)全景的制作原理、技術(shù)特點、拍攝技巧、后期處理、拼接技術(shù)及其在行業(yè)中的應用。

關(guān)鍵詞：靜態(tài)全景技術(shù)；虛擬現(xiàn)實；應用

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）09-0244-02

1 引言

虛擬現(xiàn)實技術(shù)融合了攝影攝像技術(shù)、數(shù)字圖像處理、計算機圖形學、人工智能、多媒體技術(shù)、傳感器、網(wǎng)絡(luò)以及并行處理技術(shù)等多個信息技術(shù)分支的最新發(fā)展成果，利用計算機模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。

構(gòu)建虛擬現(xiàn)實環(huán)境主要有以下三種情況：一是完全對真實世界中的環(huán)境進行再現(xiàn)；二是完全虛擬的、人類主觀構(gòu)造的環(huán)境；三是對真實世界中人類不可見的現(xiàn)象或環(huán)境進行仿真。靜態(tài)全景技術(shù)主要應用于第一種情況，其類型主要包括柱形全景、球形全景、立方體全景、對象全景等。

2 靜態(tài)全景技術(shù)

2.1柱形全景

柱形全景是最為簡單的全景虛擬，為水平360度（或某一較大角度）環(huán)景，一般應用于基于普通PC平臺的小型桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（即使用個人計算機（PC）或初級圖形PC工作站去產(chǎn)生仿真，計算機的屏幕作為用戶觀察虛擬環(huán)境的窗口），使用鼠標在水平方向左右拖動，可以觀察到左右兩側(cè)的景色，但是如果用鼠標上下拖動時，上下的視野將受到限制，因為頂部和底部是空白的，不能夠進行俯視或者仰視。

柱形全景使用普通照相機即可完成拍攝，目前許多智能手機具有均有全景模式，其拍攝方法即開啟全景模式后，點擊快門，對著拍攝對象從左往右或從右往左慢勻速移動或轉(zhuǎn)動手機鏡頭，此時手機屏幕上會出現(xiàn)一個小滑塊，跟著小滑塊移動，注意保持手機水平穩(wěn)定，盡量減少垂直偏移，否則全景照片會出現(xiàn)銜接斷層的情況，在小滑塊進度結(jié)束前可以隨時點擊快門結(jié)束拍攝，相機就會自動生成全景照片。目前市面上絕大部分手機的自帶的全景模式至少可以拍攝180度全景照片，許多手機還能夠拍攝240度甚至270度的圖像，安裝某些軟件后也支持360度拍攝，即“拍一圈”。但是手機全景拍攝，非?？简炇殖峙臄z的穩(wěn)定能力，稍有不慎就可能前功盡棄。

因此，為得到高質(zhì)量的全景照片，多采用普通照片進行合成拼接。即按照順時針或逆時針方向連續(xù)拍攝普通大小的照片若干張，注意相鄰照片的邊界處要有一定的重合部分，然后使用圖像處理軟件（如Photoshop）對照片的亮度、對比度、色調(diào)、銳度等進行調(diào)整，再將照片導入靜態(tài)全景制作軟件（如Pix Maker）中，可根據(jù)需求對照片進行插入、刪除、移動、旋轉(zhuǎn)、重新排列等操作，最后將這些照片合成全景照片或網(wǎng)頁進行發(fā)布。

2.2球形全景

球形全景為水平360度，上下180度，能夠看到場景的所有角度，可以更加真實地對虛擬場景進行構(gòu)建，若用于封閉的場景配合音響系統(tǒng)將用戶的視聽覺與外界隔離，使用戶完全置身于計算機生成的環(huán)境之中，會讓用戶產(chǎn)生一種身臨其境、完全投入和沉浸于其中的感覺。

球形全景照片的制作比較專業(yè)，首先必須用專業(yè)魚眼鏡頭拍攝兩張照片，然后用專業(yè)的軟件把它們拼接起來，做成球面展開的全景圖像。目前國內(nèi)在這一塊做得比較好的如中海達iScan系列，其中的外業(yè)采集設(shè)備中多頭魚眼高清相機可完成素材照片的拍攝，且其對應的數(shù)據(jù)處理全景拼接軟件HdPanoFactory可根據(jù)算法完成數(shù)據(jù)檢查、全景輸出、輸出檢查、全景PS處理、生成縮略圖等功能。此外，該系列設(shè)備和軟件還可以利用GPS定位系統(tǒng)收集點云并進行建模，對圖片進行切片并生成街景，高清攝像機的連續(xù)拍攝功能還可形成連續(xù)的全景圖片并由HD MapCloud RealVision軟件完成漫游操作。

除了較為專業(yè)的球形拍攝，普通手機可以通過軟件完成拍攝，如Google Camera（谷歌相機） 有一個Photo Sphere模式，手機為“球”的中心，用藍色“大圓點”引導用戶逐步采集球形全景照片拼接所需要的畫面。關(guān)于這款360度全景拍攝軟件，谷歌建議用戶，在拍攝球形全景照片的時候，手機需要貼近臉部，這樣能夠使合成率提高，同時在拍攝的過程中避免近景和遠離人群，以免鬼影的出現(xiàn)。但是在實際操作過程中，由于該軟件本質(zhì)還是多張照片進行拼接，在拍攝過程中對于手機角度的把握至關(guān)重要，否則會由于照片角度問題經(jīng)常出現(xiàn)拼接縫隙或者拼接不整齊的情況，良片率較低。

2.3立方體全景

立方體全景技術(shù)是另外一種實現(xiàn)全景視角的拼合技術(shù)，它打破了原有單一球型全景的拼合技術(shù)，能拼合出更高精度和更高儲存效率的全景。立方體全景主要應用于構(gòu)建室內(nèi)虛擬環(huán)境，如房地產(chǎn)開發(fā)商模擬樣板房，客戶只需要坐在電腦前通過拖動鼠標就可以較為全面和真實地查看各種樣板房的立體結(jié)構(gòu)和設(shè)計。若需要進一步身臨其境地去體驗，可以利用洞穴式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種基于多通道視景同步技術(shù)和立體顯示技術(shù)的房間式投影可視協(xié)同環(huán)境，可提供一個房間大小的四面（或六面）立方體投影現(xiàn)實空間，參與者完全沉浸在一個投影畫面包圍的高級虛擬仿真環(huán)境中，借助相應虛擬現(xiàn)實交互設(shè)備獲得身臨其境的高分辨率三維立體視聽影像和六個自由度的交互感受。

立方體全景照片的制作也比較復雜，首先拍攝照片時，要把上下前后左右全部拍下來，但是可以使用普通數(shù)碼相機拍攝，只不過普通相機要拍攝很多張照片（最后拼合成六張照片），然后再用專用的軟件（如Pano7cd）把它們拼接起來，做成立方體展開的全景圖像。

普通手機也可以通過軟件完成立方體拍攝，如Google Camera（谷歌相機），在“全景”模式下有一個“□”（立方體拍攝模式），同樣是使用藍色“大圓點”引導用戶逐步采集照片拼接所需要的畫面。該模式拍攝出的照片透視感比較強，但是對于拍攝照片的方位要求較高，否則在近處的畫面容易出現(xiàn)透視變形的情況。

2.4對象全景

對象全景不同于風景全景，拍攝時攝像頭要對準對象，采用赤道儀或環(huán)繞拍攝的方法，即以被拍攝體的中軸線為中心，使三腳架環(huán)繞被拍攝體轉(zhuǎn)動拍攝一張張照片，然后選用對象全景的拼接和播放軟件生成和瀏覽對象全景照片。對象全景技術(shù)主要在商業(yè)領(lǐng)域有廣泛應用，如汽車行業(yè)通過網(wǎng)頁發(fā)布汽車三維全景模型方便用戶直觀地看車、買車。不過近幾年對象全景技術(shù)還在文化遺產(chǎn)數(shù)字化保護方面有諸多應用，如結(jié)合三維建模技術(shù)實現(xiàn)文化遺產(chǎn)的三維重建或再現(xiàn)，使文物脫離地域限制，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)資源共享，真正成為全人類可以“擁有”的文化遺產(chǎn)。

為了讓對象全景更加真實，還可利用三維激光掃描技術(shù)獲取對象的粗糙點云模型及影像數(shù)據(jù)采集技術(shù)獲取對象顯示的不同的各種細節(jié)作為紋理材質(zhì)，再使用圖像處理軟件（如Photoshop）對照片進行必要的切割、拼接、扭曲、銳化等操作，最后利用三維建模軟件（如3ds max）對粗糙點云模型進行完善、貼圖、打光等操作，如此形成對象全景在構(gòu)建虛擬環(huán)境中搭建場景時更加生動、逼真、全面，而且可操作性更強。

3 靜態(tài)全景技術(shù)的應用

全景技術(shù)是由拍攝的多張真實照片經(jīng)處理后由專業(yè)軟件拼接而成，具有高度還原真實場景的逼真效果，因此在構(gòu)建虛擬現(xiàn)實環(huán)境時經(jīng)常應用于虛擬展示，并可通過程序或插件實現(xiàn)簡單的人機交互。隨著靜態(tài)全景技術(shù)的日趨成熟，越來越多的領(lǐng)域嘗試采用該項技術(shù)。除了文中提到的房地產(chǎn)行業(yè)、汽車行業(yè)和文物保護產(chǎn)業(yè)，靜態(tài)全景技術(shù)目前還廣泛應用于旅游風景展示、企業(yè)院校展示、虛擬展示業(yè)等行業(yè)。

3.1旅游風景展示

為提高景區(qū)知名度，吸引更多的游客，目前許多景點都采用360度全景介紹和展示景區(qū)風光，觀賞者可通過拖動鼠標或觸摸屏幕調(diào)整觀賞方位，根據(jù)自身喜好在網(wǎng)頁上進行瀏覽與欣賞，相比較于使用傳統(tǒng)文字和圖片更具真實性和趣味性，張家界、神農(nóng)架、武當山、洞庭湖等許多著名景點均制作了虛擬漫游全景體驗進行推廣。

3.2企業(yè)院校展示

目前諸如北京大學、清華大學、中國人民大學、北京師范大學等許多高校均有采用靜態(tài)全景技術(shù)制作全景校園虛擬展示，可360度瀏覽校園，并以鏈接的形式在校園內(nèi)不同的地點進行跳轉(zhuǎn)。企業(yè)采用全景虛擬展示則為企業(yè)增添了科技感與活力元素，與時俱進的理念有助于弘揚企業(yè)文化，招募優(yōu)秀人才，吸引合作伙伴。

3.3虛擬展示業(yè)

靜態(tài)全景技術(shù)目前已廣泛應用于虛擬展示行業(yè)，許多實體博物館或展覽館均有開設(shè)虛擬展示館，如故宮博物館、南昌起義紀念館、北京自然博物館等，游客可不受地域、空間的限制在這些虛擬展示館里學習和參觀，有助于不同地域?qū)崿F(xiàn)資源共享，同時可提高展館知名度，擴大影響力，達到更好的宣傳效果。

4 結(jié)語

使用靜態(tài)全景技術(shù)能夠讓構(gòu)建的虛擬環(huán)境更加貼近真實、效果逼真，但是僅純粹簡單的圖片拼接加上網(wǎng)頁跳轉(zhuǎn)鏈接，觀感和體驗并不理想。因此要構(gòu)建理想的虛擬現(xiàn)實環(huán)境還需要靜態(tài)全景技術(shù)與三維建模技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、計算機圖形學等多種計算機技術(shù)相結(jié)合才能達到身臨其境的效果。

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