李曉輝，張春慶

蘭州財(cái)經(jīng)大學(xué) 隴橋?qū)W院，甘肅 蘭州 730101

一、總體設(shè)計(jì)

近年來(lái)，隨著全域旅游的發(fā)展，古文化遺址的資源價(jià)值進(jìn)一步得到了提升。同時(shí)，文創(chuàng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)以及地方性的戰(zhàn)略性宣傳使文化遺址的名片和符號(hào)功能凸顯了出來(lái)。文化遺產(chǎn)信息可視化，就是對(duì)數(shù)字化文化遺產(chǎn)的信息進(jìn)行剖析、闡釋和加工，并以可視化的方式呈現(xiàn)到觀眾面前[1]。全景觀覽設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)迎合了這種趨勢(shì)與要求，通過(guò)對(duì)空間圖像的序列式拍攝，結(jié)合3D和VR技術(shù)將平面的普通圖像通過(guò)六面體圍合形成一個(gè)可以動(dòng)態(tài)調(diào)整的空間單元，觀者可以自由“進(jìn)入”整個(gè)場(chǎng)景，通過(guò)交互設(shè)計(jì)的按鈕控制或陀螺儀的設(shè)置進(jìn)行前后、左右、上下自由的瀏覽。全景觀覽設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)需要三個(gè)階段來(lái)完成。其中圖像拍攝與閾值疊加的算法處理非常關(guān)鍵，決定著全景圖像是否可用；進(jìn)入中期階段，要進(jìn)行全景圖像的合成與圖像空間的缺陷處理，photoshop圖像處理軟件和PTGui中對(duì)3D全景空間的動(dòng)態(tài)修復(fù)可以做到“無(wú)痕”效果；最后階段的觀覽設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)則是通過(guò)全景資源的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)與交互來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)疊加與熱點(diǎn)推送以“去中心化”的形式到達(dá)受眾，經(jīng)過(guò)迭代優(yōu)化，成為古文化遺址傳播的一條全新的路徑選擇。

二、圖像拍攝與像素閾值疊加識(shí)別

（一）設(shè)備要求

全景云臺(tái)是當(dāng)前市場(chǎng)中進(jìn)行序列圖像拍攝的主流載體，它可以與手機(jī)或單反相機(jī)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)操作，通過(guò)App設(shè)置，確定拍攝圖像的角度與視域。同時(shí)，大部分App還自帶了對(duì)拍攝的序列圖像進(jìn)行全景合成的功能，集成性更高。以鯤圖云臺(tái)為例，它不僅可以自如地在手機(jī)端設(shè)置需要拍攝的序列圖像的數(shù)量和角度，還可以在云端將拍攝的圖像進(jìn)行全景圖像一鍵合成，大大節(jié)約了時(shí)間，對(duì)技術(shù)操作要求相對(duì)較低。當(dāng)然，隨著技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)拍攝正在悄然興起，其視覺(jué)感更強(qiáng)，空間層次感更加理想。

（二）技術(shù)要求

全景圖像的是通過(guò)處理若干張序列圖像的相關(guān)性來(lái)組成的（如圖1、圖2），每張圖像與下一張圖像之間都有20%～30%的角度或拍攝的內(nèi)容是重疊的，這些圖像重疊的部分從內(nèi)容和像素的一致性方面高度接近且拼接效果極佳（如圖2）。圖像拼接的主要問(wèn)題是處理相鄰2個(gè)圖像樣本之間的重疊部分，根據(jù)Mc Milliams提出的全景圖拼接算法，依據(jù)攝像機(jī)繞軸旋轉(zhuǎn)360°所拍攝的序列圖像求解攝像機(jī)參數(shù)，進(jìn)行全景圖拼接[2]。其原理是通過(guò)圖像閾值的相似性進(jìn)行疊加識(shí)別，在拍攝的時(shí)候要保證每一次選景的角度與上一張圖像和下一張圖像之間有相交的部分，不能出現(xiàn)無(wú)關(guān)聯(lián)的圖像在序列中，導(dǎo)致一個(gè)拍攝序列作廢。柱面模型是最普遍采用的全景圖拼接模型，該方法要求相機(jī)繞垂直轉(zhuǎn)軸（如三腳架）作水平轉(zhuǎn)動(dòng)，將圖像投影到一個(gè)統(tǒng)一的柱面上之后，拼接問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為在柱面上圖像間的平移問(wèn)題[3]。據(jù)此原理，三維實(shí)體空間的再造過(guò)程中，天與地部分和豎向柱面之間必須存在內(nèi)容關(guān)聯(lián)，拍攝時(shí)以相機(jī)為球體的中心，結(jié)合球體經(jīng)緯構(gòu)造的特點(diǎn)，緯度越高拍攝的張數(shù)也要相應(yīng)減少，拍攝的方式是先橫著拍，再進(jìn)行仰角30°和俯角30°拍攝，最后對(duì)天與地各拍攝2張。為了消除云臺(tái)支架影響地面效果，一般通過(guò)平移的方式挪動(dòng)云臺(tái)一個(gè)機(jī)位的距離，之后對(duì)地面再拍攝1～2張，所拍攝的照片一般每組為36張到40張為宜。最后通過(guò)相應(yīng)的軟件進(jìn)行全景圖像合成，處理成一張縱橫比為1：2的高清大圖，這張圖像大小一般為10 000*20 000像素，基本可以滿足全景觀覽使用。

圖1 序列圖像中具有重合部分

圖2 序列圖像的內(nèi)容疊加

（三）圖像色彩與曝光控制

由于受到光線和光照角度的影響，所拍攝的序列圖像之間在色彩與曝光控制方面存在一定的差別，特別是繞垂直轉(zhuǎn)軸作水平轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，受到逆光與順光的影響，圖像的明亮程度以及色彩傾向方面有很大的出入。為了解決這個(gè)問(wèn)題，序列圖像拍攝時(shí)一般采用曝光鎖定的方式，使拍攝的圖片色彩飽和度、色彩傾向性以及曝光的程度基本都控制在一個(gè)相近的范圍之內(nèi)，這樣在圖像拼接的過(guò)程中，序列圖像邊緣銜接沒(méi)有太大差別或過(guò)于強(qiáng)烈的跳躍感。

三、全景合成與圖像缺陷的閾值修復(fù)

（一）圖像合成的技術(shù)處理

圖像合成中的技術(shù)處理與圖像相關(guān)性密不可分，且在圖像的合成過(guò)程中2張圖像的相交部分能夠?qū)崿F(xiàn)完美的像素關(guān)聯(lián)，并實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的相近性識(shí)別，這樣合成的圖像柱面邊緣才沒(méi)有裂縫。相鄰的柱面圖像之間只有相對(duì)平移，使用相位相關(guān)度（phase correlation）方法可以求出該平移量[4]。這就要求在前期的拍攝中，所選擇的每一張圖像所旋轉(zhuǎn)的角度都要控制在一個(gè)適度的范圍。雖然它的取景范圍較大，但是每張圖像與相鄰圖像在縱向和橫向的重疊部分要達(dá)到的1/3左右。圖像合成的技術(shù)是通過(guò)相似像素計(jì)算與像素深度測(cè)量綜合形成的，通過(guò)雙向來(lái)衡量相鄰像素深度與相關(guān)性進(jìn)行圖像處理以及圖像缺陷修復(fù)。當(dāng)前所常用的圖像處理軟件有PTGui及專門所開(kāi)發(fā)的全景合成圖像的App來(lái)完成。需要說(shuō)明的是，PTGui軟件的全景合成功能對(duì)圖像的修復(fù)更加全面，手段更加靈活，它的修復(fù)功能主要基于圖像相似內(nèi)容的定位以及蒙版遮蓋來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖3所示，對(duì)序列圖像6和序列圖像23的相近內(nèi)容的控制點(diǎn)調(diào)節(jié)，細(xì)節(jié)編號(hào)一致，內(nèi)容也須相同，出現(xiàn)變量差則要通過(guò)重新確定控制點(diǎn)或移動(dòng)現(xiàn)有控制點(diǎn)重新定位，最終使2張相關(guān)圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)縫合。

圖3 PTGui對(duì)內(nèi)容相近的序列組圖像動(dòng)態(tài)縫合

（二）圖像缺陷修復(fù)

對(duì)PTGui合成的全景圖中通過(guò)遮罩不能完全處理的圖像缺陷可以使用photoshop全景圖像3D功能來(lái)修復(fù)。值得一提的是，合成的全景圖像不能在photoshop的平面功能下進(jìn)行修復(fù)，因?yàn)樗鶉铣傻? 面體是一個(gè)實(shí)體空間，Photoshop圖像處理軟件2019版提供了完整的空間圖像缺陷修復(fù)解決方案。在3D菜單中，選擇由圖像生成三維空間，進(jìn)入三維空間以后，選擇相應(yīng)的要修復(fù)掉的內(nèi)容，可以采用選框工具將其框選，它的邊緣應(yīng)盡量與所要?jiǎng)h除的內(nèi)容接近或邊緣相對(duì)比較接近。接下來(lái)要做的工作是，通過(guò)圖像填充的形式選取內(nèi)容識(shí)別，將不必要或不需要的內(nèi)容用相似的像素填充掉，原理是相鄰像素深度的閾值接近性覆蓋。如圖4所示，大地灣古文化遺址原始村落F601探方全景圖像修復(fù)三腳架前后的對(duì)照。

圖4 利用photoshop中的3D功能修復(fù)圖像缺陷的前后對(duì)比

（三）圖像分辨率與像素要求

隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，圖像分辨率越來(lái)越高，存儲(chǔ)的信息也越來(lái)越多[5]。720云以及鯤圖全景處理軟件當(dāng)前所支持的圖像都采用的是縱橫比1：2的畫(huà)幅大小，圖像越大所顯示的效果相對(duì)越清晰。圖5為在PTGui軟件當(dāng)中合成的全景圖像，它所顯示的圖像像素為7 000像素*14 000像素，所呈現(xiàn)的圖像效果非常清晰。

圖5 PTGui修復(fù)的全景圖像（序列圖像編號(hào)形式）

四、觀覽設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

全景觀覽的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)是在全景圖像設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上，將它導(dǎo)入到專業(yè)的全景制作軟件中，使其根據(jù)圖像的空間屬性產(chǎn)生三維空間實(shí)體效果，從而進(jìn)行動(dòng)態(tài)瀏覽的一種技術(shù)。它的實(shí)現(xiàn)要有開(kāi)發(fā)平臺(tái)作為支撐進(jìn)行空間再造，需要交互設(shè)計(jì)優(yōu)化觀覽的效率并進(jìn)行迭代開(kāi)發(fā)。

（一）開(kāi)發(fā)平臺(tái)

當(dāng)前常用的720云和鯤圖App可以實(shí)現(xiàn)完整的全景觀覽開(kāi)發(fā)。特別是它的交互性中所采用的熱點(diǎn)連接、網(wǎng)站搭載、圖片和文字介紹、音樂(lè)添加等功能，能夠在瀏覽的過(guò)程當(dāng)中實(shí)現(xiàn)視、聽(tīng)覺(jué)多方面的感官體驗(yàn)。設(shè)計(jì)集成中，通過(guò)熱點(diǎn)的鏈接可以實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)景之間的切換，同時(shí)對(duì)于重點(diǎn)的內(nèi)容亦可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)的鏈接來(lái)深入介紹，通過(guò)文字介紹，也可以對(duì)于某一個(gè)展示重點(diǎn)進(jìn)行信息滲透。

（二）交互設(shè)計(jì)與迭代

交互（interaction）是因?yàn)橛辛恕皠?dòng)作”（action）和相應(yīng)的“反饋”（reaction）才形成了一個(gè)回合的交互行為[6]。隨著5G技術(shù)的應(yīng)用與推廣，消費(fèi)者參與互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的機(jī)會(huì)大大增加，用戶體驗(yàn)對(duì)消費(fèi)決策的影響力愈加明顯。古遺址全景觀覽設(shè)計(jì)需要通過(guò)迭代優(yōu)化來(lái)提升藝術(shù)展示的效果與服務(wù)價(jià)值的延伸。用戶可以在瀏覽的過(guò)程中即時(shí)發(fā)布個(gè)人意見(jiàn)與見(jiàn)解，開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)交互設(shè)計(jì)掌握用戶的動(dòng)態(tài)以及個(gè)人愛(ài)好來(lái)分析受試者對(duì)于全景觀覽資源的認(rèn)知情況?；ミB網(wǎng)迭代開(kāi)發(fā)與優(yōu)化的價(jià)值在于可以實(shí)現(xiàn)迭代與開(kāi)發(fā)并行，快速提升交互的易操作性與大眾體驗(yàn)的快感，并迅捷地做出調(diào)整。

互聯(lián)網(wǎng)的介入使全景觀覽資源快速到達(dá)消費(fèi)者成為可能，在這個(gè)過(guò)程，“去中心化”的推送與瀏覽，最大化的滿足了目標(biāo)群體受眾的要求。資料顯示，2018年全國(guó)鄉(xiāng)村旅游收入突破8 000億元[7]，特別是近年呈現(xiàn)出井噴式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，VR和3D技術(shù)介入全景觀覽設(shè)計(jì)助推旅游資源整合開(kāi)發(fā)大有可為。

五、總結(jié)

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，3D和VR技術(shù)介入全景觀覽設(shè)計(jì)，對(duì)于古文化遺址的價(jià)值傳播，特別是對(duì)全域旅游發(fā)展的推動(dòng)意義非常積極，屬于通過(guò)藝術(shù)展示的形式助推地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速的一條全新的路徑探索。尤其是對(duì)于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū)，基于互聯(lián)網(wǎng)渠道對(duì)地區(qū)文化資源稟賦進(jìn)行視覺(jué)開(kāi)發(fā)與推廣，可以在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值與文化價(jià)值傳播相滲透的雙效作用。