王斌儒，田建榮

（甘肅有色冶金職業(yè)技術學院，甘肅 金昌 737100）

近年來，虛擬現(xiàn)實VR技術高速發(fā)展，在各行各業(yè)均得到了廣泛的使用，可以為使用者提供良好的身臨其境體驗，給用戶提供完美的360°沉浸效果。用戶在佩戴顯示設備時，可多個方向移動，進行全方位人機交互，增強了展示效果。由于上述的優(yōu)勢，當前VR技術發(fā)展勢頭迅猛，VR技術在多個領域中都有廣闊的應用前景，全景展示技術在各行各業(yè)的應用中都有著獨特的魅力[1-2]。

甘肅金昌國家礦山公園位于甘肅省金昌市，占地面積6.93 km2。2005年8月國土資源部批準為首批國家礦山公園。礦業(yè)遺跡以典型的塊狀硫化物礦床為代表。主要礦業(yè)遺跡有：折腰山河火焰山兩個銅、硫、金、銀等貴金屬為主的露天礦礦山遺跡[3]。

本論文結合金昌市獨有的礦山特色，將虛擬現(xiàn)實技術和礦山景觀深度結合，提出基于VR的礦山景觀全景制作方案，進而在基本交互流程、攝影手法和展示效果等方面進行梳理，最終利用全景視頻的展示手法實現(xiàn)金昌市國家礦山公園的全景展示，使用戶可以體驗到交互性強、沉浸度高的景觀展示。對于礦山和景觀的展示形式具有一定的創(chuàng)新效果。

1 技術路線

本文通過前期的調研，根據(jù)金川礦山公園全景展示的特點與需求，從3個方面來進行分析和選擇，分別是：全景原理、全景制作和全景展示，如圖1所示。

圖1 金昌市礦山公園全景設計技術路線

1.1 全景原理

礦山全景的形成需要進行多個角度的影視采集，以便達到公園內重要景觀可實現(xiàn)垂直180°和水平360°范圍內的全景展示，使用者可以通過自身或設備的移動進行各個視角的瀏覽，進而后期實現(xiàn)人機交互功能。

目前主流的全景展示形式主要有3種：全景圖片形式、全景視頻形式和全景漫游形式[4]，均改變了傳統(tǒng)的圖片文字宣傳模式，能突破時間限制。在實景拍攝的基礎上加進先進的設計理念，同時都具有沉浸性、交互性的優(yōu)勢，實現(xiàn)360°沒有死角的三維場景效果，但同時3種形式也各有各的優(yōu)點和缺點，以下將對其進行具體分析。

1.1.1 圖片形式

圖片主要是通過現(xiàn)實照相和后期處理而得，最大的特點就是真實，而且制作成本較低，產(chǎn)出時間也短。但動態(tài)性差，交互能力不足。

1.1.2 視頻形式

該形式是在全景圖片技術上發(fā)展起來的，利用每秒連接多張圖片而形成視頻效果，故其真實性同上，但制作成本和時間將大大增加，動態(tài)性得到了極大地提升。但在視頻形式中，鏡頭語言缺失，細節(jié)刻畫不足，蒙太奇剪輯嚴重弱化，不適用于風景或大場面。

1.1.3 漫游形式

漫游模式實現(xiàn)了360°無死角的觀看，而且在素材中添加了音樂、文字和各類選項，極大地增加了虛擬現(xiàn)實的趣味性和互動性，同時，由于具有開發(fā)的功能，故該形式具有極強可塑性。但制作周期長，制作成本高也是該模型讓人望而卻步的主要原因。

通過上述分析對比，得出表1，結合金川國家礦山公園的景觀特性和制作成本，可以選擇圖片或者視頻的形式。

1.2 全景制作

實地拍攝，建模繪制是全景制作的兩種主要形式，建模包含二維和三維兩種模式，但實際工作中主要以三維為主，以下將對實地拍攝和建模繪制進行分析和選擇。

1.2.1 實地拍攝

主要通過全景設備進行圖像采集，后期在室內進行圖像拼接，方可完成全景圖片或視頻，準備工作簡單，真實感強，清晰度高，可信度高。

1.2.2 建模繪制

建模繪制時在實地拍攝的基礎上，通過前期設計，后期三維建模和實地場景融合，最后實現(xiàn)展示成果的一種方式，該方式成本較高，制作周期較長，需要對每一個細節(jié)都進行詳細處理和渲染，技術門檻高，工作量大。但由于建模是數(shù)字化的成果，方便網(wǎng)絡發(fā)布。

對比表2，結合實際，對于金川國家礦山全景展示，最終選擇360ONE全景相機進行實地拍攝的方式來完成全景制作的素材和成果。

表2 建模繪制和實地拍攝的對比

1.3 全景展示

制作完成后，展示成果的設備選擇也十分影響顯示和體驗效果，傳統(tǒng)的模式是將其投放到屏幕上進行顯示，現(xiàn)主要是使用VR眼鏡進行交互和觀覽，綜合設備價格、顯示效果和用戶體驗等各個方面，本研究選取愛奇藝VR2S眼鏡進行展示，該設備使用驍龍XR2芯片，8G+128G，4K高清輸出，價格合理，參數(shù)滿足要求。

2 全景設計

2.1 展示內容設計

金川國家礦山公園，位于金昌市區(qū)西南部龍首山脈北坡。主要景點以中國最大的人造天坑露天礦老坑為主體，包括觀景臺、綠化荒山邊坡，礦山廢渣綠化、礦山科技館、選礦冶煉和尾礦庫參觀游覽通道[5]。

已是綠意盎然，垂柳搖曳，相互映襯，美麗如畫。登山臺階兩側碧綠茂盛，別具一格，整個綠化錯落有致，成為國內獨一無二的靚麗風景線。

結合上述的實際情況，設計本次顯示的內容主要分為自然和人文兩方面。

（1）自然方面主要包含山體景觀和植被景觀。其中：山體景觀包括礦山公園八座山體和金川露天鎳礦坑，尤其是礦坑，是一個長1 300 m、寬700 m、深310 m多的橢圓形人造天坑，堪稱中國最深的人造天坑。其宏偉程度應該重點展示。植被景觀主要是常規(guī)樹種和彩葉樹種，主要為圓冠榆樹、刺柏景觀植物和沙生植物，整體植被錯落有致，綠意盎然。

（2）人文方面主要是通過講解的方式，展示老一輩金昌鎳礦的開拓者們，用自己辛苦的汗水，愚公移山的堅持和艱苦奮斗的精神，對金昌人的綠色環(huán)保、以人為本發(fā)展理念和“艱苦奮斗、和諧進取”的金川精神有更深切的體驗。

2.2 需求設計

由于金川國家礦山公園的特殊性，相較于傳統(tǒng)的景點，游客可能更加注重礦坑的參觀，體驗從頂部到礦坑底部的刺激感，同時用戶也會注重時間段的選擇，如在礦山公園的標志性頂部參觀天文景象，這些景象或存在一定風險，或時間段不好把控，通過虛擬全景顯示，可以讓旅客在保證安全的同時，能夠感受到礦山公園的與眾不同，也是全景顯示的重要作用之一。模擬礦山公園的上述特性，具體進行以下的設計：

（1）重點拍攝礦坑的雄渾偉岸鬼斧神工，讓用戶通過全景感受人類的力量是何其的偉大。形成坐礦車下礦底的視頻素材，體驗刺激感，深入礦坑底部的礦硐，體會開鑿采礦的艱辛。

（2）展示礦山道路兩邊的植被和綠化成果，讓用戶感受金昌的發(fā)展不僅僅是向大自然的索取，也在精心地保護大自然的每一寸土地。

（3）設計不同時間段的礦山景色，補足用戶無法在有限的時間內參觀完全部美景的遺憾。

2.3 體現(xiàn)手段

為了不形成視頻顯示的卡頓，按照眼睛的反應延時，選取視頻的幀率為30 fps。本次的全景展示務必保持主視角區(qū)域的高度一致，也就是說，全景顯示中全部使用第一人稱的視角，進行360°無死角的觀測，周邊沒有其他人進行干擾和影響。但是，顯示設備畢竟使用的是眼睛在觀看，無法不移動觀看到全部的景象，故本次的觀眾視角分為主要視角區(qū)，次要區(qū)和盲區(qū)。主視區(qū)不固定，根據(jù)用戶的轉動而變換，這樣，次要區(qū)會慢慢變成主視區(qū)，盲區(qū)慢慢變成次視區(qū)，形成良好的過渡。

2.4 引導手段

在全景顯示中，必須做的一個關鍵點就是如何正確地引導用戶，使得用戶能夠跟上設計者的思維路線，需要實現(xiàn)物體、字幕和區(qū)別性引導方法進行有機結合。

2.5 展示設計

展示作品制作之前，必須進行前期資料調研和實地考察，進而對技術和設備進行分析確定，然后根據(jù)需求分析和引導分析，依照全景制作技術規(guī)范，確定展示設計制作路線，進行相關技術手段的創(chuàng)作全景展示作品[6-8]。具體方案如下：

（1）采用360ONE全景相機進行實景拍攝，以圖片和視頻兩種形式展現(xiàn)。

（2）對采集的圖像進行調色處理，然后進行拼接，完成展示內容。

（3）根據(jù)需求分析，對所需的功能和內容進行交互式制作，完成本視頻展示。

3 全景制作與展示

3.1 全景拍攝

拍攝時期務必保證素材的質量，所以在拍攝時需要選擇合適的時間和氣候：首先是不要在中午進行拍攝，該時段光線太強，會產(chǎn)生嚴重的色差，而清晨和傍晚是最好的拍攝時段，如圖2所示；其次是選擇人數(shù)較少的時刻拍攝，保證圖像的純潔性；再者就是減少微距和長焦拍攝；最后就是拍攝的過程中，其架體高度最好和人體高度相仿，在虛擬現(xiàn)實顯示中也會保證人體眼睛的觀感。同時，拍攝角度的選擇也很重要，腳架1.6 m左右的平視角度是一個較好的選擇，礦坑的美景可以采用仰視視角進行拍攝，如圖3所示。

圖2 全景拍攝時間段選擇

圖3 全景拍攝角度選擇

3.2 后期制作

利用配置較高的專業(yè)視頻處理工作站，采用專業(yè)軟件Nuke進行素材的拼接，使用CAVA VR插件實現(xiàn)視頻和照片的矯正、縫合、色彩改正等功能，最后對產(chǎn)品進行渲染[9]。同時，為了產(chǎn)生更好的沉浸式體驗，聲音的加入和噪音的消除必不可少，本研究主要使用后期添加背景音樂和旁白。最后，利用AE CC202軟件消除視頻中的畸變現(xiàn)象，進行全景視頻的包裝和效果制作。

4 結論

（1）本文充分利用VR技術全景展示的優(yōu)點，對其在金川國家礦山公園全景展示中的應用進行了參數(shù)選取、設備選擇、理論設計和實際制作，形成一套較為成熟的制作方案，豐富了數(shù)字景點的建設技術，對后期其他礦區(qū)和風景點的虛擬現(xiàn)實具有一定的借鑒意義，拓展了虛擬現(xiàn)實的應用范圍。

（2）結合實際拍攝情況，提出了拍攝手段、拍攝時間、拍攝角度和后期制作等方面的具體要求，對后期制作過程中的無縫拼接、聲音處理、剪輯特效和包裝完成進行了技術梳理和總結。為高質量素材的采集和成品制作提供專業(yè)技術指導。

（3）本文由于經(jīng)費和時間的限制，有很多的不足之處，今后將進一步系統(tǒng)提升。