基于全景技術(shù)的博物館網(wǎng)絡(luò)虛擬展示設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

胡進(jìn) 楊建杰 孟佳蕊

摘要：構(gòu)建體驗(yàn)式在線漫游虛擬博物館對(duì)提升博物館的社會(huì)影響力，延伸博物館社會(huì)教育服務(wù)功能具有重要的實(shí)際意義。文章結(jié)合遼寧古生物博物館采用360度全景技術(shù)開發(fā)在線漫游虛擬博物館的經(jīng)驗(yàn)，在總結(jié)全景技術(shù)、數(shù)字博物館的相關(guān)理論基礎(chǔ)之上，分析了利用全景技術(shù)開發(fā)在線漫游虛擬博物館的意義與價(jià)值，闡述了基于全景技術(shù)的場(chǎng)景漫游設(shè)計(jì)思想與制作流程，旨為與其相關(guān)的研究提供理論參考。

關(guān)鍵詞：全景技術(shù);在線漫游;虛擬博物館;遼寧古生物博物館

中圖分類號(hào)：G202 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ? ?論文編號(hào)：1674-2117（2015）01-0083-04

● 引言

博物館是一個(gè)國家和地區(qū)社會(huì)進(jìn)步與人類文明發(fā)展程度的重要標(biāo)志，是物質(zhì)文明與精神文明建設(shè)的重要窗口。當(dāng)前，隨著全球信息化建設(shè)的深入推進(jìn)，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、移動(dòng)化的科技浪潮拓展了人們獲取資訊的途徑與方式。在此背景下，充分利用信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新博物館展示手段，讓科技助力知識(shí)傳播，讓知識(shí)傳播承載博物館的社會(huì)教育服務(wù)功能，是博物館數(shù)字化建設(shè)適應(yīng)信息時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。

● 相關(guān)理論概述

1.全景技術(shù)概述

全景技術(shù)也稱為全景攝影或者虛擬實(shí)景，是一種基于靜態(tài)圖像在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的一種技術(shù)，它是使用相機(jī)環(huán)360度拍攝的一組或者多組照片通過無縫連接的方式拼接成一張全景圖像，并通過計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全方位互動(dòng)式觀看的真實(shí)場(chǎng)景還原展示方式。[1]用戶可以使用IE瀏覽器或播放軟件在電腦平臺(tái)上利用鼠標(biāo)控制環(huán)視的方向，可360度旋轉(zhuǎn)觀看，給人一種全新的真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)感和交互體驗(yàn)感。

全景技術(shù)的特點(diǎn)在于它突破了傳統(tǒng)三維技術(shù)的視角極限，免去了三維繁瑣建模渲染等工作，直接取景于真實(shí)場(chǎng)景，利用真實(shí)照片圖像結(jié)合JavaScript腳本語言實(shí)現(xiàn)實(shí)景360度全方位展示，并可在全景展示中加入圖片、視頻、音頻、文字等多種媒體，使觀者不僅可以獲得整體的認(rèn)識(shí)，亦可深入其中某個(gè)場(chǎng)景、某個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行瀏覽觀看。360度全景可用于網(wǎng)絡(luò)、多媒體觸摸屏、大屏幕全屏投影、全景視頻、三維產(chǎn)品展示等，被廣泛應(yīng)用在房地產(chǎn)樓盤展示、虛擬旅游、虛擬教育等領(lǐng)域。[2]

2.數(shù)字博物館概述

博物館是為社會(huì)和社會(huì)發(fā)展服務(wù)、并向公眾開放的非營利性永久機(jī)構(gòu)，它以研究、教育、欣賞為目的，征集、保護(hù)、研究、傳播和展示人類及其環(huán)境的見證物。[3]數(shù)字博物館是建立在數(shù)字空間之上的博物館，是以采集、保護(hù)、管理和利用人類文化/自然遺產(chǎn)信息資源為目的，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)等建立的信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體系，是對(duì)實(shí)體博物館服務(wù)時(shí)間和展示空間的延伸與拓展。[4]

虛擬博物館是數(shù)字博物館的一種嶄新形式，它結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過圖像、文字、音頻、視頻、3D動(dòng)畫等多媒體信息表現(xiàn)方式將博物館的職能延伸到網(wǎng)絡(luò)上，打破了時(shí)空限制，為世界各地的觀眾提供展示和互動(dòng)服務(wù)，開啟了博物館網(wǎng)絡(luò)虛擬展示的全新模式。

● 基于全景技術(shù)構(gòu)建博物館網(wǎng)絡(luò)虛擬展示的價(jià)值與意義

1.全景技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)虛擬展示的價(jià)值

全景漫游技術(shù)是基于全景圖像的真實(shí)場(chǎng)景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是目前全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展并逐步流行的一種視覺新技術(shù)，它是通過專業(yè)的取景設(shè)備將場(chǎng)景以真實(shí)圖片的方式保存，然后通過后期合成將多組圖片高精度地拼接與修復(fù)，采用兼容性極高的Flash播放技術(shù)或HTML5技術(shù)，通過專業(yè)的合成軟件，開發(fā)出運(yùn)行于不同環(huán)境的虛擬場(chǎng)景。[5]讓用戶在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行交互觀察、交互作用，產(chǎn)生一種身臨其境的感受和體驗(yàn)。[6]相對(duì)于開發(fā)虛擬漫游系統(tǒng)的三維掃描、三維建模等高難虛擬技術(shù)，360度全景技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面（見下表）：①圖像拍攝及合成的開發(fā)難度與復(fù)雜程度較低，耗費(fèi)時(shí)間較短。②以采集場(chǎng)景圖像為基礎(chǔ)，真實(shí)還原物體的細(xì)節(jié)、質(zhì)感和色澤，避免了三維建模與貼圖渲染過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)偏差與圖片模糊和馬賽克等問題[7]，場(chǎng)景真實(shí)性較好。③采用圖形圖像處理方式還原真實(shí)場(chǎng)景，圖像文件的數(shù)據(jù)量較小，對(duì)系統(tǒng)環(huán)境要求較低。④以Flash動(dòng)畫技術(shù)為外部擴(kuò)展平臺(tái)，可根據(jù)展示需求定制各種輔助功能（如添加音頻解說、播放界面定制、漫游地圖等），并依托HTML5技術(shù)可為iPad用戶提供高清流暢、方便快捷的在線漫游體驗(yàn)，平臺(tái)兼容性好。⑤利用全景技術(shù)開發(fā)漫游系統(tǒng)相比三維掃描的昂貴設(shè)備與虛擬建模的高開發(fā)成本，其在設(shè)備購買與人員組成方面耗費(fèi)較低，可實(shí)現(xiàn)低成本開發(fā)虛擬博物館。

2.全景技術(shù)助力博物館網(wǎng)絡(luò)虛擬展示的意義

全景技術(shù)在博物館領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用開啟了博物館在網(wǎng)絡(luò)展示、教育、宣傳等方面的新模式，推動(dòng)了實(shí)體博物館數(shù)字化、數(shù)字博物館網(wǎng)絡(luò)化、網(wǎng)絡(luò)博物館移動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合，彌補(bǔ)了實(shí)體博物館、傳統(tǒng)數(shù)字博物館在遠(yuǎn)程用戶體驗(yàn)與平臺(tái)兼容性方面的缺陷，實(shí)現(xiàn)了展品與觀眾之間的零距離交流與互動(dòng)，增強(qiáng)了在線漫游式的體驗(yàn)感，全方位提升了博物館的社會(huì)服務(wù)功能。與此同時(shí)，作為科普教育基地的重要組成部分，博物館承載著宣傳科學(xué)文化知識(shí)、提高全民文化素養(yǎng)的責(zé)任和使命，基于全景技術(shù)的博物館網(wǎng)絡(luò)虛擬展示的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，充分結(jié)合當(dāng)前數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化與移動(dòng)化的大數(shù)據(jù)時(shí)代優(yōu)勢(shì)，拓展了科普知識(shí)的傳播廣度與效度，體現(xiàn)了以科技助力文化傳播，以文化傳播惠及百姓的科普教育理念，進(jìn)一步提升了博物館網(wǎng)絡(luò)展示的科普教育功能。

● 基于全景技術(shù)的博物館網(wǎng)絡(luò)虛擬展示設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.設(shè)計(jì)思想

文章以遼寧古生物博物館的數(shù)字化建設(shè)子項(xiàng)目為例，采用360度全景漫游技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了博物館的網(wǎng)絡(luò)虛擬展示效果，其核心設(shè)計(jì)思路主要包括以下幾個(gè)方面（如圖1）。

圖1

（1）前期分析

一是考察博物館展廳的實(shí)際情況，了解場(chǎng)景環(huán)境條件，結(jié)合博物館4層8個(gè)展廳的實(shí)際情況設(shè)計(jì)并制定構(gòu)建方案;二是設(shè)備與技術(shù)支持，依據(jù)場(chǎng)景實(shí)際情況配備項(xiàng)目實(shí)施所需的相關(guān)設(shè)備與技術(shù)人員，為任務(wù)順利開展提供支持。

（2）實(shí)施流程

一是根據(jù)每個(gè)展廳場(chǎng)景情況設(shè)計(jì)出各自展廳的全景圖像拍攝方案，并依據(jù)全景拍攝方案進(jìn)行實(shí)地拍攝，然后對(duì)采集的圖像組進(jìn)行后期全景圖拼接;二是收集與處理虛擬博物館建設(shè)所需要的多媒體素材與相關(guān)資料;三是利用全景漫游制作系統(tǒng)搭建數(shù)字博物館的模塊框架，完成在線漫游網(wǎng)絡(luò)虛擬博物館的圖文、動(dòng)畫、影像等資料的合成與構(gòu)建。

（3）預(yù)期效果

輸出全景漫游制作系統(tǒng)開發(fā)的成品文件，調(diào)試產(chǎn)品的運(yùn)行環(huán)境與平臺(tái)兼容性，力爭(zhēng)構(gòu)建出高質(zhì)量、低傳輸、好操作、跨平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)虛擬博物館。

2.實(shí)施過程

（1）全景圖像采集與制作

全景圖像主要有柱形全景、球形全景、對(duì)象全景三種。遼寧古生物博物館的網(wǎng)絡(luò)虛擬展示是基于制作成本較低的球形全景技術(shù)開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。球形全景是以目標(biāo)景點(diǎn)的某一觀察點(diǎn)為中心，使觀察者既能看到水平環(huán)360度的景觀效果，又能看到垂直環(huán)180度的景觀效果，即形成360×180的全視角效果，球形全景中加入了天和地的感覺，全景的視覺范圍更加開闊。[8]拍攝全景的設(shè)備主要包括單反相機(jī)、廣角鏡頭、全景云臺(tái)、三腳架。合成全景的軟件主要有圖形拼接軟件Autopano Giga或PTGui Pro、圖形處理軟件Photoshop、全景制作軟件pano2vr等幾種。

◇圖像拍攝

圖像拍攝是全景制作過程中的關(guān)鍵步驟，關(guān)系到素材在后期能否順利拼接的問題。因此，圖像采集過程中拍攝者應(yīng)掌握相機(jī)的擺放方法與拍攝技巧（如圖2）。①使用三腳架固定全景云臺(tái)，確定好相機(jī)的垂直角度，保證相機(jī)在一個(gè)中心點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，確保拍攝轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的圖像采集在同一水平面，如果條件允許最好配備水平儀。②拍攝者環(huán)繞水平一周拍攝10～15張照片，并保證每張照片有10%～20%的重疊用于后期拼接，在曝光時(shí)間較長時(shí)，保持相機(jī)穩(wěn)定不動(dòng)，保證圖像清晰度。③拍攝圖像時(shí)上下都要留出一定的多余空間，避免后期合成的全景照片剪裁時(shí)破壞主體。④拍攝過程中圖像拼縫的地方盡量避免正在運(yùn)動(dòng)的景物，拍攝時(shí)動(dòng)作要快，減少由于其位置變化給后期制作帶來的麻煩。⑤補(bǔ)拍天與地，如果機(jī)位正下方為有規(guī)則且連續(xù)的圖案或不規(guī)則且非連續(xù)性圖案，需要對(duì)地面和天空補(bǔ)拍，以備后期合成修復(fù)使用。完成一圈的拍攝后得到的圖像數(shù)據(jù)就可以通過軟件進(jìn)行拼接（如圖3）。

◇圖像處理

在圖像拍攝過程中，由于光線、場(chǎng)景凌亂等因素造成的圖像拍攝效果較差時(shí)，開發(fā)者可根據(jù)需要對(duì)圖像進(jìn)行后期處理。例如，利用HDR技術(shù)處理圖像的亮處、暗處、鏡面反射等不良效果;利用Photoshop調(diào)整畫面亮度/對(duì)比度、曲線等，擦除或修復(fù)場(chǎng)景中不需要的元素;同時(shí)注意全景圖像拼接過程中缺少的頂和底，即天和地，通過修補(bǔ)實(shí)現(xiàn)無瑕疵的全景圖片，進(jìn)而達(dá)到理想效果。

◇圖像合成

全景圖制作的最后階段就是圖像拼接，即將水平360度旋轉(zhuǎn)拍攝的照片，拼接成一張?jiān)谄矫嫔峡瓷先ズ軓V范圍的照片，使得生成的全景展示地圖能夠還原當(dāng)時(shí)拍攝的真實(shí)景象。本案例采用Autopano Giga軟件進(jìn)行全景自動(dòng)拼接，主要操作步驟如下：①打開Autopano Giga軟件，執(zhí)行“文件—導(dǎo)入”，在彈出對(duì)話框中選擇拍攝好的一組圖像，導(dǎo)入圖像。②執(zhí)行“檢測(cè)”，系統(tǒng)自動(dòng)匹配關(guān)鍵點(diǎn)（如下頁圖4），進(jìn)行初步全景合成。③執(zhí)行“編輯”合成全景圖像開始，適當(dāng)調(diào)整圖像視覺效果與尺寸，完成合成。④執(zhí)行“文件—導(dǎo)出”，輸出合成后的全景圖像（如下頁圖5）。依照上述步驟完成對(duì)博物館展廳全部圖像組的全景拼接工作。

（2）全景漫游系統(tǒng)制作

本案例使用Pano2VR漫游軟件開發(fā)遼寧古生物博物館的虛擬展示系統(tǒng)。主要步驟如下：①啟動(dòng)軟件，在輸入功能模塊中執(zhí)行“選擇輸入”，根據(jù)展廳參觀順序?qū)肴皥D。②使用交互熱點(diǎn)制作場(chǎng)景快速鏈接，利用皮膚編輯器制作參觀導(dǎo)覽地圖（如圖6）。③使用皮膚編輯器的圖片添加功能，制作展版、藏品內(nèi)容的大圖展示，使用媒體功能添加展示的視頻或講解音頻。④制作漫游導(dǎo)航控制按鈕和使用幫助信息。⑤設(shè)置輸出參數(shù)與格式，發(fā)布制作完成的漫游系統(tǒng)，為了提高漫游系統(tǒng)的高度兼容性建議輸出Flash/HTML5格式的文件以適用多平臺(tái)的使用需求。

（3）產(chǎn)品展示

架構(gòu)與設(shè)置網(wǎng)絡(luò)虛擬博物館的服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)連接地址，將開發(fā)好的虛擬博物館嫁接到互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行展示與傳播，為全民提供網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程參觀與使用（如圖7）。

● 總結(jié)

當(dāng)前，隨著全球信息化建設(shè)的深入推進(jìn)，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、移動(dòng)化的科技浪潮正以多樣的方式和途徑拓展著人們獲取資訊的渠道。文中案例采用全景技術(shù)構(gòu)建遼寧古生物博物館的網(wǎng)絡(luò)虛擬展示，切實(shí)地利用了信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)媒體優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)了信息技術(shù)與博物館網(wǎng)絡(luò)展示的有機(jī)結(jié)合，開創(chuàng)了遼寧古生物博物館數(shù)字化展示的新模式，對(duì)提升網(wǎng)絡(luò)科普教育，宣傳科普知識(shí)，擴(kuò)大博物館的社會(huì)影響力等具有實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)：

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