三維全景在虛擬校園漫游系統中的生成和運用

王雪松

摘要：在虛擬校園漫游系統中，三維全景的生成無疑是其中的關鍵和基礎，其不但能夠給觀眾以鮮明的第一印象，更對整個系統后續的體驗和互動有著決定性影響。鑒于此，本文從三維全景技術的發展談起，就其在虛擬校園漫游系統中的生成和運用進行了具體的分析。

關鍵詞：三維全景；虛擬校園漫游；生成和運用；研究分析

l 三維全景的含義和用途

三維全景全稱為三維全景漫游技術，其核心正是三維全景圖像。通過利用拍攝設備所獲得的多張360度和180度的照片，拼接為一張圖像，從而構成一個全景空間。與傳統的二維場景相比，其具有多個優點：一是真實感強。二是互動性強。觀眾可以憑借自己的喜好進行隨意操作。三是文件體積小，方便傳輸，對丁硬件的要求也不是太高。對丁學校來說，近年來，虛擬校園漫游系統的開發和運用就被提上了日程。而整個系統的構建的關鍵和基礎，則是三維全景的牛成，其能夠將眾多360度拍攝的照片組合成為一個全景圖像，然后再通過一些軟件和插件，在計算機、于機等媒體上予以真實的還原。而且觀看者還可以根據自己的喜好，進行上下左右、前后遠近的調整，獲得一種身臨其境之感。所以從這個角度來說，沒有三維全景，也就沒有虛擬校同漫游系統的牛成，發揮著關鍵的基礎性作用。

2 虛擬校園漫游系統中三維全景的生成和運用

2.1 圖像采集

圖像是三維全景牛成的原始素材，一般來說，圖像的獲得包含兩種形式。第一種是運用全景相機拍攝。全景相機可以直接獲得全景圖像，免去了后續制作的麻煩，但是其弊端也是顯而易見的，即全景相機本身是十分昂貴的，拍攝成本較高，所以一般很少使用。第二種是采用普通相機拍攝。可以將普通的照相機或攝像機架設在一個可以水平選裝的支架上，然后進行轉動拍攝。所拍攝出來的照片是有一定重合部分的，所以需要在電腦上利用軟件進行拼接處理。因為普通照相機和攝像機的價格相對低廉，所以這也是當下主流的圖像采集方式。例如，可以運用多個魚眼鏡頭，分別拍攝建筑物、雕塑等立方體上下左右前后的六個面，然后再將安裝了魚眼鏡頭的相機同定在支架上，進行背景的拍攝，每旋轉90度拍一張。之所以采用這方式，是因為180度的魚眼鏡頭拍攝出的照片沒有重疊區域，很容易讓后期的拼接處理出現偏差，而每隔90度拍攝一張，就可以將其和魚眼拍攝照片進行比對，更加方便與后期的制作。在獲得了帶有重疊區域的圖像素材之后，因為每一幅圖片坐標不同，所以為了獲得統一化的效果，必須將其統一到同一個坐標體系中。對此通常采用球面投影和柱面投影的方式。球面投影是將多幅圖像拼接投射到一個球面上，獲得圖像像素點在空間中的方位信息。其對于圖像素材本身并沒有什么特殊的要求，所以是一種廣為采用的方式。柱式投影可以視為是球面投影的變形，其將準備拼接的圖像投射在一個網柱體上，與球面投影相比，其在獲得空間方位信息的同時，還能夠快速地去除重復的信息。經過上述處理后，整個三維全景圖的骨架也就搭設完畢了。

2.2 圖像拼接

因為全景照相機的價格較為昂貴，所以在圖像采集過程中，還是多采用普通相機拍攝加后期拼接處理的方式為主。其根本原理是將眾多圖像匯集在一起，然后刪除掉其重疊部分，使之成為了一個新的整體。其中的關鍵就在丁重疊位置和區域的查找。如果查找的不準確，就會出現重復表現和遺漏表現的結果，也就難以稱為是全景圖了。且因為在具體的拍攝過程中，受到硬件本身和具體環境的影響，使得最終的圖片效果還以做到百分百精確，經常出現一些平移、扭曲、變形、色彩等情況，這也再一次凸顯出了圖像拼接的重要性。一般來說，圖像拼接包含兩種方式，即區域拼接和特征拼接。區域拼接是對面面灰度信息的運用，以此來作為特征和區分，但是涉及層面眾多。特征拼接則是針對圖像的點、線、面、輪廓等特征進行匹配，因為是一種點對點的處理，所以運算量較小，也是當下一種主流的處理方式。在具體拼接方法上，第一種是幀到幀的合成。又被稱為是靜態圖像拼接技術。其能夠以批量的形式將所有的圖像變換為同一個坐標體系，然后利用不同的時空濾波器進行拼接。既可以是自動獲得，也可由設計者于動選擇。第二種是幀到圖像合成。鑒丁幀到幀的組合很容易小現累積誤差，所以一些設計者對幀到圖像的方式進行了嘗試，也就是動態拼接技術，其將圖像幀和拼接圖像放置到同一個坐標體系內進行處理，既減少了累積誤差的出現，而且在一些運動場景的表現時，往往有著更加出色的效果。第三種是拼接圖像到幀的合成。其可以視為是幀到圖像合成的反運用。是以幀圖像的坐標體系為標準，讓拼接圖像與之相配準，所以也更加適用丁一些視頻傳輸和動態圖像拼接。第四種是拼接圖像到拼接圖像的合成。還是為了避免幀圖像所出現的誤差，所以設計者們探索出了拼接圖像到拼接圖像的合成，其將圖像按照一定的特點和規則進行分段，先形成子圖像，然后再將子圖像進行組合，可謂是一種誤差小且方便快捷的方式。當所有的全景地圖制作完畢之后，則要進一步將其轉換為Flash格式，對此Pan02vr是一個十分得力的T具，可以將全部素材都輸入到該軟件中，然后選擇球面或柱式投影，最終牛成高質量的Flash。

2.3漫游發布

制作三維全景的最終日的是整個漫游系統的牛成，所以要將主要景點、建筑物、硬件設施等組合成單個節點的三維全景圖，以實現單個場景的交互式漫游。其優勢在丁能夠全面、快速而流暢的實現自動和于動漫游控制。而制作方也可以將整個系統整合在一個網頁下，放置在校同網站中，再輔以百度地圖等工具，實現從宏觀到局部的全面展示。最后，為了獲得更好的使用感受，也需要定期對整個系統的界面進行優化，以達到互動性強、特色鮮明的日的。具體來說，系統的整體風格是要與學校整體形象相一致，比如校同建筑物的色彩、學校一些宣傳材料中常用到的圖案和背景等，使瀏覽者不看名字，就能夠憑借印象和感覺知道這是哪一所學校，使學校的特色得到最大化的彰顯。除此之外，也應該在整個系統中適當加入一些音樂和音效。一些優美的輕音樂能夠增強瀏覽者的身臨其境之感，從單純的視覺感受變為了視聽合一。而一些音效的加入，如轉入下一節點時發出的美妙聲響等，則能夠讓人感受到一種人性化關懷。

近年來，建立在三維全景基礎上虛擬校同漫游系統的開發和運用，對學校的形象宣傳和推廣、校同環境的規范管理以及師牛的工作、學習和牛活等方面，都能產牛積極的影響。在當今全球數字化的大環境下，學校尤其是高等院校應對虛擬校同漫游系統有充分的認識和足夠的重視，并結合自身的實際情況進行合理的開發和運用，進一步實現校同數字化。