全景技術在室內設計的發展應用現狀與前景

朱可

摘要：全景（英文名稱是Panorama）是把相機環360度拍攝的一組或多組照片拼接成一個全景圖像，同時包括使用3維軟件創建生成的全景圖像。

關鍵詞：全景；VR；虛擬現實；成像算法；建模與渲染

中圖分類號：TU238.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2017）06—0132—02

引言

全景虛擬現實（也稱實景虛擬）是基于全景圖像的真實場景虛擬現實技術，它通過計算機技術實現全方位互動式觀看真實場景的還原展示。在播放插件（通常Java或html、aetivex、flash）的支持下，使用鼠標控制環視的方向，可左可右可近可遠。使觀眾感到處在現場環境當中，好像在一個窗口中瀏覽外面的大好風光。

全景技術在建筑設計和室內裝飾設計領域的應用由來已久，室內設計是較早使用全景及虛擬現實技術技術的行業，與傳統的平面效果圖相比從初期的意向交流到后期的全景效果呈現，客戶可以更直觀的體驗到在完成的屋子中的場景，更真實的欣賞著設計師的創意與想象，這就是技術進步下的虛擬現實技術給室內裝飾領域帶來更新的機遇與挑戰。

1大環境所帶來的改變

在新一輪的資本寒冬的影響下，以虛擬現實VR為代表的包括全景及AR等新一代交互技術正成為僅有的幾個為數不多的資本青睞方向，建筑裝飾等行業傳統行業的企業雖然大多并不采用風投融資的成長策略，但是不論主動還是被動都會去迎合這一輪技術變革所帶來的認知升級。無論在對客戶效果呈現或是既有成品的重置整理，全景成像模式的應用都逐漸成為率先應用這一技術的公司在市場競爭中脫穎而出的重要砝碼。

在眾多的建筑行業企業中，先一步應用全景技術的企業是一些互聯網+模式的家裝公司及地產商的樓盤展示，這得益于這類公司對于前期投資的態度及模式與以“項目”為基本單位的設計和施工企業有著更大的自由度與優勢，這使得后者在跟上這一輪技術更新的步伐上會有一定程度的落后，但并不妨礙整個行業從單一平面呈現向全景呈現過渡的大勢所趨。

2基于全景圖像的虛擬技術與基于多邊形虛擬現實相比，具有以下的優勢

（1）真實性強，實景場景攝影，真實逼真的還原表現。

（2）播放設備硬件要求低，普通電腦均可播放，無需專門工作站。

（3）開發周期短，開發成本低。拍攝制作比三維制作速度快，時效性強。

（4）導覽性、交互性強。可與flash技術無縫結合。

（5）畫面質量高，高清晰度的全屏場景，令細節表現完美。

（6）數據量小，非常適合網絡式訪問觀看。

基于靜態圖像的虛擬全景技術是一種在微機平臺上能夠實現的初級虛擬現實技術。它具有開發成本低廉，但應用又很廣泛的特點，因此越來越受到人們的關注。特別是隨著網絡技術的發展，其優越性更加突出。它改變了傳統網絡平淡的特點，讓人們在網上能夠進行360度全景觀察，而且通過交互操作，可以實現自由瀏覽，從而體驗三維的VR視覺世界。

全景由于給人們帶來全新的真實現場感和交互式的感受。它可廣泛應用于三維電子商務，如在線的房地產樓盤展示、虛擬旅游、虛擬教育等領域。

3全景拍攝的技術原理簡析

拍攝的相機鏡頭可以分成廣角鏡頭和普通鏡頭兩種。使用廣角鏡頭拍攝全景所使用的相機數量要比普通鏡頭的少。理論上來說，兩個水平180°+的廣角相機即可完成全景圖像的拍攝，但是由于廣角鏡頭邊緣部分的圖像信息損失比較嚴重，由此制作出來的全景圖像效果很差，所以一般采用≥3的廣角相機進行拍攝。

魚眼鏡頭是一種超廣角鏡頭，一般的定義是視角達到180度的鏡頭就稱之為魚眼鏡頭。在135畫幅的相機上，16ram的鏡頭就可以達到180度的視角，所以我們長久以來把焦距16mm以下的鏡頭都稱為魚眼鏡頭。魚眼鏡頭最大的作用是視角范圍大，這為近距離拍攝大范圍景物創造了條件；且魚眼鏡頭具有相當長的景深，有利于表現照片的長景深效果。

一個360度的全景圖用魚眼鏡頭來拍攝制作，只需要拍攝幾張就可以了，加上使用了數百萬像素的單反數碼相機，我們可以輕易的將圖像導入全景拼合軟件，能很方便的生成一張360度的高清晰全景。

全景攝影現階段存在的技術要點

（1）魚眼鏡頭畸變的矯正

使用廣角鏡頭所拍攝出來的圖像形變通常非常嚴重，這就需要對廣角鏡頭進行標定和畸變校正。而通常所用的魚眼鏡頭模型有如下兩種：1、球面模型；2、多項式模型（當然不乏很多改進的模型）

這兩種模型矯正出來的圖像區別并不是很大，而且肉眼看上去非常正確。但是模型畢竟是模型，都是基于針孔模型發展出來的，針孔模型畢竟只是對相機成像過程的近似。這兩個模型矯正出來的圖像跟實際物體長寬等比例關系還是有一定的出入，這樣如果需要像baidu全景配合點云設備來識別墻面/將墻面可視化，就會出現全景圖像和點云不匹配的情況。這就需要將魚眼模型做到力求準確。

如果采用的是普通的鏡頭，畸變很小，跟點云配合也準確，但是有一個問題是廣角鏡頭和普通鏡頭都無法回避的問題——視差。

（2）視差

視差在攝影系統中無法避免。由于全景系統中相機和相機的光心/焦點之間的距離不可忽略，在拼接之前相鄰兩個圖像中就會產生視差。而且越近的物體產生的視差越大，在圖像拼接/圖像融合的時候會差生越大的麻煩。對于視差較小的相鄰兩幅圖像來說，可以用圖像融合技術來處理，而對于較大視差的圖像，目前的技術是寄希望于更好的的融合算法或改進的相機模型（這里轉換為雙目視覺應該也是可以的，只是計算量會比較大，效果也不一定會很好）

（3）圖像融合

圖像融合算法在全景技術中得應用需要解決視差和色差（相同型號不同相機在不同環境下成像顏色可能會有些不同）所帶來得問題。而好的圖像融合算法不僅僅需要達到好的效果，還需要較高的性能來應付海量的室內圖像。

完成了全景圖像的融合后接下來就可以將全景的圖片進行虛擬現實或者漫游的終端化，將全景圖片用專業的軟件轉變成用戶可識別的瀏覽模式。

制作出來的虛擬漫游可以廣泛運用于房地產展示、旅游景點介紹、賓館酒店展示、汽車展示和城市景觀展示等，觀看者無需到現場即可獲得身臨其境的感受。無論初學者還是制作虛擬漫游的專業人士，都能夠運用軟件制作出令人滿意的作品。漫游大師可以發布成FlashVR（HTML）、exe、SWF以及運用在iPad等蘋果設備上觀看的HTML5格式的三維虛擬漫游。令用戶有更多的選擇。

4全景技術在室內裝飾設計領域的發展

全景技術在室內裝飾設計領域的發展得以實現取決于下面兩個方向的技術進步所帶來的變化。

（1）三維建模技術的提高給全景技術在室內裝飾設計應用中帶來的發展三維建模技術是虛擬現實技術的基礎技術，通過3D軟件對室內的空間環境進行具象化生成，實現抽象空間具象化的設計步驟。相比早年間，設計師的硬件條件的提高與軟件算法優化的進步使得3D軟件越來越能夠承受更為復雜的模型細節與更大場景的展現。這使得從單一角度效果圖向全景效果呈現轉變有了硬件的基礎。

（2）三維渲染技術的進步給全景技術在室內裝飾設計應用中帶來的發展對于將設計成果全景化這一進程，軟件的開發企業比之設計從業人員有著更高的積極性與緊迫感，這點在三維的渲染技術軟件升級和更新上體現的尤為明顯，現在三維軟件對于虛擬現實技術的支持已經越發成熟。虛擬現實技術建完模型之后，最重要的一步就是給模型進行渲染，只有經過渲染才能實現室內裝飾設計的真實感，否則還是停留在二維的抽象想象。三維軟件的全景渲染與真實場景的全景拍攝的原理相同，但是達成更為便捷，其最關鍵的區別在于沒有“圖像融合”這一步驟，因此甚至跟本不需要進行任何的設備與硬件的升級，僅僅變換一下軟件當中的參數就能夠完成從平面效果圖向全景效果呈現的轉變。伴隨著支持全景虛擬現實的終端越來越普及，室內裝飾設計行業的“全景化”進程將是一個加速度的擴張過程。

隨著經濟的發展，虛擬現實技術的應用會給我們的生產生活帶來了很多的便利，但是技術工具永遠都是思維的載體，全景虛擬現實技術可以使設計師的創意更好的展現在客戶的面前，然而表現的好壞并不能意味著設計的合理與否。因此，我們必須樹立正確的虛擬現實技術應用觀，唯有這樣才能促進社會和行業的健康發展。