全景在線漫游工作園區(qū)技術的研究

張騰飛 中國航空工業(yè)集團公司洛陽電光設備研究所

全景在線漫游工作園區(qū)技術的研究

張騰飛 中國航空工業(yè)集團公司洛陽電光設備研究所

全景在線漫游工作園區(qū)是一種性價比極高的虛擬現(xiàn)實解決方案,高清晰度全景三維展示園區(qū)的優(yōu)美環(huán)境可以給員工一個身臨其境的體驗。本論文正是從這個角度出發(fā),詳細論述了實現(xiàn)全景在線漫游的理論基礎、關鍵技術以及設計思想。

虛擬工作園區(qū) 漫游系統(tǒng) 虛擬現(xiàn)實

全景在線漫游技術實際上是采用虛擬現(xiàn)實技術來瀏覽工作園區(qū)的一種新的方式，它存在于計算機網(wǎng)絡空間，是虛擬現(xiàn)實技術與 web 網(wǎng)絡技術相結(jié)合的產(chǎn)物。即利用虛擬現(xiàn)實技術，在計算機網(wǎng)絡上對園區(qū)進行逼真地模擬仿真和再現(xiàn)。

一、基于靜態(tài)圖像的互動虛擬全景技術的特點

基于靜態(tài)圖像的互動虛擬全景技術是新一代以平面靜態(tài)圖像或照片為基礎的初級虛擬全景技術。其基本功能是將物體或空間不同方位的靜態(tài)實景照片按照相互的關系有機連接起來，在視覺上形成對物體或空間的整體認識。由于其獨特的技術特色，使得它在立體空間的展示、立體物體的展示、虛擬場景的構(gòu)造等方面有著獨特的優(yōu)勢。

（一）實景建模，具有較強的真實感

由于采用實景建模的虛擬全景技術，使它較之傳統(tǒng)的虛擬全景技術有著更高的真實感、更豐富的圖像和更鮮明的細節(jié)特征。

（二）三維操縱，具有較強的交互性和沉浸感

員工可以通過普通鼠標或鍵盤控制體驗的進程和順序，也可以對園區(qū)內(nèi)場景進行放大、縮小和720°旋轉(zhuǎn)等操作，如身臨其境對物體進行全方位的交互觀察和學習，以達到了解樓宇形狀、結(jié)構(gòu)和特征的目的。

（三）制作簡單，制作周期較短

工具軟件使用簡單，應用系統(tǒng)制作的可控性較強，有較好的應用前景。

二、系統(tǒng)總體設計

（一）系統(tǒng)設計總體目標

本文制作系統(tǒng)將從全景圖制作、虛擬漫游場景中的交互設計、項目發(fā)布等漫游項目制作各階段予以全程支持。

（二）項目主要研究內(nèi)容

本文主要是對虛擬全景漫游關鍵技術進行研究（包括全景模型研究、全景圖合成技術、虛擬全景漫游交互技術、全景圖顯示技術、虛擬場景的動畫貼圖技術、快捷簡便的全景漫游場景制作流程研究等）形成全景圖制作工具及虛擬漫游場景制作工具。

1.全景圖像的攝影設備

全景圖像的拍攝要求 360 度無死角的視角角度，所以對全景設備有著較高的要求，總體來說在圖像的采集過程中要求有三點：首先是單幅圖像的采集盡可能的視角范圍比較大；其次在圖像采集的過程中要求圖像的曝光、色溫要有一致性，方便后期的拼接與合成；最后是圖像采集過程中要求圍繞鏡頭的節(jié)點進行旋轉(zhuǎn)。

相機的選擇照相機是全景攝影圖采集過程中必不可少的設備，采用專業(yè)的單反相機是全景攝影最佳的選擇。

2.全景用攝影鏡頭

魚眼鏡頭。全景圖像的信息采集的鏡頭選擇魚眼鏡頭無異于是最好的選擇，魚眼鏡頭有超寬廣的視角，視角接近 180 度，在對于 360 度圖像信息的采集中，只需要兩張或者三張魚眼圖像就可以拼合而成，從而大大的提高了全景圖的制作效率。

3.全景在線漫游技術研究

（1）全景模型研究。根據(jù)全景圖投影展示方式的不同，主要把全景模型分為3種模式：立方體模式、圓柱模式和球面模式。這三種模式就是分別把已經(jīng)拼接好的全景圖投影到立方體、圓柱體、球體的內(nèi)表面，在展示時，根據(jù)視域的方向?qū)⑷皥D像中相應部分進行反投影，就能夠獲得視域處的視圖。

（2）研究全景圖合成技術。全景圖合成技術要求兩幅圖像保證一定比例的重疊區(qū)域。所以，拼接的首要問題就是找到相鄰圖像的重合部分，即圖像對齊問題，它的實質(zhì)是尋找兩幅圖像之間的內(nèi)在聯(lián)系，找出兩組對應數(shù)據(jù)之間的關系。適合全景圖的圖像融合技術。景物重合部分也會不完全一致，如有亮度和色彩差異，會造成拼接處有不連貫的痕跡，利用圖像融合技術能使拼接處連貫一致。

（3）虛擬全景漫游交互技術。虛擬全景漫游需要構(gòu)造某個特定場景的逼真的虛擬現(xiàn)實空間，利用 flash 技術以及其他交互技術對拼接后的全景圖像進行漫游交互處理用 Photoshop 以及其他的全景處理軟件可以制作出靜態(tài)的全景圖，但是全景圖的拼接完成只是整個全景漫游的二分之一的工作，制作出帶有交互效果的全景漫游圖，才是整個全景漫游制作的最為重要的部分。

以上漫游效果的實現(xiàn)也有很多種方法，可以利用 virtools、vrp 虛擬現(xiàn)實編輯器、Flash 等一些軟件來實現(xiàn)，但是由于Flash的高擴展性一般情況下都使用 Flash 完成互動漫游效果的制作。

（4）全景圖顯示技術。在進行虛擬漫游時，需要把全景圖根據(jù)視角等參數(shù)動態(tài)生成顯示在屏幕上的視平面圖像，這一過程性能或效果不夠好將直接影響用戶體驗。我們采用全景圖數(shù)據(jù)預調(diào)、視點空間緩沖預調(diào)、視圖變形、視圖插值、加強場景透視感、圖像平滑過渡等一系列技術使得用戶視點轉(zhuǎn)移時場景能夠平滑過渡，保證用戶視覺的一致性，使用戶產(chǎn)生在實景空間中行走的感覺。

（5）虛擬場景的動畫貼圖技術。為了使虛擬漫游時場景更加逼真，可以在場景的某區(qū)域加載一段視頻，提供瀏覽者感興趣的信息。可以把全景圖作為場景的背景，把flash動畫作為貼圖，使漫游時某區(qū)域可播放動態(tài)視頻。

（6）快速簡便的全景漫游場景制作支持。利用制作好的全景圖圖片制作虛擬漫游場景，可在各場景中添加各種標識、控制條、聲音、視頻、LOGO等，支持交互體驗，整合地圖導航和索引圖導航。最終可輸出swf格式的全景漫游項目，可控制的文件尺寸滿足網(wǎng)絡發(fā)布的需求。

三、結(jié)語

通過全景在線漫游技術，人們可以沉浸式飛入已設計好的園區(qū)，自由觀摩園區(qū)的各個角落，體驗園區(qū)基礎設施，感受整個產(chǎn)業(yè)鏈的布局。全景在線漫游技術，不僅僅有助于解決園區(qū)招商，更重要的是使園區(qū)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、消費等，從感官式向體驗式轉(zhuǎn)變。

[1]胡小強.虛擬現(xiàn)實技術基礎與應用[M].北京郵電大學出版社，2009 .

[2]周蘇.多媒體技術[M].中國鐵道出版社，2010 .