“外灘上河圖”超高清VR矩陣設計研究

陸月悅 溫馨 王佳怡 楊葉晨

摘要：隨著近年來數字媒體行業不斷興起，技術發展日趨成熟，如今，可以通過網絡向用戶提供傳遞對旅游景觀的虛擬觀光體驗，實現在線瀏覽。該項目立意是結合現代流行的數碼交互藝術和舊上海人文歷史，給用戶提供一個新穎的渠道了解外灘建筑及其背后的歷史和意義;創新點一是具備超高清、流暢性的特點，二是采用散點透視，給用戶沉浸式的視覺感受。文章分析了該項目可行性，并對立項背景、設計概念、實踐工程、研究成果、項目創新點5個板塊作闡述。

關鍵詞：外灘;高清矩陣;全景拼貼;數碼藝術

引言：外灘的萬國建筑群一直以來是上海聞名遐邇的對外名片、名勝地標之一。“外灘上河圖”超高清VR矩陣線上預覽可以使外灘周圍關于上海的名勝古跡隨著技術的發展更好的宣傳和保留下來，從娛樂觀點上，對游客而言可以有更進一步理解;于專業人員而言，提供了更詳細的研究參考樣本素材庫，在歷史意義上，更好的傳承紀念將其以另一種方式更好的保留下來。

一、高清矩陣與全景拼貼技術

1.高清矩陣的概念

在傳統意義上矩陣是一個數學概念，而圖像是一個視覺概念，這兩個概念原先毫不相干。但是自從數字圖像出現以來，兩者的關系逐漸密切。圖像被離散化以后可以用矩陣描述。

我國的高清數字電視的研制始于1998年，其中經歷了幾個階段。1999年10月1日，以高清轉播國慶慶典取得了巨大成功，其清晰度也得到了相應的不斷的提高。2006年，我國公布了地面數字電視傳播標準DMB-TH。《國家“十一五”時期文化發展規劃綱要》中明確指出：2008年開播數字高清電視，標志現代科技成果之一的數字高清電視必將得到前所未有的發展。

隨著CCD的不斷發展，數字視頻的清晰度又在縱向提高，在網絡攝像機（IP Camera）方興未艾時，則一般認為720P以上即可稱為高清攝像機。而因CCD、DSP等技術的進步，目前網絡數字攝像機在高清視頻領域正扮演著越來越重要的角色。

2.全景拼貼圖的概念

全景圖主要是繪畫攝影行業的專用術語，如全景畫，全景地圖等，需要對場景進行較大的范圍的嚴格把握，主要包括周圍領域內的全部畫景，VR全景圖制作就是將其轉變為動態化圖形，最大限度保留場景的真實性，同時增添互動性，提高人們的情感觸動，具有現代化氣息。

圖像拼接技術就是將數張有重疊部分的圖像（可能是不同時間、不同視角或者不同傳感器獲得的）拼成一幅無縫的全景圖或高分辨率圖像的技術，圖像拼接的輸出是兩個輸入圖像的并集。圖像拼接在計算機視覺、醫學成像、軍事目標自動識別、衛星數據等領域具有重要意義。

圖像融合和圖像配準（image alignment）是圖像拼接的兩個關鍵技術。圖像配準是圖像融合的基礎，而且通常圖像配準算法的計算量非常大，因此圖像配準技術的革新很大程度上決定了圖像拼接技術的發展。早期的圖像配準技術主要采用點匹配法，這類方法速度慢、精度低，而且常常需要人工選取初始匹配點，無法適應大數據量圖像的融合。圖像拼接的方法很多，不同的算法步驟會有一定差異，但大致的過程是相同的。[1]

二.項目總結報告

1.立項背景

外灘建筑，一部分仍為一些單位機構征用，都有著非同尋常的意義，外灘的萬國建筑群一直以來是上海聞名遐邇的對外名片、名勝地標之一。這些在外觀上風格萬種、古典主義與現代主義并存的建筑群，記錄并見證了上海乃至整個中國在近代，自從簽訂《虎門條約》等一系列不公等條約之后，從飽受民族屈辱至逐步發展成了世界強國的風云歷史，再以嶄新的面貌出現在國際大舞臺，是展現舊上海資本主義的真實寫照，具有非凡的歷史意義。

2.項目研究目的、意義

如今可以在網上瀏覽任何高清圖像，包括建筑旅游景點、藝術名作壁畫等。“外灘上河圖”超高清VR矩陣線上預覽可以使外灘周圍關于上海的名勝古跡隨著技術的發展更好的宣傳和保留下來，從娛樂觀點上，對游客而言可以有更進一步理解;于專業人員而言，提供了更詳細的研究參考樣本素材庫，在歷史意義上，更好的傳承紀念將其以另一種方式更好的保留下來。

3.設計概念

整個全景圖采用散點透視，在二維的畫布上，呈現三維立體的效果，利用移步換景的觀看方式，在全景圖的各個細節里面游走，慢慢地在拼接圖像所構造的數碼世界里游移，享受沉浸式的獨特觀感。

4.項目創新點

4.1超高清、流暢性。結合現代流行的數碼交互藝術和舊上海人文歷史，通過超高清VR線上瀏覽這種年輕化的數字方式，在觀感體驗上創新，通過網絡分區域下載的交互特點，將細致的現實畫面具體精確到建筑物表面的細節、材質、樣式，用高清攝影圖像盡量保留還原外灘建筑原貌，可具體到每一個窗戶、每一扇門，局部放大每一個細節后依然纖毫畢現，清晰到每一棟建筑物的所有材質紋理。給予用戶絕佳的超高清視覺體驗。

4.2采用長卷式散點透視，每棟樓都有其獨立的透視。通過拍攝圖像并后期拼接縫合為高清全景的方式，用沒有透視點的視角展現外灘建筑，體現數字時代創意特點、外灘矩陣特點。中國傳統畫構成，移步換景的觀看方式，帶給用戶沉浸式的視覺感受。

5.團隊成員合作情況、實踐過程

5.1初步資料收集及規劃

團隊成員各自通過網絡上的各種信息渠道收集外灘萬國建筑博覽會的具體資料，了解建筑物的相關歷史、具體建造時間、建筑師，進行分別整理。

5.2調研

調研方式包括：線上問卷，線下訪談，網上查閱和實地考察。

①線上問卷

在微信、微博、豆瓣、問卷星等各大網絡平臺發布調查問卷，共收集100份。通過問卷和訪談形式，了解調研對象年齡段，常住地，是否來過上海并參觀過外灘，是否覺得外灘是上海旅游必打卡景點，對外灘建筑的哪一方面更感興趣，通過什么渠道得知各景點的線上超高清VR全景，是否在線上（或線下交互展廳）瀏覽過上海外灘超高清VR全景，以往傾向于在哪一平臺中瀏覽線上超高清VR全景，在線上（或線下交互展廳）瀏覽超高清VR全景時更注重的方面，對上海外灘的超高清VR全景線上瀏覽的建議等問題。

線上調研主要是能夠更廣范圍普及到全國不同地區、包括從未到訪過上海的對象，了解他們對外灘以及此項目的想法。

②線下訪談

調研期間，在上海外灘建筑群隨機采訪不同年齡段和不同特征的路人，包括附近居民、工作人員以及游客，了解不同年齡段、地區的調研對象親臨外灘的感受，并當面更直觀地了解不同對象對上海外灘的喜愛和了解程度。

③網上查閱和實地考察

在本次調研中，通過在網上查閱文獻資料，結合調研目的，了解當今超高清VR矩陣的發展現狀和未來趨勢，搜集了外灘建筑的背景故事和具體資料，為全景矩陣的實際制作提供有價值的參考和依據;并到實地進行考察調研，對照具體文獻資料，明確辨認外灘28棟不同建筑，對如今外灘建筑的真實風貌有了進一步認識，為下一步的全景矩陣的拍攝確定方向，進行籌劃。

5.3拍攝采集照片

由王佳怡、陸月悅同學主要負責進行實地拍攝，首先選取人流量少的環境作為拍攝視點，在固定位置運用不同焦段的鏡頭拍攝相同目標，進行比對后，發現在相同距離和角度下70mm鏡頭展現出的效果最為合適，最后選用70mm鏡頭。用單反相機、三腳架等拍攝工具，橫向平移進行拍攝，用散點透視拍攝對外灘建筑群的外觀進行拍攝。

5.4圖片后期處理及程序設計

由楊葉晨、溫馨同學主要負責運用Auto panogiga，PT gui軟件實行無縫拼接縫合，完成360度全景圖的合成制作，編寫設計后臺程序，并結合收集到的建筑相關信息，進行線上分區域。

5.5后期收尾工作

將制作好的項目進行小范圍的測試與調試，收集使用者的使用感受與反饋，進行改良。最后，在項目整合工作中整合調研內容以及研究結果綜合分析，完成研究論文的撰寫，公開發表。

6.社會意義

如今外灘尚還對外的建筑中，絕大多數內部的商業體系都是高端型，包括高檔酒店、奢侈品商店、會員俱樂部、領事館以及許多銀行大廈等。曾經上海創造了新的都市文明，曾經就連比我們現代化的日本看到都會感嘆上海“東方魔都”，在他們看來上海的都市文明是一個現代化的奇跡和奇觀。

外灘建筑本身也是一種文化。“萬國建筑博覽群”這個說法，最開始是在上世紀的二三十年代，外國人對上海運用各種風格、極盡奢華的建筑的一種嘲諷。但隨著歷史演變，“萬國建筑博覽群”成了一個褒義詞。這一古典主義與現代主義并存的景觀，完整地將巴洛克、古羅馬、哥特等多種風格彼此融合。但是如今普通訪客幾何沒有進去觀賞的機會，因此更鮮少會了解該建筑，給喜歡并想了解外灘的人們一種畏懼感。

建筑的細節紋路也并不會被肉眼觀察的很清楚，外灘如此之大，就算熱愛此處的人也無法一個個仰頭找很久細節，更何況是普通游客。大部分建筑的門口處雖然有二維碼導覽，但是都模糊不清且不易察覺，不便于手機識別，因此無法全面完整的向人們所普及。

為了避免外灘的參觀意義只停留在表面遠觀的可觀賞性，應該給予更加海納百川的包容性，讓更多熱愛上海、熱愛外灘文化的人們都能深刻了解外灘，了解上海的歷史。

外灘上河圖”能給人們帶來更高清、更良好的視覺體驗，也可以使他們在空閑時刻慢慢沉靜下來了解歷史悠久的外灘，了解每個建筑的風格細節。

7.結論

本項目完成了以下幾點工作：

（1）本文初步分析了高清矩陣和全景拼貼圖的概念和外灘歷史的背景等，并通過多次實地考察和數字化制作過程，完成了“外灘上河圖”。

（2）實地考察中，我們收集了大量的采訪，通過不同年紀地區得出了很多不同的結論，對于超高清VR全景圖都非常支持和期盼，并且利用70mm鏡頭橫向平移散點透視拍攝實地拍攝萬國博覽建筑群28棟。

（3）數字化制作中，我們一步步摸索，用沒有透視點的視角進行拼貼，構成照片技術處理，再加入程序設計，給人中國傳統畫的獨特感覺和移步換景的觀看方式，來體現數字化的美感。最后我們得出了重要的結論超高清VR全景圖能夠給觀眾帶來更專業、更細節的呈現方式，近距離呈現建筑的細節紋樣，會有更多不一樣的內涵，解鎖時空束縛，實現了更加多的自由，達到了資源的最大化利用，同時加入了創新的數字化視角形式對上海歷史文化進行保護、更新、延續。

歷史文化給我們帶來了深厚的物質和精神的財富，遺存建筑更是擁有著舉足輕重的地位，上海外灘超高清VR矩陣線上預覽讓人們能夠線上瀏覽外灘及其細節，既能用現代的科技為人們所觀賞，同時也是保護了一座城市的回憶，保護城市的文化和形象。數字化、網絡化、等趨勢的發展，使VR技術必定會保護與傳承歷史建筑文化遺產有著很大的實用價值和歷史意義，通過超高清VR全景圖可以模擬構建出原本的樣貌包括細節，是藝術與技術的結合，一方面供人們仔細觀賞，耐人尋味，另一方面這種結合也提高了外灘萬國博覽建筑群的展出效果和展出效率。超高清VR全景圖這種虛擬旅游可以讓游客置身于虛擬環境中，自由而輕松的獲取各方面信息，可以打破時間和空間的限制，得到最佳體驗。本文從分析高清矩陣與全景拼貼技術的概念理論，到本研究的目的意義和創新理念，闡述了超高清VR矩陣可以在傳統觀賞旅游中脫穎而出創新的方式使人們無時無地都能了解到外灘建筑的文化和每一棟建筑物的所有材質紋理。

參考文獻：

[1]木誠子.全景圖拼接：計算機視覺第三章[EB/OL].（2022-04-13）[2022-04-14].https：//blog.csdn.net/qq_49192977/article/details/124112819.

模板：[校級項目] 全“外灘上河圖”超高清VR矩陣設計研究，項目編號：CX2111003，項目負責人：陸月悅