三維全景技術——３６０°虛擬現實

　　三維全景技術是目前迅速發展并逐步流行的一個虛擬現實分支，可廣泛應用于網絡三維業務，也適用于網絡虛擬教學領域。傳統三維技術及以VRML為代表的網絡三維技術都采用計算機生成圖像的方式來建立三維模型，而三維全景技術則是利用實景照片建立虛擬環境，按照照片拍攝→數字化→圖像拼接→生成場景的模式來完成虛擬現實的創建，更為簡單實用。
　　
　　三維全景技術及其應用
　　
　　全景也稱為全景攝影或虛擬實景，是基于靜態圖像的虛擬現實技術。是把相機環360°拍攝的一組照片拼接成一個全景圖像，用一個專用的播放軟件在互聯網上顯示，讓使用者能用鼠標控制環視的方向，可左可右、可近可遠觀看物體或場景。
　　三維全景技術是一種桌面虛擬現實技術，并不是真正意義上的3D圖形技術。三維全景技術具有以下幾個特點:一是實地拍攝，有照片級的真實感，是真實場景的三維展現。二是有一定的交互性，用戶可以通過鼠標選擇自己的視角，任意放大和縮小，如親臨現場般環視、俯瞰和仰視。三是不需要單獨下載插件，一個小小的JAVA程序，自動下載后就可以在網上觀看全景照片，或者使用Quick Time播放器直接觀看。并且，全景圖片文件采用先進的圖像壓縮與還原算法，文件較小，一般只有100～150K，利于網絡傳輸。四是素材的準備工作簡單，制作容易，適于普通用戶。
　　三維全景技術主要用于展示。例如，采用三維全景技術建立虛擬藝術館，讓學生還可通過計算機參觀各個展館，每一個參觀點都可以在空間360°范圍內觀察，對于感興趣的藝術品，還可以將它拿起來仔細觀看。在教育教學領域，主要有以下兩方面的應用：
　　（1）校園風光、校園文化、數字博物館、重點實驗室(如歷史、考古、醫學、生物等)等的對外展示。例如，鄭州輕工業學院將三維全景虛擬校園展示制作系統軟件的效果先一步應用于數字校園建設，將校園的特色做成一個美輪美奐的虛擬漫游，使每一位瀏覽者都能身臨其境地感受到學校的各種特色和教學環境。
　?。?）構建文物、生物標本、地貌、教學模型、產品、模具等的360°造型，用于教學等。例如，復旦大學上海醫學院將寶貴的人體基礎標本資源用三維全景技術來保存，用于教學和展示。
　　在“第十二屆全國小學信息技術與Otksd0KQ1YyTWg3QbaHX/A==課程整合觀摩展示會”中，數學課《觀察物體》的授課教師就沒有制作常規的課件，而是讓學生直接在網上操作“清明上河圖”的全景圖，更好地實現了自主探究學習，得到了很好的教學效果，同時也得到了在場教師和評委的廣泛好評。但目前網上這類集中提供全景圖的網站很少，筆者只了解到全景環視網的全景圖庫（www.360cn.net/picbank/catalog.asp）和 中國全景網（www.chinavr.net/chinese.htm）提供一些建筑、風景之類的全景圖。一些和教學尤其是中小學密切相關的全景圖在網上只能零散地找到一些，并且需要教師有較高的信息素養和檢索能力。因此，如果教師能夠自己開發切合教學內容的全景圖，將更方便于教學。下面筆者就介紹如何運用三維全景制作工具簡單、高效、低成本地開發適合教學內容需要的全景圖課件。
　　
　　三維全景圖課件的制作
　　
　　1.制作工具
　　三維全景圖的制作工具有：臺灣Ulead公司的COOL360、上海杰圖軟件技術有限公司推出的一整套全景制作解決方案、Apple公司的全景視頻產品專業解決方案QuickTime VR、IBM公司出品的Hot Media軟件等。
　　2.三維全景圖課件制作基本步驟
　　（1）拍攝素材照片，準備文字介紹信息。如果是用傳統光學像機拍攝的照片，就應當先轉換為數碼照片。
　?。?）使用圖像處理軟件對照片進行加工處理，調整亮度、對比度、色彩飽和度。
　?。?）使用全景制作工具制作三維全景。
　?。?）進行預覽和網上發布。分別將處理好的圖片用軟件處理，預先生成作品進行預覽，如果不符合要求則進行修改，直到符合要求。然后保存好文件，再嵌入到網頁中。
　　3.三維全景圖教學示例開發
　　虛擬儀器展示是比較典型的對象全景，主要是讓用戶旋轉、交互地觀看儀器。我們可以為儀器創作配以解說詞和文字說明的三維旋轉體圖片，讓學生在虛擬的實驗室中對虛擬儀器進行隨意地旋轉和任何視覺角度的觀察，以便學生詳盡了解儀器的構造、功能和使用方法，同時達到預習實驗、復習實驗的目的。更重要的是，教師和學生在三維全景技術創造的虛擬現實環境中，可以沉浸其中，全身心地投入教與學，既生動了課堂教學，又提高了學生的學習效率與積極性。這里以上海杰圖軟件技術有限公司的造型師的演示版2.0為開發工具，介紹一下計算機CPU和羅技無線鼠標360°全景展示的制作方法。最終效果如右上圖所示：
　　
　　（1）準備好一套環繞計算機CPU和羅技無線鼠標對象360°拍攝的實物照片，這里分別準備了9張，置于同一目錄下。最好用圖像處理軟件加工一下，調節照片的基本參數，如亮度，飽和度和對比度。本教學示例中的照片拍攝比較簡單，只是為了示范對象全景制作。作為真正的作品或課件，應當在拍攝上多下工夫。為使拍攝照片減少抖動，最好使用專業三腳架配合拍攝，另外使用專門拍攝物品的360°旋轉臺，此設備有刻度，可使被拍攝物品的中心點保持一致，便于完整有序地拍攝全景實物照片。
　?。?）用杰圖造型師軟件。該軟件提供了3種導入圖像方式：打開現有的圖像文件、從影像文件中抓取圖像和通過數碼攝像機捕捉圖像。
　?。?）從菜單“文件”中選擇“打開圖形文件”，打開相應的對話框。瀏覽準備好的素材圖像文件，將它們按順序添加到右側窗格列表中，單擊“確定”按鈕。
　?。?）在出現的對話框中，可調整和裁剪圖像。在左側窗格中定義圖像區域，通過四方向箭頭來縮放區域。右側列出素材圖像的縮略圖，可選中后，根據需要進行旋轉，可單擊“逆時針旋轉90°”或“順時針旋轉90°”，確認無問題后，單擊“確定”按鈕。
　?。?）進入圖像參數設置窗口，調節圖像?？商砑踊騽h除文件，改變文件順序，還有一項比較重要的工作是圖像對齊。該軟件提供兩種對齊模式：一種是點對齊，這種方式是先在各幅圖像上定義一個光標點，再移動各幅圖像，使各幅圖像的特征點均準確對到光標點上。另一種是評議對齊，先確定一幅基準圖，該圖完全不透明且不可動，拖動鼠標或使用鍵盤將其他圖移到與基準圖對齊的最佳位置。
　?。?）選擇菜單“輸出”中的“預覽360°虛擬物體”預覽效果，如果不滿意，可繼續調節。
　?。?）確認合格后，選擇菜單“輸出”中的“輸出360°虛擬物體”，打開對話框，設置輸出參數。除文件名外，可采用默認設置。
　?。?）單擊“保存”按鈕，生成360°虛擬物體的網頁文件。
　　三維全景技術與傳統的三維技術相比較，在交互性、真實感、可操作性及簡易性等方面有著比較明顯的優勢和應用潛力，更適合在網絡教學環境中呈現教學內容。隨著三維全景技術及其優秀解決方案的推出，為其在教學領域中的推廣和應用提供了強有力的技術支持。本文利用杰圖造型師開發工具來制作虛擬儀器演示課件，是對課件制作方式的一種革新和嘗試，相信對其在網絡課件制作方面研究的不斷深入，定會為學習者開發和創設出豐富多彩、生動逼真的網絡教學資源和教學情境。