芻議校園360度全景展示技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

摘 要:本文介紹了360度全景展示技術(shù)在校園宣傳中的作用，探討了全景技術(shù)概念、特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)等，以及全景技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞:校園全景技術(shù) 全景虛擬現(xiàn)實(shí)

中圖分類號(hào):G71文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)06(c)-0211-02

我們處于21世紀(jì)信息時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)的開放性、交互性、共享性、超媒體、大容量等優(yōu)勢(shì)，給我們的生活和工作都帶來很多方便。對(duì)于高職院校來說，不但可以豐富教學(xué)方式、加強(qiáng)資源共享，而且能夠傳播學(xué)校風(fēng)采、展示校容校貌。高校招生的生源質(zhì)量直接影響著學(xué)校培養(yǎng)人才的質(zhì)量，直接關(guān)系著學(xué)校的生存、前途和命運(yùn)。因此如何提高學(xué)校宣傳的質(zhì)量，增強(qiáng)宣傳的有效性，提高學(xué)校的知名度和認(rèn)可度，是各院校發(fā)展的頭等大事。假如可以把校園環(huán)境、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、圖書館等設(shè)施通過網(wǎng)絡(luò)生動(dòng)地展現(xiàn)出來，讓老師、學(xué)生、家長(zhǎng)等僅需通過電腦和網(wǎng)絡(luò)，就能身臨其境地感受優(yōu)美的校園風(fēng)光、良好的教學(xué)環(huán)境，將對(duì)我校的招生工作起到很大的作用。那么，我們?nèi)绾蝸碚故具@樣的網(wǎng)絡(luò)校園環(huán)境呢？隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和網(wǎng)上三維虛擬環(huán)境的發(fā)展，三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會(huì)給校園的宣傳、展示提供全新的表現(xiàn)形式。

1 全景技術(shù)研究

1.1 全景技術(shù)概念

全景(英文名稱是Panorama)是把相機(jī)環(huán)360度拍攝的一組或多組照片拼接成一個(gè)全景圖像。

全景虛擬現(xiàn)實(shí)(也稱實(shí)景虛擬)是基于全景圖像的真實(shí)場(chǎng)景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它通過計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全方位互動(dòng)式觀看真實(shí)場(chǎng)景的還原展示。在播放插件(通常Java或Quicktime、activex、flash)的支持下，使用鼠標(biāo)控制環(huán)視的方向，可左可右可近可遠(yuǎn)。使 觀眾感到處在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境當(dāng)中，好像在一個(gè)窗口中瀏覽外面的大好風(fēng)光。

除此之外還可以插入語音解說，圖片及文字說明。

1.2 全景技術(shù)特點(diǎn)

基于靜態(tài)圖像的虛擬全景技術(shù)是一種在微機(jī)平臺(tái)上能夠?qū)崿F(xiàn)的初級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。它具有開發(fā)成本低廉，但應(yīng)用又很廣泛的特點(diǎn)，因此越來越受到人們的關(guān)注。特別是隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)越性更加突出。它改變了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平淡的特點(diǎn)，讓人們?cè)诰W(wǎng)上能夠進(jìn)行360度全景觀察，而且通過交互操作，可以實(shí)現(xiàn)自由瀏覽，從而體驗(yàn)身臨其境的感覺。

360全景攝影和一般圖片都可以起到展示和記錄的作用，但是一般圖片的視角范圍有限，也毫無立體感，而360全景攝影不但有360度的視角，更可以帶來三維立體的感覺，讓觀察者能夠沉浸其中。

三維建模的立體感和沉浸感無疑比360全景更強(qiáng)，但是三維建模的制作是需要大量的人力物力，特別是希望達(dá)到非常真實(shí)的程度時(shí)，而360全景的拍攝和制作相對(duì)來說都是非常簡(jiǎn)單方便的，尤其是數(shù)據(jù)量很小，系統(tǒng)要求低，適合各種方式，各種終端設(shè)備上觀看。所以360全景不但可以全方位的記錄某時(shí)某地的現(xiàn)場(chǎng)情況，更可以讓我們將某個(gè)地方的實(shí)景用三維立體的方式表現(xiàn)出來，這樣性價(jià)比極高的展示方式和記錄手段是一般圖片和三維建模根本無法完成的。

當(dāng)我們需要真實(shí)、直觀、全面的再現(xiàn)某個(gè)場(chǎng)景，用于記錄或者展示時(shí)，360全景是最好的選擇。

(1)實(shí)地拍攝，真實(shí)感強(qiáng)，全景圖像擴(kuò)大了視野。(2)文件尺寸小，下載快，不需要單獨(dú)下載插件，家用電腦均可流暢瀏覽觀看，無需專門工作站。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)推廣沒有任何技術(shù)阻礙。(3)拼接產(chǎn)生的全景圖像不存在黑洞和裂縫，圖像高清度可控制，圖文聲并茂。(4)具有3D虛擬現(xiàn)實(shí)特性的場(chǎng)景漫游，觀看者可以用鼠標(biāo)拖動(dòng)，仿真攝像機(jī)搖鏡頭的特技，這種人機(jī)的互動(dòng)性類似游戲，給人以進(jìn)入虛擬環(huán)境的感覺。

上述三個(gè)特點(diǎn)，除了第三條，基于建模的Web3d技術(shù)都無法與全景攝影相比。

1.3 全景技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

基于全景靜態(tài)圖像的虛擬技術(shù)與基于其它的虛擬現(xiàn)實(shí)相比，具有以下的優(yōu)勢(shì):(1)真實(shí)性強(qiáng)，實(shí)景場(chǎng)景攝影，真實(shí)逼真的還原表現(xiàn)。(2)播放設(shè)備硬件要求低，普通電腦均可播放，無需專門工作站。(3)開發(fā)周期短，開發(fā)成本低。拍攝制作比三維制作速度快，時(shí)效性強(qiáng)。(4)導(dǎo)覽性、交互性強(qiáng)，可與flash技術(shù)無縫結(jié)合。(5)畫面質(zhì)量高，高清晰度的全屏場(chǎng)景，令細(xì)節(jié)表現(xiàn)完美。(6)數(shù)據(jù)量小，非常適合網(wǎng)絡(luò)式訪問觀看。

2 校園全景圖制作流程

首先，拍攝每個(gè)角度的圖像。制作360全景展示，需要相應(yīng)的拍攝設(shè)備，有數(shù)碼單反相機(jī)、全景云臺(tái)、三腳架。目前市場(chǎng)上的推薦設(shè)備配置，如NIkon D90數(shù)碼單反相機(jī)、Nikon 10.5mm、JTS-Rotator全景云臺(tái)、偉峰6307三腳架，用此套設(shè)備需要每60度一張，也就是水平方向需要拍攝6張圖像，外加頂?shù)?張圖像，拼合成一個(gè)360全景展示需要共6～8張圖像即可，當(dāng)然也可以采用Sigma8mm的魚眼鏡頭，那樣就只需要4張即可。

考慮到魚眼鏡頭價(jià)格昂貴，我們沒有用魚眼鏡頭，只是用佳能的單反相機(jī)拍攝，每30度一張，也就是水平方向需要拍攝12張圖像，斜上45度12張圖像，斜下45度12張圖像，外加頂?shù)?張圖像，總共需要38張圖像。

其次，拼合每個(gè)角度的圖像成為全景圖像，需要使用全景拼合軟件進(jìn)行圖像的拼合處理，大概整個(gè)過程2min～3min即可完成。

最后，在全景瀏覽器里調(diào)試全景圖像，后期處理全景圖像，發(fā)布出Flash、java、Quicktime等多類觀看方式，更加適合在網(wǎng)絡(luò)上瀏覽觀看。

3 全景技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)分析

3.1 拍攝技術(shù)

全景照片的產(chǎn)生分前期拍攝和后期合成兩部份，前期按照規(guī)律去設(shè)置和拍攝，才能得到一組好照片，這是后期的成功合成全景的基礎(chǔ)。全景照片拼合需要高清、質(zhì)量高的照片組成，于是照片拍攝是一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)。

3.1.1 拍攝要求

必須采用專業(yè)攝影設(shè)備，專業(yè)的腳架，云臺(tái)，單反相機(jī)，需要專業(yè)的攝影師進(jìn)行專業(yè)的拍攝，要保持照片清晰，如窗戶不曝光過度，天花板和地板無縫拼結(jié)，鏡面無攝影器材倒影。

3.1.2 固定相機(jī)拍攝參數(shù)拍攝

(1)曝光:綜合測(cè)光以后，使用M檔固定曝光，建議設(shè)置RAW曝光方式。

(2)調(diào)焦距離:關(guān)閉AF使用M檔調(diào)焦，根據(jù)前后景物位置距離和所用光圈設(shè)定調(diào)焦距離，建議用較細(xì)的光圈和設(shè)置超焦距景深拍攝。

(3)白平衡:使用手動(dòng)白平衡或自定義白平衡。建議采用RAW曝光方式，后期便于統(tǒng)一調(diào)整白平衡。

(4)關(guān)閉閃光燈:加用閃光燈很難兼顧到多圖接合部的均勻曝光。

3.1.3 節(jié)點(diǎn)(Nodal Point)要處于節(jié)架云臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心位置

要縱橫轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)作矩陣多圖拍攝合成，只有鏡頭的光學(xué)中心節(jié)點(diǎn)(Nodal Point) 處于旋轉(zhuǎn)中心位置，鏡頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)被攝物體(遠(yuǎn)、近物體)才不會(huì)產(chǎn)生位移，后期的軟件合成才能夠得以順利進(jìn)行。要理解以上的原理并不難，你分別閉起左、右眼就會(huì)發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)景和近景的重疊位置發(fā)生變化，假設(shè)我們正對(duì)著的風(fēng)景前景是花，中景是樹，遠(yuǎn)景是山，如果沒有正對(duì)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)拍攝，遠(yuǎn)景山和近景的花重疊位置就會(huì)發(fā)生變化，顯然這兩張相是難以拼接得好的。(如圖1）

如果要把很多的圖進(jìn)行拼接就更困難了，所以全景拍攝需要有節(jié)架云臺(tái)，而且要調(diào)整節(jié)臂對(duì)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)，后期才能順利進(jìn)行全景拼接。

找出鏡頭節(jié)點(diǎn)位置:將相機(jī)裝到全景云臺(tái)節(jié)臂上。

(1)先要保證鏡軸對(duì)準(zhǔn)全景云臺(tái)轉(zhuǎn)軸。(2)在距離相機(jī)約1.5m處堅(jiān)一細(xì)桿作參考點(diǎn)，(視鏡頭焦距調(diào)整)在無限遠(yuǎn)處找一豎線作后參考點(diǎn)。(3)在取景框的左側(cè)令前后參考點(diǎn)重合，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)，使參考點(diǎn)移至取景框右側(cè)然后觀察變化。(4)在節(jié)臂定們板緊貼相機(jī)鎖定，記錄下鏡頭資料和節(jié)點(diǎn)位置。

定焦鏡頭只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)位置，而變焦鏡頭不同焦段可能會(huì)有不同的節(jié)點(diǎn)位置。

3.1.4 拍攝注意事項(xiàng)

使用三腳架和快門線，將節(jié)架云臺(tái)調(diào)至水平，離地高度盡量要符合人眼視覺習(xí)慣。

根據(jù)所用鏡頭焦距設(shè)置拍攝轉(zhuǎn)動(dòng)角度，相鄰照片之間應(yīng)保持有25%～50%的重疊量。

為避免出現(xiàn)光斑，直射鏡頭的太陽和射燈不要置于相鄰照片之間重疊位置，要盡量令其處于照片中間位置。

挪動(dòng)三腳架之前，需缷下相機(jī)和節(jié)臂，避免相機(jī)不慎損傷。

3.2 后期合成

通過全景拼合軟件進(jìn)行圖像的拼合處理后，由于上下360度拼接原因，全景圖像會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)地方的缺失，就是頂和底，即是天和地，這個(gè)就需要后期通過PHOTOS HOP等軟件來修補(bǔ)。這樣修補(bǔ)后的圖片就可以實(shí)現(xiàn)無瑕疵的全景圖片。

3.3 集成發(fā)布，網(wǎng)上瀏覽

發(fā)布出的Flash文件必須容量小，適合在網(wǎng)絡(luò)上瀏覽觀看，緩沖時(shí)間盡量短。可采用將SWF與包含各個(gè)角度圖片的文件夾關(guān)聯(lián)，SWF與文件夾名字相同，這樣網(wǎng)上瀏覽時(shí)文件夾起到緩存作用，這樣會(huì)大大減少緩沖時(shí)間。(如圖2)

4 結(jié)語

360度全景虛擬校園有助于提高學(xué)校宣傳能力，擴(kuò)大宣傳覆蓋面，更好的體現(xiàn)辦學(xué)特色，學(xué)校特點(diǎn)，展示學(xué)校實(shí)力，也有助于讓學(xué)生、家長(zhǎng)、社會(huì)更好地體會(huì)到、感受到校園情況。幫助考生、家長(zhǎng)直觀、形象的了解學(xué)校和選擇專業(yè)，從而吸引更多的生源。同時(shí)可應(yīng)用于學(xué)校多媒體教學(xué)應(yīng)用:三維實(shí)景漫游系統(tǒng)，助力于學(xué)校教學(xué)應(yīng)用。例如可對(duì)學(xué)校各實(shí)驗(yàn)室制作全景展示，發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽即可提前直觀的了解實(shí)驗(yàn)室的位置、布局、實(shí)驗(yàn)要求安排等信息。另外，該技術(shù)可應(yīng)用于房地產(chǎn)展示、電子商務(wù)、網(wǎng)站建設(shè)、賓館酒店、虛擬旅游、虛擬展示等領(lǐng)域。

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