基于全景技術的博物館網絡虛擬展示設計與實現

胡進 楊建杰 孟佳蕊

摘要：構建體驗式在線漫游虛擬博物館對提升博物館的社會影響力，延伸博物館社會教育服務功能具有重要的實際意義。文章結合遼寧古生物博物館采用360度全景技術開發在線漫游虛擬博物館的經驗，在總結全景技術、數字博物館的相關理論基礎之上，分析了利用全景技術開發在線漫游虛擬博物館的意義與價值，闡述了基于全景技術的場景漫游設計思想與制作流程，旨為與其相關的研究提供理論參考。

關鍵詞：全景技術;在線漫游;虛擬博物館;遼寧古生物博物館

中圖分類號：G202 ? ? 文獻標識碼：B ? ?論文編號：1674-2117（2015）01-0083-04

● 引言

博物館是一個國家和地區社會進步與人類文明發展程度的重要標志，是物質文明與精神文明建設的重要窗口。當前，隨著全球信息化建設的深入推進，數字化、網絡化、移動化的科技浪潮拓展了人們獲取資訊的途徑與方式。在此背景下，充分利用信息技術優勢，創新博物館展示手段，讓科技助力知識傳播，讓知識傳播承載博物館的社會教育服務功能，是博物館數字化建設適應信息時代發展的必然趨勢。

● 相關理論概述

1.全景技術概述

全景技術也稱為全景攝影或者虛擬實景，是一種基于靜態圖像在計算機平臺上實現虛擬現實的一種技術，它是使用相機環360度拍攝的一組或者多組照片通過無縫連接的方式拼接成一張全景圖像，并通過計算機技術實現全方位互動式觀看的真實場景還原展示方式。[1]用戶可以使用IE瀏覽器或播放軟件在電腦平臺上利用鼠標控制環視的方向，可360度旋轉觀看，給人一種全新的真實現場感和交互體驗感。

全景技術的特點在于它突破了傳統三維技術的視角極限，免去了三維繁瑣建模渲染等工作，直接取景于真實場景，利用真實照片圖像結合JavaScript腳本語言實現實景360度全方位展示，并可在全景展示中加入圖片、視頻、音頻、文字等多種媒體，使觀者不僅可以獲得整體的認識，亦可深入其中某個場景、某個細節進行瀏覽觀看。360度全景可用于網絡、多媒體觸摸屏、大屏幕全屏投影、全景視頻、三維產品展示等，被廣泛應用在房地產樓盤展示、虛擬旅游、虛擬教育等領域。[2]

2.數字博物館概述

博物館是為社會和社會發展服務、并向公眾開放的非營利性永久機構，它以研究、教育、欣賞為目的，征集、保護、研究、傳播和展示人類及其環境的見證物。[3]數字博物館是建立在數字空間之上的博物館，是以采集、保護、管理和利用人類文化/自然遺產信息資源為目的，采用計算機網絡技術、數據庫技術、多媒體技術、虛擬現實技術、人機交互技術等建立的信息網絡服務體系，是對實體博物館服務時間和展示空間的延伸與拓展。[4]

虛擬博物館是數字博物館的一種嶄新形式，它結合計算機技術和網絡技術，通過圖像、文字、音頻、視頻、3D動畫等多媒體信息表現方式將博物館的職能延伸到網絡上，打破了時空限制，為世界各地的觀眾提供展示和互動服務，開啟了博物館網絡虛擬展示的全新模式。

● 基于全景技術構建博物館網絡虛擬展示的價值與意義

1.全景技術應用于網絡虛擬展示的價值

全景漫游技術是基于全景圖像的真實場景虛擬現實技術，是目前全球范圍內迅速發展并逐步流行的一種視覺新技術，它是通過專業的取景設備將場景以真實圖片的方式保存，然后通過后期合成將多組圖片高精度地拼接與修復，采用兼容性極高的Flash播放技術或HTML5技術，通過專業的合成軟件，開發出運行于不同環境的虛擬場景。[5]讓用戶在虛擬的環境中進行交互觀察、交互作用，產生一種身臨其境的感受和體驗。[6]相對于開發虛擬漫游系統的三維掃描、三維建模等高難虛擬技術，360度全景技術的優勢主要體現在以下幾個方面（見下表）：①圖像拍攝及合成的開發難度與復雜程度較低，耗費時間較短。②以采集場景圖像為基礎，真實還原物體的細節、質感和色澤，避免了三維建模與貼圖渲染過程中產生的數據偏差與圖片模糊和馬賽克等問題[7]，場景真實性較好。③采用圖形圖像處理方式還原真實場景，圖像文件的數據量較小，對系統環境要求較低。④以Flash動畫技術為外部擴展平臺，可根據展示需求定制各種輔助功能（如添加音頻解說、播放界面定制、漫游地圖等），并依托HTML5技術可為iPad用戶提供高清流暢、方便快捷的在線漫游體驗，平臺兼容性好。⑤利用全景技術開發漫游系統相比三維掃描的昂貴設備與虛擬建模的高開發成本，其在設備購買與人員組成方面耗費較低，可實現低成本開發虛擬博物館。

2.全景技術助力博物館網絡虛擬展示的意義

全景技術在博物館領域的創新應用開啟了博物館在網絡展示、教育、宣傳等方面的新模式，推動了實體博物館數字化、數字博物館網絡化、網絡博物館移動化的有機結合，彌補了實體博物館、傳統數字博物館在遠程用戶體驗與平臺兼容性方面的缺陷，實現了展品與觀眾之間的零距離交流與互動，增強了在線漫游式的體驗感，全方位提升了博物館的社會服務功能。與此同時，作為科普教育基地的重要組成部分，博物館承載著宣傳科學文化知識、提高全民文化素養的責任和使命，基于全景技術的博物館網絡虛擬展示的設計與實現，充分結合當前數字化、網絡化、虛擬化與移動化的大數據時代優勢，拓展了科普知識的傳播廣度與效度，體現了以科技助力文化傳播，以文化傳播惠及百姓的科普教育理念，進一步提升了博物館網絡展示的科普教育功能。

● 基于全景技術的博物館網絡虛擬展示設計與實現

1.設計思想

文章以遼寧古生物博物館的數字化建設子項目為例，采用360度全景漫游技術設計并實現了博物館的網絡虛擬展示效果，其核心設計思路主要包括以下幾個方面（如圖1）。

圖1

（1）前期分析

一是考察博物館展廳的實際情況，了解場景環境條件，結合博物館4層8個展廳的實際情況設計并制定構建方案;二是設備與技術支持，依據場景實際情況配備項目實施所需的相關設備與技術人員，為任務順利開展提供支持。

（2）實施流程

一是根據每個展廳場景情況設計出各自展廳的全景圖像拍攝方案，并依據全景拍攝方案進行實地拍攝，然后對采集的圖像組進行后期全景圖拼接;二是收集與處理虛擬博物館建設所需要的多媒體素材與相關資料;三是利用全景漫游制作系統搭建數字博物館的模塊框架，完成在線漫游網絡虛擬博物館的圖文、動畫、影像等資料的合成與構建。

（3）預期效果

輸出全景漫游制作系統開發的成品文件，調試產品的運行環境與平臺兼容性，力爭構建出高質量、低傳輸、好操作、跨平臺的網絡虛擬博物館。

2.實施過程

（1）全景圖像采集與制作

全景圖像主要有柱形全景、球形全景、對象全景三種。遼寧古生物博物館的網絡虛擬展示是基于制作成本較低的球形全景技術開發實現的。球形全景是以目標景點的某一觀察點為中心，使觀察者既能看到水平環360度的景觀效果，又能看到垂直環180度的景觀效果，即形成360×180的全視角效果，球形全景中加入了天和地的感覺，全景的視覺范圍更加開闊。[8]拍攝全景的設備主要包括單反相機、廣角鏡頭、全景云臺、三腳架。合成全景的軟件主要有圖形拼接軟件Autopano Giga或PTGui Pro、圖形處理軟件Photoshop、全景制作軟件pano2vr等幾種。

◇圖像拍攝

圖像拍攝是全景制作過程中的關鍵步驟，關系到素材在后期能否順利拼接的問題。因此，圖像采集過程中拍攝者應掌握相機的擺放方法與拍攝技巧（如圖2）。①使用三腳架固定全景云臺，確定好相機的垂直角度，保證相機在一個中心點轉動，確保拍攝轉動時的圖像采集在同一水平面，如果條件允許最好配備水平儀。②拍攝者環繞水平一周拍攝10～15張照片，并保證每張照片有10%～20%的重疊用于后期拼接，在曝光時間較長時，保持相機穩定不動，保證圖像清晰度。③拍攝圖像時上下都要留出一定的多余空間，避免后期合成的全景照片剪裁時破壞主體。④拍攝過程中圖像拼縫的地方盡量避免正在運動的景物，拍攝時動作要快，減少由于其位置變化給后期制作帶來的麻煩。⑤補拍天與地，如果機位正下方為有規則且連續的圖案或不規則且非連續性圖案，需要對地面和天空補拍，以備后期合成修復使用。完成一圈的拍攝后得到的圖像數據就可以通過軟件進行拼接（如圖3）。

◇圖像處理

在圖像拍攝過程中，由于光線、場景凌亂等因素造成的圖像拍攝效果較差時，開發者可根據需要對圖像進行后期處理。例如，利用HDR技術處理圖像的亮處、暗處、鏡面反射等不良效果;利用Photoshop調整畫面亮度/對比度、曲線等，擦除或修復場景中不需要的元素;同時注意全景圖像拼接過程中缺少的頂和底，即天和地，通過修補實現無瑕疵的全景圖片，進而達到理想效果。

◇圖像合成

全景圖制作的最后階段就是圖像拼接，即將水平360度旋轉拍攝的照片，拼接成一張在平面上看上去很廣范圍的照片，使得生成的全景展示地圖能夠還原當時拍攝的真實景象。本案例采用Autopano Giga軟件進行全景自動拼接，主要操作步驟如下：①打開Autopano Giga軟件，執行“文件—導入”，在彈出對話框中選擇拍攝好的一組圖像，導入圖像。②執行“檢測”，系統自動匹配關鍵點（如下頁圖4），進行初步全景合成。③執行“編輯”合成全景圖像開始，適當調整圖像視覺效果與尺寸，完成合成。④執行“文件—導出”，輸出合成后的全景圖像（如下頁圖5）。依照上述步驟完成對博物館展廳全部圖像組的全景拼接工作。

（2）全景漫游系統制作

本案例使用Pano2VR漫游軟件開發遼寧古生物博物館的虛擬展示系統。主要步驟如下：①啟動軟件，在輸入功能模塊中執行“選擇輸入”，根據展廳參觀順序導入全景圖。②使用交互熱點制作場景快速鏈接，利用皮膚編輯器制作參觀導覽地圖（如圖6）。③使用皮膚編輯器的圖片添加功能，制作展版、藏品內容的大圖展示，使用媒體功能添加展示的視頻或講解音頻。④制作漫游導航控制按鈕和使用幫助信息。⑤設置輸出參數與格式，發布制作完成的漫游系統，為了提高漫游系統的高度兼容性建議輸出Flash/HTML5格式的文件以適用多平臺的使用需求。

（3）產品展示

架構與設置網絡虛擬博物館的服務器及網絡連接地址，將開發好的虛擬博物館嫁接到互聯網進行展示與傳播，為全民提供網絡遠程參觀與使用（如圖7）。

● 總結

當前，隨著全球信息化建設的深入推進，數字化、網絡化、移動化的科技浪潮正以多樣的方式和途徑拓展著人們獲取資訊的渠道。文中案例采用全景技術構建遼寧古生物博物館的網絡虛擬展示，切實地利用了信息技術與網絡媒體優勢，體現了信息技術與博物館網絡展示的有機結合，開創了遼寧古生物博物館數字化展示的新模式，對提升網絡科普教育，宣傳科普知識，擴大博物館的社會影響力等具有實際意義。

參考文獻：

[1]蔡田露，高俊強.360°全景技術與應用分析[J].現代測繪.2012（11）.

[2]王鴻飛.淺析360全景技術及其應用[J].廣東科技.2012，21（15）.

[3]陳剛.數字博物館概念、特征及其發展模式探析[J].中國博物館，2007（9）.

[4]陳剛，祝孔強.數字博物館及其相關問題分析[J].智能建筑與城市信息，2004（9）.

[5]王瑩.360°全景技術在網絡虛擬展示的實踐與應用[C].第十六屆中國科協年會——分16以科學發展的新視野，努力創新科技教育內容論壇論文集，2014.

[6]薛瑩瑩.虛擬現實技術在數字博物館中的應用[J].河南科技，2014（6）.

[7]張秋蓮.360度全景展示在虛擬博物館中的應用探索[J].博物館學，2011（9）.

[8]劉侃.全景技術在教學領域的應用與實現[J].教書育人：高教論壇，2011.