虛擬圖書館交互漫游的設計與實現

陽石剛

摘要：虛擬現實技術能夠設計和實現虛擬圖書館的交互漫游，使用戶直觀地看到圖書館的三維全景圖，同時借助AR眼鏡還能沉浸于場景之中，產生真切、交互性的體驗。本文就我國某一高校的圖書館作為原型，采用720云、PTGuiPro等相關軟件，就虛擬圖書館交互漫游的設計與實現展開研究和分析，旨在為用戶提供一個交互效果、真實感強的全景漫游場景，僅供參考。

關鍵詞：虛擬現實;全景漫游;設計;實現

圖書館是為社會各界人士及學生學習提供優秀資源和有價值資料的權威場所，實現圖書館的全景漫游展示，可以使觀眾產生身臨其境的感受，增強用戶的真實體驗。實現圖書館全景漫游展示的方式共有兩種，分別是三維建模和全景圖像。經過實踐可知，三維建模技術具有完善的理論和較久的發展時間，且應用十分廣泛，但在沉浸感和真實感上有所欠缺。而全景圖像是在具有三維建模全部優勢的基礎上，還具有成本低、數據量小和制作簡單的優點。

一、實際需求

隨著我國教育事業的不斷發展，幾乎每個教育階段均設有不同規模的圖書館，供學生學習與查閱，其中以大學階段的圖書館最為完備。現代高校圖書館的建筑風格迥異，且越來越追求功能的多樣化、高效性發展，其內部設有借書室、藏書室以及閱覽室等多個區域，分布位于不同的樓層。系統可以向人們直觀的展示虛擬圖書館的功能區與建筑結構，并在交互作用下通過第一人稱的方式走動于圖書館內，便于用戶看到功能區域的設定位置，進而提前預知真實圖書館的具體情況。圖書館內還設有門窗、儲物柜、書柜、電腦這類基礎設施，使用者只需按鍵盤鍵便可控制視角和位置，實現各種模型的自主觀察。因此，在進行虛擬圖書館的建立時，要對現場信息做到充分采集，在此基礎上構建三維模型，同時制作相關材質，做到內部場景的全面觀摩。此外，要認識到虛擬圖書館內部環境真實性、交互性的特點，進而采取第一人稱的視角，實現空間內的自由移動，增強使用者的體驗效果，最終達到虛擬圖書館交互漫游的目標。

二、軟件平臺

軟件平臺為虛擬圖書館交互漫游的設計與實現提供了關鍵性的技術支持，只有開發出完善的虛擬現實軟件，驅動三維圖形場景的展現，為虛擬現實技術的開發與應用提供接口，連接應用數據庫和虛擬外部設備。本次研究所采用的開發軟件為AdobePhotoshopCC2014;PTGuiPro10.0.7;720yun1.3.22;

三、虛擬圖書館交互漫游的設計與實現

1.全景圖像的拍攝

在進行全景圖像的拍攝時，需要進行鏡頭的合理選擇，現主要有三種鏡頭，分別是全景相機、廣角鏡頭和魚眼鏡頭。其中全景相機能夠實現360°全方位拍攝照片，主要適用于開闊環境下的拍攝，但其缺點就是像素偏低;而廣角鏡頭較全景相機來說，視野的標準鏡頭更加廣闊，可以容納多種景物，同時景深也較為理想，多用于建筑、風景類題材的照片，視覺效應較為獨特;魚眼鏡頭視野范圍在180*～230*之間，較廣角鏡頭來說具有更為廣闊的視野，但是，其周邊具有較為嚴重的變形情況，多應用在對全景照片進行拍攝的過程中。在對三種不同鏡頭所具備的特點、功能進行詳細比較后，選用了佳能品牌型號為EOS70D的機身，其魚眼鏡頭的可變焦距為廣角EFf/4LUSM，焦距為7-14mm。

拍攝過程中注意的事項包括：①由于后期運用的拼圖軟件PTGuiPro所使用的匹配算法是以特征點為基礎的，因此，在對圖像素材進行實際拍攝的時候，就需要注意臨近照片之間會出現重合的地方，其通常能夠對軟件實現自動的識別與控制提供方便，并為人工自助增加相應的控制點提供便捷。在拍攝照片時，需要以60°為一個節點，從水平位置開始每旋轉60便拍一張照片，每天拍6張，另外包含天、地、補地各一張，也就是說，拍攝完成的照片共9張。除此之外，在對地面進行拍攝的時候，需要對準焦點。②在拍攝時要維持三腳架的穩定性，避免出現位置移動，同時，需要確保云臺的水平，在按快門的時候，通常運用快門線進行拍攝，禁止用手，在對各個角度進行拍攝的時候，需要確保焦距的不變。只有這樣。才能拍攝出清晰度高、質量好的照片素材。③任何固定視點拍攝的9張照片，都要將肉眼可以看到的物體全部拍攝進去，對于狹窄區域，需觀察物體邊角是否處于拍攝范圍內，為后期處理提供便利，另外補地照片要盡量避免坡度。④由于本次研究的拍攝場地選在了室內，光線條件復雜，因此拍攝出來的照片會出現曝光度差異，需要適當調整光圈、測光模式、快門速度和感光度，若效果依然不滿意則需要進行后期處理。

2.全景照片的處理和篩選

上文已經說過，室內光線的復雜性會給拍攝造成一定的障礙，因此可在不同視點拍攝幾組不同亮度的照片供以后選擇，盡量選擇一些細節多、亮度適中、合理曝光、畫面噪點比較低的照片，并確保固定視點的照片具有相同的亮度。另外在完成全景圖像照片的拼接和篩選后，還要處理一些具有提升空間的照片。

3.全景圖像的拼接

要想保證全景圖像的質量，就必須合理選擇拼圖軟件。其中PTGui作為全景制作工具中的用戶界面，能夠便捷迅速地制作出高質量的全景圖片，并在圖片導入后進行鏡頭參數的配準，使之拼接、融合成全景圖像，同時采用匹配算法，為魚眼鏡頭、廣角鏡頭和長焦鏡頭拍攝出來的照片提供支持，進而創建出球面、圓柱或是普通模式下的全景片。通過PTGuiPro對全景照片實施加載處理之后，鏡頭的參數通常會自動選擇為默認，通過對準鏡頭進行點擊，實施相應的識別以及對準，并通過在控制點的版面對相應的控制點進行添加，在兩張照片間通常需要增加5個以上的控制點，以此確保圖片能夠實現有效的拼接。對于源圖像而言，在其當中所添加的相關補地照片，通常使用紅色的蒙版將照片中多余處擦掉，只需要將原先三腳架所占據的部分進行保留;選擇對全景進行優化的功能，實現全景圖的優化和創建，最終以jpg的格式導出，對各圖片實施命名，并將其保存于相同的文件夾中。

4.交互功能的實現

對于720云而言，其作為我國應用最為廣泛的全景眾創平臺，其規模十分龐大，內含有局部及全部的修改工具，具體包括初始視角、背景音樂、熱點鏈接、全局開關等。其具有豐富的功能，不僅高效、便捷，對硬件的要求也較低。用戶可將制作完成的作品進行導出，并運用到不同系統、設備中，體現了作品應用的多樣性與拓展性。在進入相應的平臺后，需對不同板塊進行設置。如在設置視角時，需明確初始視角及視角范圍，一般情況下，初始視角會選擇在屋子中心，視角為廣范圍;并在設置好熱點功能后，進行全景效果的預覽，并測試交互的效果。

結語

綜上所述，本研究通過研究某一高校虛擬圖書館交互漫游的設計與實現，使用戶產生真切的場景體驗，進而營造出了一種身臨其境的奇妙感覺。這為全校師生學習、查閱資料提供了極大地便利，還起到了一定的宣傳作用，同時其對虛擬現實技術在圖書館全景漫游中應用起到了巨大的推動作用，有利于虛擬現實技術的更好發展。

參考文獻：

[1]張俊，徐小雙，吳雷，etal.虛擬圖書館交互漫游的設計與實現[J].黃岡師范學院學報，2016（6）：79-83.

[2]司占軍，張姣姣，耿浩.基于虛擬現實技術的圖書館全景漫游場景的設計與實現[J].電腦知識與技術，2017（32）：220-221.

[3]周斌.基于虛擬漫游的圖書館認知教育系統設計與實現——以南寧職業技術學院圖書館認知教育系統為例[J].圖書館學研究，2017（03）：44-49.

[4]齊增創，張春芳，王鍵，etal.圖書館虛擬漫游與入館教育仿真演練系統設計與實現[J].電腦編程技巧與維護，2015（10）：98-100.

[5]蘇東出.基于VR的圖書館漫游系統的研究與實現[刃.內蒙古科技與經濟，2017（16）：93-94.