航空攝影與數字媒體技術支持下虛擬導游平臺的研究

于淼 趙冰超 張冠男 馬明舟

通過無人機空拍與地面攝影結合制作虛擬導游平臺，發揮出無人機技術機動靈活、高效快速的特點，彌補了傳統拍攝手法的不足。同時，利用無人機影像進行三維實景建模也給后期虛擬導游宣傳產品提供更多的科技感素材。通過優秀的后期剪輯對導游作品的制作升華原始素材，使作品呈現的效果能夠突出主題，更具感染力和視覺效果。

一、 航空攝影及相關技術應用

（一）航空攝影

主要采用兩種拍攝方式。掃描式拍攝：即從想要被攝主體的一端勻速飛向另一端，鏡頭無變化，在后期升格、時間重映射較為方便;90°俯拍：用在比較規整的地面俯拍鏡頭上，能夠呈現上帝，凸顯地形地貌及景觀布局，帶有敘事性效果。無人機在景觀上方，或在建筑旁由上至下、由遠及近的方式緩慢飛行拍攝，可為后期制作淡入淡出等效果提供素材。

（二） 地面手持式拍攝

初期使用單反相機和固定位置拍攝選定場地。拍攝前，首先勾繪出鏡頭的“立意”，考慮視頻畫面中主要表現什么，被攝主體安排在什么地方。然后，通過光線、色彩、線條、形態等造型手段，來達到突出主體的目的。被攝對象以相同或近似的形式有條理的交替出現在鏡頭中，形成節奏和旋律，增強畫面美感和流暢性。利用植被、河流等景物增強線條性，在拍攝時注意水平、斜線和曲線線條的搭配。

（三） 實景三維建模

近年來，傾斜攝影測量技術快速發展，廣泛應用于三維實景建模領域。三維建模算法不斷優化，模型精度達到了厘米級，滿足虛擬仿真的現實要求。Acute 3D公司研發的ContextCapture軟件（簡稱CC）可以在原始照片數據符合要求的情況下，無須人工干預或者少量人工干預即可進行快速、高效的實景三維建模。

本文中采用大疆公司的精靈4系列無人機，采用五航線法（即一條正射航線和五條45°傾斜攝影航線）進行外業數據采集，飛行高度90m，航向和旁向重疊度分別為80%和70%，地面分辨率可達2cm，共采集相片3587張。在CC軟件中實景建模分為四個階段。第一階段，創建工程項目，導入外業采集的影像數據，檢查相片質量，剔除無用影像;第二階段，進行空中三角測量計算，構建相片同名點;第三個階段，設置三維重建參數，包括成果數據格式、空間參考系、模型生成范圍、精度及處理方式等;第四個階段，是自動化模型重建。由于數據運算量大，故采用集群運算方式，即將模型分割成若干個瓦片，并有主控計算機將模型計算任務分配給集群中的其他計算機（從機）來完成，可有效加快數據處理速度。由于航攝過程中影像的紋理明暗存在差異以及算法本身的問題，生成的三維模型會出現水體、玻璃材質的空洞現象，需要借助DPModel等修模軟件對問題區域進行編輯，壓平扭曲變形區域或填補空洞。

二、后期特效技術制作

（一）3D攝像機追蹤器

1. 3D攝像機跟蹤原理

After Effects（簡稱AE）中的3D攝像機通過跟蹤反求得到影片中的平面特征點。然后指定一個平面，從而建立起三維坐標。從而可以把三維模型加載進來，與視頻較好地融合在一起。

視頻由多幀組成，對于幀與幀之間完全無變化的視為靜止，對于有很大變化的，視為突變，而對于微小變化的。通過反求攝像機得到兩個攝像機對于重疊部分的坐標，并提取其中的平面特征點，注意一個平面需要有至少三個點

AE的三維合成相比較于二維來說，主要在于增加了一個縱深z軸維度，因而突破平面的局限。在這樣的三維場景中可以加入粒子、光照、三維攝像機等操作應用，利用焦距的推拉和聚焦，提高影片的透視感以及虛實度，增加變化的多樣性和真實性，最后將模型調入場景動畫中，加入豐富的光效濾鏡，實現絢爛的效果。

2. 在項目中的應用

在導游作品中通過3D攝影機跟蹤技術實現光效和追蹤運動，與景物結合，達到跟蹤靜物的效果。首先，選中一個素材圖層，選擇“動畫>>跟蹤攝像機”;然后，將3D攝像機拖到素材上，點擊分析，解析好后會出現許多的跟蹤點，按住shift選擇需要的跟蹤點，點擊鼠標右鍵，創建空白和攝像機;最后，將想要跟蹤的素材拖到最上層，回到第一幀調整素材大小后，與帶有跟蹤信息的空白層建立父子關系，便可以跟蹤到初始素材。

（二） 光線穿梭特效

光效在影視特效中，能夠產生絢麗的視覺效果，是一種比較重要的元素。運用光效能夠使主題更加得清晰，能夠突出主體;能夠烘托出影視作品的氣氛，使影視作品變得輕松幽默或者嚴肅沉重;使觀眾更加具有想象力，能夠使影片更加具有想象的空間。

在光效的制作過程中應強調明暗變化，實現明暗對比。對色彩進行對比的過程中，一般使用中長調的對比方式，從而能夠提高視覺感受，使色彩更具視覺沖擊力。光線需要依附于明暗效果實現，因此明暗的對比能夠使視覺效果更加完善。在光效設計過程中，需分析光效形狀，光效應與畫面中的文字和圖形一致，從而實現構圖的均衡化效果，且如果光效是通過點或線呈現，則線條在呈現的過程中就應當具備有序性，這樣能夠通過不同的角度觀察到光效。

通過光效描繪出景觀場景的輪廓，再結合3D攝像機跟蹤運動，與景物運動達成一致，從而實現突出主體的目的，并達到具有沖擊力的視覺效果，使觀察更明顯。主要運用到AE中的Saber效果，首先新建合成，新建純色固態層，添加Saber特效插件;然后通過鋼筆工具畫出路徑，再運用Saber給路徑加上光效，并控制路徑的出現和消失、放大和縮小。相同原理用Saber做出科技面板，通過放大縮小k幀等制作面板特效、輸入文字等。

（三） Motion Bro的運用

在特效上，視頻與視頻銜接的角度，色調以及要表達的內容均要符合。后期通過添加平面跟蹤以及三維攝影跟蹤添加光影穿梭效果和一些帶有科技感的宣傳片數據的出現和消失，使之煥然一新。實現這些技術主要使用到Adobe After Effect。

轉場特效主要運用到Motion bro插件，這是一個視頻轉場插件，里面有各式各樣的轉場特效，還可以選擇轉場方向。它的安裝方法如下：

（1）安裝MotionBro 2.0.1zxp（在AnastasiysExtension Manager對應系統的Extension Manager軟件，使用Extension Manager來安裝MotionBro2.0.1.zxp）;

（2）然后拷貝“handy-seamless-transitionspa c k” 文件夾到制定位置， 如“M A C： /U s e r s// Documents”或“Win： C：＼Users＼UserName＼Documents”;

（3）打開AE，確保首選項下“Allow Scripts toWrite Files and Access Network”已打鉤，然后在菜單“窗口>>擴展”下打開Motion bro就可以使用。使用方法是將兩個素材分兩層放置，直接拖動想要的特效效果到最上層兩個素材連接的位置，還可以在Motion bro里調節效果的速度。

三、iH5云計算平臺

iH5具備工具屬性，像一款只是制作前端H5的SaaS產品，但事實上iH5是一款生產SaaS的SaaS，集成了前后端所需的所有功能。通過使用iH5制作各種營銷場景、游戲、App、流程系統、網站等等，不需要有代碼基礎就可以完成Web或App前端和服務器后臺的制作工作。

iH5也具備平臺屬性，它是一個云計算平臺，可以根據業務需求，動態分配計算、儲存、數據庫、帶寬資源，保證數據安全性，滿足突發流量暴增的需求。

四、結語

通過iH5制作App流程系統，完成App前端和服務器后臺的制作工作。利用無人機拍攝技術收集影像資料和繪制地圖數據，使用CC、DPmodel等修模軟件對問題區域進行構面，使用AE后期技術增添畫面閱讀性和科技感，最終完成這個校園環境下的虛擬導游平臺。