全景視頻技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

夏禮超

【摘 要】全景視頻技術(shù)能夠在任何一個(gè)方向進(jìn)行視頻觀看，擺脫了原有的觀看角度的束縛，給人以真切的感官體驗(yàn)。如今，全景視頻是大眾普遍歡迎，大范圍使用的一種媒體形式，極大地改善了人們的生活。環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)是數(shù)字建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分，在特定的范圍之中實(shí)施對(duì)藝術(shù)景觀的構(gòu)建和創(chuàng)造。

【關(guān)鍵詞】全景視屏技術(shù);環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì);應(yīng)用

一、景視頻技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)的信息采集與處理

全景視頻技術(shù)對(duì)于信息的采集相較于傳統(tǒng)的視頻拍攝，最大的區(qū)別在于采用多個(gè)鏡頭從各個(gè)角度對(duì)事物拍攝，此種方式能夠?yàn)橛脩籼峁┤轿坏男畔?，并且只需要調(diào)節(jié)視頻便能夠調(diào)取事物的整體風(fēng)貌。針對(duì)上述全景視頻技術(shù)特征，設(shè)計(jì)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的信息采集與處理過(guò)程，如圖1所示。

全景視頻技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用所要開(kāi)展的第一項(xiàng)工作便是信息的采集工作，在信息采集的過(guò)程中普遍運(yùn)用3個(gè)及以上攝像機(jī)，將其按照一定的角度拼接起來(lái)，如圖2所示。

圖2中，每個(gè)相機(jī)都是相互獨(dú)立的，自主完成信息的采集和保存，在這個(gè)環(huán)節(jié)和傳統(tǒng)的視頻技術(shù)的流程是一致的，在信息采集之后通過(guò)電子信息技術(shù)等一系列現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行處理，獲得全方位無(wú)死角的視頻。本文對(duì)各個(gè)攝像頭輸入的原始視頻幀進(jìn)行特征提取。如圖2所示，背景存儲(chǔ)區(qū)變換可以用3×3立體圖樣來(lái)表示，該圖樣描述了相同空間上不同幀之間的平移、旋轉(zhuǎn)、仿射等關(guān)系。因此，規(guī)定以中間攝像頭所捕獲的參考幀為參考視頻，利用背景變換圖樣將其余攝像頭所捕獲的幀投影到同一個(gè)背景中。由于3×3立體圖樣表達(dá)的是物體不同坐標(biāo)系的位置關(guān)系，故只有參數(shù)間的比例關(guān)系有意義，因此，該立體圖樣實(shí)際上只有8個(gè)自由度。進(jìn)一步推導(dǎo)可知，只要有3對(duì)坐標(biāo)值即可確定該立體圖樣。采集所需的投影立體圖樣，首先需要在相鄰幀的重疊區(qū)域內(nèi)分別找出特征點(diǎn)，然后對(duì)其進(jìn)行匹配得到一系列對(duì)應(yīng)點(diǎn)。對(duì)應(yīng)點(diǎn)數(shù)要求至少有6對(duì)，多于6對(duì)時(shí)求取最小公共陰影，在原始幀中提取足夠多匹配的特征點(diǎn)，最終生成全景視頻即為采集視頻數(shù)據(jù)。

采集信息的處理，該項(xiàng)工作實(shí)施的第一步是將采集到的視頻拼接起來(lái)，全景視頻拼接技術(shù)能在保持視頻的時(shí)間同步一致的基礎(chǔ)上將各個(gè)相機(jī)拍攝的視頻進(jìn)行連接，并充分地保障視頻的穩(wěn)定性以及質(zhì)量。在這個(gè)過(guò)程中，可以充分借助于杰圖全景視頻大師等專業(yè)性的軟件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在提升視頻色彩水平和整體質(zhì)量的同時(shí)，能夠大幅度地增強(qiáng)視頻拼接效率。第二步是實(shí)現(xiàn)與用戶的交接，在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)的媒介作用，實(shí)現(xiàn)用戶和視頻之間的交流和溝通，給予一種設(shè)身處地的真實(shí)感覺(jué)。

這個(gè)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)詳細(xì)闡述如下：首先，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件將視頻描繪的整個(gè)環(huán)境的虛擬狀態(tài)搭建起來(lái);其次，經(jīng)過(guò)傳感器等實(shí)現(xiàn)視頻和用戶之間的相互交流，在此之中，用戶可以根據(jù)自己的感受以及技術(shù)經(jīng)驗(yàn)改變視頻中呈現(xiàn)的具體場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的合理布局與構(gòu)建。所以，全景視頻技術(shù)在信息的采集與處理中充分地運(yùn)用了視頻的合成技術(shù)、視頻顯示技術(shù)、三維建模技術(shù)等，借助于計(jì)算機(jī)軟、硬件的媒介作用，實(shí)現(xiàn)視頻和用戶之間的溝通，以及用戶在藝術(shù)設(shè)計(jì)的參與過(guò)程，進(jìn)而能夠適應(yīng)于大眾對(duì)于環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)更加嚴(yán)格的要求。

二、獲取尺度空間極值

在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中存在的突出性問(wèn)題在于難以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外景物具體的固定位置以及所要呈現(xiàn)的詳細(xì)形態(tài)。全景視頻技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中能夠全方位地采集到不同視角下景物的外圍數(shù)據(jù)，只要對(duì)景物尺度空間極值進(jìn)行求取便可以解決上述問(wèn)題。

首先將上述單元采集到的數(shù)據(jù)放置在同一空間圖樣中，然后建立一個(gè)三維空間模型。借助于3dsMax，SketchUp軟件共同繪制，根據(jù)全景視頻確定景物的具體位置，搭建具體的模型，對(duì)環(huán)境藝術(shù)中涉及要素進(jìn)行選定和調(diào)節(jié)，獲得適應(yīng)于需求和滿足美觀的實(shí)際視頻圖。在此基礎(chǔ)上，設(shè)定多個(gè)攝像頭的活動(dòng)空間和軌跡，對(duì)鏡頭的焦距等實(shí)施調(diào)節(jié)，對(duì)制作出來(lái)的總體效果進(jìn)行完善。對(duì)于小的細(xì)節(jié)進(jìn)行模糊化處理，假設(shè)攝像頭的三維運(yùn)動(dòng)方程式如下：

式中：ax，ay分別為參考幀的水平與垂直分辨率;θx和θy分別為攝像頭采集幀的水平與垂直分辨率;V為幀率;v為采集信息角速度動(dòng)速度的分量;Tmax，Tmin分別為公共區(qū)域的最大和最小空間尺度參數(shù)。

將式（1）轉(zhuǎn)換為一階微分方程組如下：

式中為攝像頭可旋轉(zhuǎn)角度。給定參考幀的初始采集條件，即可求出S，N等空間尺度特性參數(shù)。至此，實(shí)現(xiàn)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中目標(biāo)尺度空間極值的獲取。

三、投影平面配準(zhǔn)

通過(guò)獲取尺度空間極值過(guò)程確保全景視頻實(shí)時(shí)輸出視頻標(biāo)準(zhǔn)定位，再通過(guò)算法獲取最佳投影矩陣的相關(guān)參數(shù)可實(shí)現(xiàn)視頻幀間配準(zhǔn)。簡(jiǎn)化實(shí)施過(guò)程，采用高效的方法投影以及融合差異攝像頭的全部視頻幀。實(shí)施過(guò)程中依據(jù)原始化過(guò)程獲取的配準(zhǔn)參數(shù)，向相同平面中投影差異攝像頭的全部幀，完成配準(zhǔn)，該過(guò)程表示如下：

式中：原始化過(guò)程獲取的最佳投影矩陣的8參數(shù)用ui（i=0，1，2，…，7）描述，投影幀內(nèi)的像素點(diǎn)左邊用（x，y）描述，向參考幀內(nèi)投影的像素點(diǎn)坐標(biāo)用（x′，y′）描述。

配準(zhǔn)后的圖像幀形狀以及大小存在不規(guī)則性以及隨機(jī)性，為了提高配準(zhǔn)后圖像效果，需要先設(shè)置一個(gè)大背景圖像空間，利用該背景圖配準(zhǔn)全部圖像幀。配準(zhǔn)過(guò)程中采用的參考坐標(biāo)為中間攝像頭的幀坐標(biāo)，依據(jù)該參考坐標(biāo)塑造背景圖像，也就是向背景圖像中間填入中間攝像頭的幀，其他相鄰攝像頭的幀分別進(jìn)行投影變換W1以及W2后，分別在背景圖像中同參考幀進(jìn)行配準(zhǔn)，同時(shí)，在配準(zhǔn)過(guò)程中需要對(duì)差異幀間的混合范圍利用雙線性融合以及非線性融合技術(shù)實(shí)施融合處理。

結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，將其與全景視頻技術(shù)充分調(diào)動(dòng)結(jié)合起來(lái)，產(chǎn)生了全景視頻技術(shù)的主要技術(shù)特征以及在實(shí)際使用中需要注意的問(wèn)題和采用的方法。將全景視頻技術(shù)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的原理和方式進(jìn)行了詳細(xì)的描述，并對(duì)其優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了論述，經(jīng)過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文所論述的方式具備效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉浩洋.戲曲藝術(shù)的360°全景視頻采集與呈現(xiàn)初探[J].演藝科技，2019（5）：50-53.

[2]張偉.全景視頻技術(shù)及應(yīng)用研究綜述[J].影視制作，2019，25（4）：36-39.

[3]宋君羿.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電影發(fā)展前景分析[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2019，16（4）：164-166.