虛擬漫游系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

桑峻

摘要：虛擬漫游在虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域中的應(yīng)用是個熱點。虛擬漫游是基于圖像的虛擬建模技術(shù)，是可直接使用真實世界的圖像來表達現(xiàn)實世界的豐富細節(jié)，省去了繪制細節(jié)所進行的大量的多邊形計算，是一種在微機平臺上能夠?qū)崿F(xiàn)的性價比極高的虛擬現(xiàn)實解決方案。

關(guān)鍵詞： PTGui；全景圖像；虛擬漫游

中圖分類號：TP37 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）19-0212-03

Design and Implementation of Virtual Roaming System — Based on the Haikou Aromatic-world Manor

SANG Jun

（Hainan Vocational College of Political Science and Law， Haikou 571100 ， China）

Abstract： Virtual roaming is a focus in the application of virtual reality .Virtual roaming is Image Based Rendering ， directly using the images originate from the actual world to present the rich details of the real world， sparing a lot of polygon calculation required by drawing details， and solving this problem with high quality based on a micro-computer platform.

Key words： PTGui； panoramic image； virtual roaming

1 虛擬漫游的概述

虛擬旅游的應(yīng)用得益于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展。俗話說“百聞不如一見”，身臨其境的瀏覽比起文字圖片的宣傳更有說服力。虛擬漫游的自主交互性與傳統(tǒng)的被動觀看，有著很大的不同?？萍嫉倪M步一旦運用于現(xiàn)實生活中，它將強制性改變我們的思維模式，給問題帶來新的解決方法，當然也會為虛擬旅游建設(shè)帶來新的變革。

所謂虛擬旅游是指在當前現(xiàn)實景區(qū)的基礎(chǔ)上，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建的三維立體旅游環(huán)境，依托互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，足不出戶，便能在三維虛擬的環(huán)境中飽覽世界各地。虛擬景觀漫游與傳統(tǒng)二維的文字圖片相比更加直觀、生動、逼真。目前?？谙闶澜缜f園的網(wǎng)站依然限于文字、圖片和少量的視頻，無法展示海島獨有的生態(tài)環(huán)境與熱帶地域氣息。虛擬景觀漫游則將景區(qū)的自然環(huán)境、人文環(huán)境重現(xiàn)于屏幕上， 使游客置身于景區(qū)，全面地了解景區(qū)的地理位置、風土人情、人文氣息等。

2 虛擬漫游技術(shù)介紹

2.1 Adobe Photoshop

Adobe Photoshop，簡稱“PS”，是由Adobe Systems開發(fā)和發(fā)行的圖像處理軟件。其中拼接選項photo merge的原理也相對簡單，只有最基本的對齊與融合功能，對復雜的圖片扭曲、鏡頭變形補償就無能為力。因此，使用photo merge拼接圖片時對拍攝方法有諸多限制。為達到比較理想的效果，每一張圖片之間至少要有30%的重合區(qū)域。所有照片使用同一曝光度。另外還要盡量避免廣角鏡頭造成的照片變形，建議使用50mm以上的中長焦距拍攝。因此其專長在于對拼接后的圖像處理與美化，而不是圖像拼接，作為配角來增添光彩。

2.2 Autodesk Stitcher Unlimited

Stitcher 是一款專業(yè)級的全景工具，該軟件支持鏡頭EXIF信息識別，并以此為參數(shù)作為計算圖片變形和混合輔助數(shù)據(jù)，進一步增強了拼接的準確度。另外針對魚眼鏡頭視角廣但變形劇烈的特點，Autodesk在購并Stitcher Unlimited之后，增加了專門的算法，以處理魚眼鏡頭拍攝的照片。但隨著深入的研究和比較，該軟件的拼接速度和渲染速度都明顯偏慢，特別是打開高級渲染選項后，一篇比較大的作品渲染時間要在40分鐘至90分鐘左右，導入圖片時要求一組照片的尺寸保持一致。在專業(yè)的批量處理工作中，這就成了一個很大的問題?？偟膩碚f，Stitcher Unlimited最終給人的映像是，龐大、專業(yè)、昂貴，但缺乏靈活性。

2.3 PTGui

PTGui的名稱是由Panorama Tools的圖形用戶界面（Pano Toolsˊgraphic user interface）縮寫組合而成。PTGui通過為全景制作工具（Panorama Tools）提供可視化界面來實現(xiàn)對圖像的拼接，從而創(chuàng)造出高質(zhì)量的全景圖象。但復雜而又簡陋的用戶界面，使得Panorama Tools在很長時間里沒辦法推廣使用。直到2006年12月PTGui6.0版本問世，這才使得PTGui在全景領(lǐng)域中異軍突起。從6.0版本的功能開發(fā)清單中，以前繁瑣的手工調(diào)整工作全部變?yōu)樽詣油瓿伞＠缧淑R頭型號，由于每款鏡頭拍出的都會有不同程度的變型，且不同鏡頭的畸變特征也是截然不同的，特別是魚眼鏡頭更會產(chǎn)生夸張的變型效果。

如今，PTGui已經(jīng)可以通過照片中的EXIF信息來自動完成這個枯燥的校準過程。當采集照片時，相機會自動記錄一系列和你拍攝有關(guān)的信息到照片之中。當按下快門的那一瞬間，相機已經(jīng)把機身型號、鏡頭焦距、光圈值、快門速度、測光模式、曝光補償值、色溫以及拍攝時間全都記錄在了照片之中。如果相機外接了GPS模塊，照片中還會保存拍攝地點的經(jīng)緯度。將來，這個數(shù)據(jù)通過程序自動在google map上標出每一套全景作品的拍攝位置。

由于PTGui中有一套關(guān)聯(lián)各種硬件信息和照片的變形數(shù)據(jù)庫，通過這個強有力的工具，終于讓繁瑣的鏡頭校準工作成了歷史。目前，PTGui已經(jīng)升級到了10.0版本，也是制作完成?？谙闶澜缜f園全景圖像的主要工具。

3 ?？谙闶澜缜f園虛擬漫游的需求分析與設(shè)計

?？谙闶澜缜f園虛擬漫游系統(tǒng)的構(gòu)建，以全方位的展示香世界莊園環(huán)境、各類熱帶香草植物為目的。為此采取簡單快捷的360度柱面全景映射法，通過鼠標和按鈕控制在莊園漫游的行程，進而實現(xiàn)不同場景的切換與選擇，從而獲得真實的存在感。在香草植物園全景中，通過添加熱區(qū)，展示了我國香草的分布區(qū)域、種類區(qū)別，還展示了香世界莊園自主研發(fā)的香草系列產(chǎn)品，又變成一堂傳播香草知識的課堂。

基于靜態(tài)圖像及互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的?？谙闶澜缜f園虛擬漫游系統(tǒng)的創(chuàng)建過程如圖1所示。

4 虛擬香世界莊園漫游系統(tǒng)的實現(xiàn)

視點選項、交互方式、場景選擇、莊園介紹是莊園漫游的必備功能，也是基于用戶的實際需要。如表1所示。

表1 虛擬莊園漫游系統(tǒng)功能簡表

[視點控制 最佳：將最合適的全景位置把它定義到全景圖切換時的最佳觀察位置。

重置：將莊園圖像的移動視角直接返回最佳初始位置。

自動：自動旋轉(zhuǎn)與手動旋轉(zhuǎn)觀看的功能切換命令。 交互操作 控制運用鼠標、鍵盤等輸入設(shè)備，完成莊園內(nèi)全景圖像查看和交互漫游功能。 場景切換 通過地圖的導覽、熱點的連接、快速通道的方式自由的連接切換到相應(yīng)的全景場景查看。 莊園簡介 既有對香世界莊園整體情況的介紹，也有對莊園分區(qū)全景節(jié)點漫游的介紹。 ]

4.1香世界莊園漫游的結(jié)構(gòu)

在設(shè)計香世界莊園漫游主界面時，以莊園入口為出發(fā)點，莊園各個分區(qū)有序排列，以順序漫游的方式作為組織結(jié)構(gòu)，在重要位置區(qū)域（比如香草植物園）通過熱區(qū)的制作，進行二級頁面的連接。

4.2 香世界莊園漫游的實現(xiàn)

實現(xiàn)香世界莊園漫游三個流程：一是莊園內(nèi)部分區(qū)圖像的采集，這是實現(xiàn)香世界莊園漫游的前提與基礎(chǔ)；二是莊園漫游空間的設(shè)計編排，合理的編排利于體驗者任意自主漫游在莊園各個角落；三是設(shè)計便于體驗者游覽的莊園漫游界面，合理的界面布局，方便體驗者選擇偏好的虛擬場景，讓體驗者有著良好的虛擬交互感。

4.3香世界莊園全景圖像的生成

4.3.1全景圖像的采集

魚眼鏡頭取景范圍大，不僅有效減少了采集圖片的數(shù)量，而且還提高了制作全景影像的效率高，但相應(yīng)的設(shè)備較為昂貴，且操作較為復雜，不適合廣大愛好者。由于采取柱面映射法，直接選取普通數(shù)碼單反相機在同一視點間隔30度順序旋轉(zhuǎn)拍攝一組圖片，即可滿足全景圖像的拼接需要。

4.3.2 全景圖像的拼接

PTgui的主界面簡潔、拼接流程清晰，各類標識清楚。左上角三個按鈕對應(yīng)全景生成流程中的三個步驟：加載圖像、對準圖像、創(chuàng)建全景圖。

4.3.3 三維全景圖像的發(fā)布

Pano2VR 是一個全景圖像發(fā)布的應(yīng)用軟件，可以把生成的柱面全景圖轉(zhuǎn)換成Flash 格式的三維全景圖像，并且可以定制全景圖像播放的皮膚，在漫游的交互上有著強大的功能。制作生成的Flash格式全景圖像，如圖2所示。

4.4 香世界全景漫游瀏覽器的設(shè)計

根據(jù)香世界莊園的實際需求，瀏覽界面布局為：全景導航、全景展示和快速瀏覽通道，在導航地圖的適當位置設(shè)置對應(yīng)的熱點連接節(jié)點，點擊導航地圖中的熱點，即可自由進入到香世界莊園的各個全景角落，如圖3所示。

5 結(jié)語

實踐應(yīng)用是理論研究的目的，虛擬漫游在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的應(yīng)用是個熱點，以海口香世界莊園虛擬漫游為例制作一個具有簡單交互功能的虛擬漫游，是基于圖像繪制的三維虛擬漫游，可以在瀏覽海南熱帶農(nóng)莊時具有真實感和沉浸感。

參考文獻：

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