基于虛擬現(xiàn)實(shí)的三維全景技術(shù)及在虛擬展館中的應(yīng)用研究

陳智鋒 趙宏宇

摘 要：本文以基于虛擬現(xiàn)實(shí)的三維全景技術(shù)為研究對(duì)象，分析了傳統(tǒng)實(shí)體展館所面臨的困境，探討了三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)手段和技術(shù)流程，包括全景圖像的攝影設(shè)備、全景圖像的攝影技術(shù)、照片質(zhì)量控制和全景照片拼接與合成等，并指出，虛擬展館的構(gòu)建，可實(shí)現(xiàn)高效化的虛擬參觀(guān)，免受時(shí)間與空間限制，并且更具人性化特征，因而基于三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建虛擬展館將是傳統(tǒng)實(shí)體展館未來(lái)重要發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí) 三維全景 展館 照片

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）08（c）-0059-02

三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，能夠通過(guò)全方位互動(dòng)式來(lái)還原真實(shí)場(chǎng)景，令人產(chǎn)生一種身臨其境的感覺(jué)，由于三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有一定應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其在企業(yè)與院校展示、建筑規(guī)劃展示、酒店賓館展示等方面都逐步得到廣泛應(yīng)用。為緩解社會(huì)發(fā)展新時(shí)期傳統(tǒng)實(shí)體展館所面臨的問(wèn)題，探討三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在虛擬展館構(gòu)建中的應(yīng)用是非常必要的。

1 傳統(tǒng)實(shí)體展館面臨的困境分析

就傳統(tǒng)實(shí)體展館的特征來(lái)看，其陳列展示方式一般為靜態(tài)為主、動(dòng)態(tài)為輔的方式，也就是說(shuō)，展項(xiàng)呈靜態(tài)展示，并配合圖片與文字，或搭配少量音頻與視頻進(jìn)行輔助動(dòng)態(tài)說(shuō)明，以加深瀏覽者的感知與記憶。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，傳統(tǒng)實(shí)體展館在發(fā)展過(guò)程中也面臨著困境，空間限制問(wèn)題受到實(shí)體展館的高度重視，展館內(nèi)資源豐富，傳統(tǒng)實(shí)體展館的陳列與展示方式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)今多元化展示需求，尤其是陳列與展示形式的單一性，導(dǎo)致實(shí)體展館的陳列展示效率不高，且無(wú)法滿(mǎn)足相關(guān)性與拓展性陳列展示的實(shí)際需求。不僅如此，傳統(tǒng)實(shí)體展館的地理位置以及參觀(guān)空間等因素也會(huì)在一定程度上影響陳列展示的實(shí)際效率，進(jìn)而對(duì)實(shí)體展館的發(fā)展形成一定制約。

在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展新時(shí)期，社會(huì)群體的生活水平日益提升，對(duì)精神文化的需求也呈現(xiàn)出多元化特征，傳統(tǒng)實(shí)體展館已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足社會(huì)群體對(duì)陳列展示的實(shí)際需求。尤其是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、多媒體技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等的支持下，人們傾向于通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取信息，很多展館試圖把握這一契機(jī)，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)來(lái)進(jìn)行陳列闡釋?zhuān)伸o態(tài)轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)，構(gòu)建虛擬展館，社會(huì)群體可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)虛擬展館進(jìn)行虛擬參觀(guān)、瀏覽展項(xiàng)，或者開(kāi)展交互體驗(yàn)。通過(guò)線(xiàn)上虛擬參觀(guān)來(lái)吸引社會(huì)群體的注意力，激發(fā)社會(huì)群體下線(xiàn)參觀(guān)展館的積極性。當(dāng)前社會(huì)發(fā)展形勢(shì)下，虛擬展館構(gòu)建已經(jīng)成為大勢(shì)所趨，這就有必要充分發(fā)揮三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)價(jià)值，以提高虛擬展館構(gòu)建的整體效果。

2 三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

所謂虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，是圖形圖像領(lǐng)域內(nèi)的一種高新技術(shù)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下，模擬出一個(gè)虛擬世界，主要表現(xiàn)為三維空間，可對(duì)三維空間內(nèi)事物開(kāi)展無(wú)限制觀(guān)察，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要包含沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、桌面型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)等。

2.2 三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

所謂三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，即實(shí)景虛擬技術(shù)，是以全景圖像為依據(jù)、以真實(shí)場(chǎng)景虛擬現(xiàn)實(shí)的一種技術(shù)形態(tài)。三維全景能夠全方位展現(xiàn)場(chǎng)景內(nèi)圖像信息，更具真實(shí)性與快速性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也稱(chēng)作靈境技術(shù)，是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)所構(gòu)建的三維化虛擬。

3 應(yīng)用三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建虛擬展館的探索

隨著信息時(shí)代的到來(lái)，科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，作為虛擬現(xiàn)實(shí)的分支之一，其在網(wǎng)絡(luò)三維業(yè)務(wù)中發(fā)揮著不可替代的作用。全景技術(shù)是運(yùn)用數(shù)碼照相機(jī)于固定視點(diǎn)依照某種方式拍攝多組照片，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下制作、拼接并調(diào)整圖像，從而形成無(wú)縫全景圖像，建立一種虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，可滿(mǎn)足瀏覽者的全方位互動(dòng)式瀏覽需求，應(yīng)用三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建虛擬展館，具有一定可行性。

3.1 全景圖像的攝影設(shè)備

為保證三維全景圖的質(zhì)量，必須要正確選擇全景用攝影鏡頭。在鏡頭種類(lèi)與特性方面，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的視角與透視關(guān)系與人類(lèi)視覺(jué)感受相接近，其全景拍攝的效果也更為真實(shí)。標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的特征在于，鏡頭焦距與影像畫(huà)幅對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度相接近。以135數(shù)碼相機(jī)為例，其標(biāo)準(zhǔn)鏡頭為50mm，視角接近于60°。長(zhǎng)焦鏡頭與標(biāo)準(zhǔn)鏡頭相比，其焦距長(zhǎng)，但視角較小，也可稱(chēng)作望遠(yuǎn)鏡頭。廣角鏡頭與標(biāo)準(zhǔn)鏡頭相比，其焦距更短，但視角較大，景深也比較大，能夠在近距離將廣闊的景物收納其中，可實(shí)現(xiàn)360°景象采集，在全景攝影中更具適用性。魚(yú)眼鏡頭的應(yīng)用，可滿(mǎn)足全景圖像信息采集需求，其視角寬廣，趨近于180°，為圖像拼接與合成帶來(lái)極大便利，有助于提升全景圖像制作效率，并且對(duì)于全景圖場(chǎng)景內(nèi)的運(yùn)動(dòng)物體來(lái)說(shuō)，能夠?qū)ζ溥\(yùn)動(dòng)瞬間狀態(tài)進(jìn)行凝固再現(xiàn)，因而具有良好的應(yīng)用價(jià)值。一次性采集360°全景設(shè)備的應(yīng)用，是基于半球形鏡面反射原理所實(shí)現(xiàn)的，可實(shí)現(xiàn)360°全景信息采集，操作便捷程度高，但影像質(zhì)量并不理想。放置相機(jī)的專(zhuān)用平臺(tái)就是云臺(tái)，全景圖像采集對(duì)相機(jī)的旋轉(zhuǎn)要求較高，需要圍繞鏡頭成像點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，因此全景云臺(tái)必須要滿(mǎn)足全景攝像的實(shí)際要求，全景云臺(tái)的刻度、水平儀以及調(diào)節(jié)附件需完善，并在立體場(chǎng)景中，將拍攝點(diǎn)固定于中心位置，以便于加強(qiáng)全景拍攝質(zhì)量控制。

3.2 全景圖像的攝影技術(shù)

在全景圖像拍攝過(guò)程中，原始圖像質(zhì)量往往影響著后期圖像拼接合成效果，因此要掌握正確的全景圖像攝影技術(shù)。

第一，相機(jī)的設(shè)置與調(diào)解。在全景圖像拍攝過(guò)程中，必須要結(jié)合實(shí)際需求來(lái)調(diào)整相機(jī)功能，為確保一次性拍攝完成，有必要進(jìn)行手動(dòng)曝光，在360°場(chǎng)景內(nèi)，結(jié)合景物實(shí)際亮度調(diào)整曝光量，以便于加強(qiáng)全景圖像拍攝質(zhì)量控制。

第二，全景云臺(tái)與節(jié)點(diǎn)的設(shè)置。全景云臺(tái)是全景攝影中必不可少的設(shè)備，正確地使用全景云臺(tái)拍攝，是拼合全景圖像的基礎(chǔ)。

第三，全景圖像的拼接軟件。在全景技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，出現(xiàn)了很多優(yōu)秀的全景拼接制作軟件，除了Adobe、Autodesk這樣的軟件巨頭，還有如Panorama Factory、Ulead COOL360、Panorama Tools、Pix Maker、Photo Vista、pano2exe等全景拼接制作軟件。

3.3 照片質(zhì)量控制

在虛擬場(chǎng)館的構(gòu)建過(guò)程中，在對(duì)三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)加以應(yīng)用時(shí)，必須要控制好照片質(zhì)量，這一因素直接關(guān)系著虛擬展館構(gòu)建的整體效果。也就是說(shuō)，在三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用條件下，在拍攝照片時(shí)必須要正確使用三腳架，確保其保持水平狀態(tài)，并將其固定，拍攝過(guò)程中正確使用快門(mén)鍵，為避免畫(huà)質(zhì)模糊，必須要固定且快速拍攝，避免在拍攝過(guò)程中出現(xiàn)抖動(dòng)的情況而影響照片畫(huà)面質(zhì)量。在照片拍攝過(guò)程中，令拍攝場(chǎng)所光線(xiàn)均勻且充足，并合理選擇拍攝角度，以保證照片拍攝質(zhì)量，必要情況下手動(dòng)補(bǔ)光或選擇曝光控制，以控制好照片拍攝質(zhì)量。在照片拍攝過(guò)程中要掌握正確的拍攝方法，尤其是在旋轉(zhuǎn)拍攝的過(guò)程中，要控制好兩幅照片之間的重疊大小，為后期照片拼接提供便利。照片拍攝過(guò)程中必須要控制好對(duì)比度，及時(shí)做好曝光調(diào)節(jié)，便于照片之間達(dá)到無(wú)縫拼接，從而全面提高照片質(zhì)量，從整體上提高虛擬展館構(gòu)建的整體效果。

3.4 全景照片拼接與合成

基于三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬展館的構(gòu)建過(guò)程中，通過(guò)全景圖像可以令瀏覽者產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)，有助于提升虛擬參觀(guān)的真實(shí)性與形象性。因此，在虛擬展館的構(gòu)建過(guò)程中，應(yīng)用三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)時(shí)，必須要規(guī)范開(kāi)展全景照片拼接與合成工作。也就是說(shuō)，將所拍攝照片進(jìn)行合理拼接，促進(jìn)全景圖像的生成，在Java、Flash、Active X等播放插件的支持下，其全景內(nèi)環(huán)視主要是通過(guò)鼠標(biāo)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，能夠滿(mǎn)足瀏覽者的遠(yuǎn)近參觀(guān)或左右參觀(guān)需求，更具逼真性?；谌S全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所構(gòu)建的虛擬展館，不僅僅是傳統(tǒng)實(shí)體展館的復(fù)制，實(shí)際上，更是傳統(tǒng)實(shí)體展館的拓展延伸，更具交互性、自主性，且虛擬參觀(guān)的便捷程度更高，能夠免受時(shí)間與空間限制進(jìn)行參觀(guān)，展品信息的了解可通過(guò)文字、圖片、視頻等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可與展品開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)化互動(dòng)，這是傳統(tǒng)實(shí)體展館所無(wú)法達(dá)到的效果，從而提高虛擬參觀(guān)滿(mǎn)意度，如圖1所示。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，基于三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所構(gòu)架的虛擬展館，能夠在發(fā)揮傳統(tǒng)實(shí)體展館價(jià)值的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)人力物力資源的優(yōu)化配置，轉(zhuǎn)變展館陳列展示方式，有助于改善展出效率，在科學(xué)技術(shù)的支持下，為文化傳播帶來(lái)極大便利，信息傳遞與反饋的時(shí)效性更強(qiáng)。虛擬展館的構(gòu)建，可實(shí)現(xiàn)高效化的虛擬參觀(guān)，免受時(shí)間與空間限制，并且更具人性化特征，因而基于三維全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建虛擬展館將是傳統(tǒng)實(shí)體展館未來(lái)重要發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 司占軍，張姣姣.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的圖書(shū)館全景漫游場(chǎng)景的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017（32）：55-58.

[2] 林冬梅，葉秋芳.電子商務(wù)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2006（10）：66-69.