基于IBR技術(shù)的全景圖綜述

謝安　曾敏霞　陳華波　林泊帆　劉毅文

摘要：目前基于圖像繪制技術(shù)（IBR）已成為虛擬現(xiàn)實(shí)研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)課題，而全景圖作為其研究的一個(gè)重要方向，具有很大的研究價(jià)值。為了使人們對(duì)全景圖有所了解，本文首先概述了全景圖的背景和意義，及這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的主要研究內(nèi)容和進(jìn)展情況，并介紹了全景圖中的主要生成流程和相關(guān)理論；然后針對(duì)當(dāng)前全景圖的應(yīng)用現(xiàn)狀，詳細(xì)介紹了全景圖的幾個(gè)典型應(yīng)用實(shí)例，最后描述了全景圖未來的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；全景圖；圖像配準(zhǔn)；圖像拼接

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）20-0234-03

Overview of Panorama based on IBR Technology

XIE An， ZENG Min-xia， CHEN Hua-bo， LIN Bo-fan， LIU Yi-wen*

（School of Computer Science and Engineering， Huaihua University， Huaihua 418008， China）

Abstract： At present， based on image rendering technology has become a hot topic in the field of virtual reality， the panorama as an important direction of its research， has great research value in order to make people to panorama， this paper firstly Outlines the background and significance of panorama， and the main research contents and progress in this area， and introduced the panorama of the generating process and related theory；Then， according to the current application status of panorama， several typical applications of panorama are introduced in detail. Finally， the future development trend of panorama is described.

Key words： Virtual Reality； Panorama； Image Registration； Image Stitching

1 引言

近幾年來，由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不斷朝著科技前沿發(fā)展，使得全景圖技術(shù)在商業(yè)應(yīng)用和學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域獲得了極大的關(guān)注。全景圖的出現(xiàn)克服了人眼視角的限制，其應(yīng)用日益普及于人們的日常生活中。現(xiàn)如今主要應(yīng)用于街景地圖、旅游景點(diǎn)漫游、校園全景漫游等場(chǎng)景。

全景圖中的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景最大化保留了現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的真實(shí)性。在這個(gè)虛擬空間中，用戶可以操縱從任意一個(gè)角度去觀察場(chǎng)景，給用戶帶來真實(shí)的沉浸感。

2 全景圖的研究背景和意義

2.1 全景圖研究背景

在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究過程中虛擬場(chǎng)景的建模是關(guān)鍵，所以對(duì)逼真的虛擬環(huán)境的建立和場(chǎng)景的復(fù)雜性要求也在逐漸變高。而基于圖像的繪制技術(shù)（IBR）地出現(xiàn)一定程度上解決了這一問題，它在虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展過程中發(fā)揮了極大的作用，目前全景圖技術(shù)已成為國內(nèi)外研究的重點(diǎn)研究技術(shù)方向。以全景圖技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建出的虛擬全景空間是目前最適用的基于IBR技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，但是全景圖技術(shù)還不夠成熟，仍在繼續(xù)研究和發(fā)展。

2.2 全景圖研究意義

全景圖現(xiàn)今已成為虛擬場(chǎng)景存儲(chǔ)和顯示的重要方式，它的出現(xiàn)代替了視頻圖像序列大大降低了數(shù)據(jù)量，使采集圖像的設(shè)備變得更普通化，為數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)的保存以及傳輸都帶來極大的便捷，因而全景圖技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展中有很大的價(jià)值。目前我們可以看到全景圖在實(shí)際生活中的諸多應(yīng)用，如校園全景漫游、房地產(chǎn)全景、商業(yè)展示等場(chǎng)景，以上全景圖的應(yīng)用都說明全景圖在未來會(huì)有非常廣闊的應(yīng)用前景。

3 全景圖的生成流程和關(guān)鍵技術(shù)

3.1 全景圖的生成流程

通過相機(jī)拍攝一組圖像進(jìn)而生成全景圖，最終目標(biāo)是生成平滑自然、無拼接縫隙的全景圖。

3.2 全景圖的關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 圖像拼接技術(shù)

圖像拼接是根據(jù)圖像的重疊處，將一組序列圖像拼接組合而成一幅高分辨率、寬視角的全景圖。圖像配準(zhǔn)是該技術(shù)的關(guān)鍵，其操作過程是對(duì)在同一場(chǎng)景中的兩幅圖像在空間上進(jìn)行匹配，準(zhǔn)確找出重疊部分，以此確定其變換關(guān)系，從而進(jìn)行圖像的縫合拼接。

3.2.2 圖像融合方法

圖像融合是指在圖像處理和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)采集到的帶有重疊信息的圖像數(shù)據(jù)，提取有效的信息進(jìn)行綜合，獲取到高質(zhì)量的圖像。由于相鄰圖像會(huì)存在亮度上的差異，可以明顯看出疊加后的圖像有邊界，因此進(jìn)行融合處理是很必要的。

4 全景圖的應(yīng)用

4.1 校園全景漫游

以懷化學(xué)院為例，在學(xué)校建校以來固有的推廣模式一般為宣傳視頻、學(xué)校官網(wǎng)、新聞等模式，這種方式不免會(huì)影響人們對(duì)學(xué)校更真實(shí)準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)和了解。而學(xué)校也由于自身地域等原因其生活環(huán)境不能為學(xué)生和家長所了解，這對(duì)于學(xué)校的推廣上形成了一定的阻礙，校園全景的出現(xiàn)有效地解決了這一問題。

校園全景漫游打破了傳統(tǒng)宣傳方式的限制，有著極強(qiáng)的交互性。學(xué)生只需要使用手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備就能觀看到校園所有實(shí)景。同時(shí)在全景漫游中為學(xué)生提供了校園實(shí)景的導(dǎo)向功能，不僅給學(xué)生帶來了樂趣和便捷，也給學(xué)校帶來了很大的實(shí)用價(jià)值。如圖2所示為懷化學(xué)院東校區(qū)全景圖。

4.2 旅游景區(qū)全景漫游

旅游景區(qū)的全景漫游能讓用戶預(yù)先了解景區(qū)的道路、景區(qū)景點(diǎn)等的分布概況，為旅游者帶來了極大的便捷；對(duì)投資商來說有著很大的商業(yè)用途，能吸引更多潛在的旅游者，帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。在景區(qū)宣傳上也起到很好的宣傳效果，旅游景區(qū)的全景展示很好的還原了景區(qū)真實(shí)場(chǎng)景，給旅游者帶來了良好的景區(qū)提前體驗(yàn)。如圖3為北京市奧運(yùn)公園-鳥巢和水立方。

4.3 全景圖虛擬展廳

通過三維立體虛擬展廳，觀看者能夠?qū)γ糠髌愤M(jìn)行細(xì)微的觀察。在全景虛擬展廳中會(huì)配有導(dǎo)航地圖、界面功能操作按鈕，為用戶帶來更便捷的體驗(yàn)。解決人們因?yàn)闀r(shí)間和地域的問題而不能參觀實(shí)地美術(shù)館、博物館等展覽館作品的問題。如圖4為中國美術(shù)館-陳白藝術(shù)文獻(xiàn)展全景圖。

5 全景圖的未來發(fā)展趨勢(shì)

目前全景圖所應(yīng)用的領(lǐng)域包括房地產(chǎn)、旅游景區(qū)、博物館、商業(yè)場(chǎng)所、教育等行業(yè)。全景圖在整個(gè)VR領(lǐng)域?qū)儆谳^成熟的技術(shù)，但其發(fā)展卻未出現(xiàn)迅速直線上升的階段，主要原因有全景拍攝設(shè)備昂貴，拍攝方式要求高，在專業(yè)性上對(duì)技術(shù)人員要求嚴(yán)格，不能大范圍的普及等問題，導(dǎo)致用戶對(duì)全景產(chǎn)品的消費(fèi)沒有很大的提升。

但全景圖技術(shù)的發(fā)展仍在不斷前進(jìn)。以云景中國為例，“云景中國”為20000家企業(yè)提供VR全景展示，涵蓋了政府單位、旅游局、教育部、宣傳部等多個(gè)領(lǐng)域。與百度地圖、騰訊地圖、新浪戰(zhàn)略等大型企業(yè)達(dá)成合作。此外從《2017-2022年中國全景相機(jī)行業(yè)市場(chǎng)運(yùn)營態(tài)勢(shì)及發(fā)展前景預(yù)測(cè)報(bào)告》中可以得知，在未來VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展會(huì)迎來飛躍的發(fā)展，全景圖的發(fā)展也會(huì)更進(jìn)一個(gè)臺(tái)階。

6 結(jié)束語

目前隨著計(jì)算機(jī)相關(guān)領(lǐng)域不斷朝著虛擬化和數(shù)字化發(fā)展，全景圖的應(yīng)用越來越廣泛。全景圖是一種具有極強(qiáng)的交互性的展示方式，能給用戶帶來良好的體驗(yàn)，在一定程度提高了人們的生活需求。本文主要圍繞全景圖的背景、意義、研究進(jìn)展、生成技術(shù)和全景圖的應(yīng)用實(shí)例簡(jiǎn)要概述了全景圖的相關(guān)知識(shí)，讓用戶對(duì)全景圖有一定的了解。

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