鄢志武　馬祥山　吳　麗

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和應(yīng)用，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)虛擬展示應(yīng)運(yùn)而生，并迅速擴(kuò)展到旅游業(yè)領(lǐng)域，旅游景區(qū)景點(diǎn)虛擬展示也隨之興起。本文從我國旅游電子商務(wù)的發(fā)展現(xiàn)狀和基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)入手，分析了旅游景區(qū)網(wǎng)站建立三維全景虛擬展示的可行性和有效性，并在此基礎(chǔ)上詳細(xì)闡述了全景圖的生成原理和三維虛擬空間場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)，最后再結(jié)合我國第一家使用這種展示方式的地質(zhì)公園景區(qū)進(jìn)行例證分析——云南石林世界地質(zhì)公園。

關(guān)鍵詞：三維全景； 虛擬展示； 地質(zhì)公園

中圖分類號(hào)：F592.3；F626.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ 文章編號(hào)：1004-0544(2009)04-0114-03

一、 引言

迪米特力奧斯·包利斯指出:“信息技術(shù)革命對(duì)旅游產(chǎn)業(yè)的管理有著深刻的影響”,因?yàn)椤靶畔⑹锹糜萎a(chǎn)業(yè)的血脈”。[1]互聯(lián)網(wǎng)的交互性、實(shí)時(shí)性和便捷性等優(yōu)勢(shì)促使傳統(tǒng)旅游業(yè)迅速融入網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的浪潮之中，預(yù)計(jì)到 2010年全球旅游網(wǎng)上交易將超過1250 億美元。[2]

當(dāng)然,因特網(wǎng)不等于電子商務(wù)。伊恩·查斯頓指出:“因特網(wǎng)讓企業(yè)認(rèn)識(shí)到,開拓新技術(shù)遠(yuǎn)比在線放一個(gè)小冊(cè)子要意義深遠(yuǎn)”。[3]電子商務(wù)的本質(zhì)是虛擬交易。企業(yè)圍繞因特網(wǎng)開展電子商務(wù)的目的是交易成本的節(jié)約與交易效率的提高和交易范圍的拓展。電子商務(wù)廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，其中，旅游業(yè)、金融、軟件、出版物并列為電子商務(wù)的四大應(yīng)用領(lǐng)域。

我國旅游電子商務(wù)企業(yè)的發(fā)展很迅速。iResearch艾瑞咨詢?cè)诩磳⑼瞥龅摹?008-2009年中國網(wǎng)上旅行預(yù)訂行業(yè)發(fā)展報(bào)告》統(tǒng)計(jì)顯示，2008年中國網(wǎng)上旅行預(yù)訂市場(chǎng)規(guī)模為27.89億元，相比2007年的22.73億元同比增長(zhǎng)22.7%；網(wǎng)上旅行預(yù)訂用戶的規(guī)模達(dá)到600萬，同比增長(zhǎng)33.3%。[4]

可以預(yù)見，未來旅游電子商務(wù)有很大的發(fā)展空間，前景廣闊。但目前所實(shí)現(xiàn)的旅游電子商務(wù)還限于各種票據(jù)、住宿預(yù)定、旅游線路預(yù)定及發(fā)送電子郵件等，只有1%的網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上付款的方式。也就是說總體上仍停留在上網(wǎng)查詢和預(yù)訂，下網(wǎng)進(jìn)行交易和結(jié)算的階段，在內(nèi)容提供、服務(wù)方式和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面與旅游電子商務(wù)尚有很大差距，用電子商務(wù)的概念來衡量，我國的旅游電子商務(wù)尚處于初級(jí)階段。

隨著我國旅游電子商務(wù)的發(fā)展，許多地質(zhì)公園也開始陸續(xù)在網(wǎng)絡(luò)中做文章，但是對(duì)我國上百家國家地質(zhì)公園的旅游網(wǎng)站調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，國家地質(zhì)公園基本上都沒有自己的官方網(wǎng)站，它們大多在一些旅游門戶網(wǎng)站上做基本的宣傳，如景區(qū)介紹、路線介紹及交通情況的介紹，而這些對(duì)廣大潛在旅游者吸引力不夠。旅游景點(diǎn)三維全景虛擬展示是旅游電子商務(wù)的一個(gè)發(fā)展分支，同時(shí)也是旅游景區(qū)網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)虛擬展示的必備之選，它可以實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，任意觀看各個(gè)方向的旅游景點(diǎn)的場(chǎng)景，還可以提供網(wǎng)上實(shí)景虛擬漫游，給潛在旅游者提供身臨其境的體驗(yàn)之感。

國內(nèi)學(xué)者對(duì)這一領(lǐng)域的研究涉及較少，僅有的幾篇文章只是在論述其它問題時(shí)對(duì)虛擬體驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的提及。例如孔旭紅認(rèn)為，景點(diǎn)網(wǎng)站應(yīng)該通過影像采集、數(shù)字處理、壓縮技術(shù)等實(shí)現(xiàn)景觀、景物的三維動(dòng)畫, 建立虛擬現(xiàn)實(shí)劇場(chǎng)。鄢志武，楊茜認(rèn)為，利用網(wǎng)絡(luò)大力宣傳地質(zhì)公園的特色，并依據(jù)地質(zhì)公園自身的特點(diǎn)建立 “3D 三維在線體驗(yàn)”頻道來引起游客對(duì)該景區(qū)的興趣。本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入挖掘，詳細(xì)論述了基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其三維全景虛擬展示的實(shí)現(xiàn)原理，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行闡述。

二、 虛擬現(xiàn)實(shí)的概述

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）是20世紀(jì)90年代以來興起的一種新型信息技術(shù)。作為人與計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境進(jìn)行交互作用的一種手段，人們將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)看作是僅次于互聯(lián)網(wǎng)的改變世界未來的重要技術(shù)，認(rèn)為它不但將改變?nèi)祟悘氖驴茖W(xué)研究、技術(shù)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐的方式，而且為促進(jìn)人的認(rèn)識(shí)能力的全面發(fā)展提供了新的工具。

1. 虛擬現(xiàn)實(shí)的基本特征

虛擬現(xiàn)實(shí)的核心正如美國科學(xué)家Burdea G在和Philippe Coiffet在1993年的Electro93國際會(huì)議上發(fā)表的“Virtual Reality System and Application”一文中曾提出的那樣，可以用一個(gè)由三個(gè)“I”：Immersion-Interaction-Imagination(沉浸——交互——構(gòu)想)所構(gòu)成的三角形來形象地描述，如圖1所示。

圖1虛擬現(xiàn)實(shí)的基本特性

（1）沉浸性。用戶作為主角存在于虛擬環(huán)境中，能夠在這個(gè)虛擬環(huán)境中有目的地觀察、聆聽、觸摸、嗅聞虛擬對(duì)象的特征，可視場(chǎng)景隨視點(diǎn)的變化而變化，使用戶忘記自身所處的外部真實(shí)環(huán)境，產(chǎn)生一種似乎成為了所研究的虛擬環(huán)境的組成部分的感受。

（2）交互性。用戶對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)的物體可以進(jìn)行操作并得到實(shí)時(shí)的自然反饋。

（3）想象性。用戶沉浸在多維信息虛擬空間中，依靠自己的感知和認(rèn)知能力全方位的獲取知識(shí)，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，尋求答案并做出判斷。

2. 虛擬現(xiàn)實(shí)的分類

根據(jù)用戶參與虛擬現(xiàn)實(shí)的不同形式以及沉浸的程度不同，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可分為三類。

（1）沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一套比較復(fù)雜的系統(tǒng)，用戶有置身于虛擬境界之中的感覺。使用者通過頭盔、數(shù)據(jù)手套等設(shè)備與虛擬環(huán)境進(jìn)行交流。該系統(tǒng)雖然可讓使用者完全沉浸到虛擬世界中去，但由于其價(jià)格昂貴，難以推廣。

（2）分布式虛擬現(xiàn)實(shí)。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是由多個(gè)用戶通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，處于不同地理位置的用戶如同進(jìn)入到同一個(gè)真實(shí)環(huán)境中，通過姿勢(shì)、聲音或文字等在一起進(jìn)行交流、學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、娛樂，甚至協(xié)同完成同一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)或進(jìn)行同一任務(wù)的演練。

（3）桌面虛擬現(xiàn)實(shí)。桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)利用個(gè)人計(jì)算機(jī)和低檔工作站進(jìn)行仿真，將計(jì)算機(jī)屏幕作為用戶觀察虛擬環(huán)境的窗口，通過各種輸入設(shè)備與虛擬現(xiàn)實(shí)世界充分交互。這種系統(tǒng)會(huì)受到周圍現(xiàn)實(shí)環(huán)境的干擾，不能完全沉浸于虛擬環(huán)境中，缺乏真實(shí)的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，易于普及推廣。本文三維全景虛擬展示研究就是屬于這種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

3. 基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)

基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)是以實(shí)際場(chǎng)景的照片為素材，采用圖像拼合和插值技術(shù)，建立具有照片質(zhì)量真實(shí)感的虛擬場(chǎng)景。

虛擬場(chǎng)景是按以下步驟生成的:首先利用采集的離散圖像或連續(xù)的視頻圖像序列作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理形成全景圖像；然后通過合適的空間模型把多幅全景圖像組織為虛擬全景空間。用戶在這個(gè)空間中可以進(jìn)行前進(jìn)、后退、仰視、俯視、360度環(huán)視等操作?；趫D像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）開發(fā)成本低廉。不需要專用虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備，如頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等，僅需要一臺(tái)普通電腦就足夠了。尤其是針對(duì)大型機(jī)械的虛擬展示來說，塑造真實(shí)的場(chǎng)景是一個(gè)耗資巨大的工程，運(yùn)用基于圖像的方法則可大大節(jié)約成本。

（2）逼真感強(qiáng)。由于素材是實(shí)際場(chǎng)景的照片，因此，只要圖片的大小達(dá)到一定的要求，基于圖像的虛擬場(chǎng)景則會(huì)有數(shù)碼照片質(zhì)量的真實(shí)感。

（3）避免了復(fù)雜的幾何建模。建立幾何模型是一個(gè)費(fèi)時(shí)又費(fèi)力的繁復(fù)工作，基于圖像的虛擬場(chǎng)景實(shí)際是由照片拼合而成的封閉空間，不需要復(fù)雜的幾何建模。

（4）實(shí)時(shí)性好。出于場(chǎng)景建模復(fù)雜度獨(dú)立于場(chǎng)景復(fù)雜度之外，場(chǎng)景數(shù)據(jù)量只與照片數(shù)據(jù)量有關(guān)，數(shù)據(jù)量較小，因此，虛擬場(chǎng)景實(shí)時(shí)性好，這有利于對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行虛擬瀏覽。

三、旅游景點(diǎn)虛擬展示及其全景圖的生成原理

旅游產(chǎn)品的產(chǎn)地消費(fèi)性和事前決策性決定旅游者在旅游前獲取信息的重要性，旅游景區(qū)網(wǎng)站上旅游景點(diǎn)展示會(huì)吸引更多的潛在旅游者瀏覽景區(qū)風(fēng)光。而這種展示不單單是幾幅圖片和幾段視頻就能達(dá)到比較好的宣傳效果，需要借助更先進(jìn)的技術(shù)手段，三維全景虛擬展示為旅游景區(qū)帶來了全新的展示手法，把景點(diǎn)的真實(shí)場(chǎng)景虛擬化，旅游者輕松點(diǎn)擊鼠標(biāo)就可以上下、左右、走近、退遠(yuǎn)的觀看景區(qū)風(fēng)光，還可以360度旋轉(zhuǎn)，如同親臨現(xiàn)場(chǎng)。多幅全景圖鏈接起來構(gòu)成一個(gè)場(chǎng)景，旅游者可以在此場(chǎng)景中漫游。根據(jù)視點(diǎn)的不同，包括全景漫游、熱點(diǎn)追蹤以及局部動(dòng)作的放大，從而形成一個(gè)可由旅游者選擇的任意漫游的場(chǎng)景。

1． 旅游景點(diǎn)虛擬展示應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

（1）吸引客戶。旅游者和投資商通過三維全景虛擬展示，對(duì)旅游風(fēng)景區(qū)有更直觀真切的了解，方便客戶對(duì)選擇和吸引客戶和投資。

（2）提高人氣。通過三維全景的宣傳，提高風(fēng)景區(qū)名氣，風(fēng)景區(qū)站點(diǎn)的人氣和訪問量，提高城市形象。

（3）規(guī)劃方便。對(duì)風(fēng)景和旅游設(shè)施，地理環(huán)境進(jìn)行三維全景的記錄和存檔，方便規(guī)劃和保護(hù)、管理。

（4）利于推廣。吸引客戶流量，利于網(wǎng)站推廣，提高網(wǎng)站和風(fēng)景區(qū)的知名度。

2． 全景圖的生成原理

所謂全景圖，就是視點(diǎn)位置固定而視線環(huán)視一周所觀察到的所有幀經(jīng)過處理后所構(gòu)成的圖。全景圖空間以全景圖作為基本組成單位，在一個(gè)視點(diǎn)處存儲(chǔ)多幅不同深度的全景圖。多幅全景圖之間漫游，是通過不同視點(diǎn)間的“平滑跳動(dòng)”來實(shí)現(xiàn)的。全景圖可用全景相機(jī)拍攝或用普通相機(jī)拍攝后再加以鑲嵌。此方法無須繁瑣的場(chǎng)景建模工作，能實(shí)時(shí)地顯示構(gòu)建的環(huán)境，因而不用專門的硬件加速就可獲得真實(shí)感很強(qiáng)的圖像和實(shí)時(shí)的交互速度。

全景圖是其中最簡(jiǎn)單的形式：試點(diǎn)固定、波長(zhǎng)不變和時(shí)間不變。全景圖技術(shù)的核心是圖像拼接技術(shù)。全景圖技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)計(jì)算量和存儲(chǔ)量要求都很低，非常適合應(yīng)用于旅游景點(diǎn)虛擬展示系統(tǒng)。它是先依據(jù)真實(shí)的旅游景點(diǎn)，然后建造虛擬環(huán)境，以攝影技術(shù)為基礎(chǔ)，可以提供照片級(jí)別的細(xì)節(jié)，如圖2所示。

圖2 ： 基于圖像的旅游景點(diǎn)虛擬空間生成系統(tǒng)模型

（1）節(jié)點(diǎn)的選取實(shí)際上是確定拍攝距離、角度方案，即以多大的間隔拍攝，每個(gè)節(jié)點(diǎn)如何拍攝。

（2）全景圖的生成有以下途徑。a、用全景相機(jī)直接拍攝其優(yōu)點(diǎn)是容易得到全景圖且不需要復(fù)雜的建模工作。其缺點(diǎn)是需要昂貴的專門設(shè)備。b、用普通相機(jī)或者拍攝出一系列相互重疊的照片，然后將它們鑲嵌成全景圖。其優(yōu)點(diǎn)是可做成任何形狀的全景圖，而不需要專門設(shè)備，可對(duì)每幅相片進(jìn)行曝光控制，因此得到的全景圖光強(qiáng)分布比較平衡。

（3）鏈接與鏈接是把得到的全景圖按照空間中視點(diǎn)的位置關(guān)系組織起來，供交互顯示用，且把運(yùn)動(dòng)物體鑲嵌到全景圖中去，使用戶可以對(duì)它們進(jìn)行交互控制。

四、 旅游景點(diǎn)三維虛擬空間場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)

1． 全景瀏覽的流程

研究中，整個(gè)三維全景瀏覽的實(shí)現(xiàn)的過程如圖3所示。

圖3 全景瀏覽流程

2．素材準(zhǔn)備

要制作旅游景點(diǎn)全景圖象首先要拍攝景點(diǎn)的照片素材。采集照片序列原始圖像的質(zhì)量好壞將直接影響到最后的拼接結(jié)果，所以對(duì)拍攝的局部景點(diǎn)照片應(yīng)滿足如下要求。

（1）相機(jī)大致固定在景點(diǎn)中心位置，并且拍攝角度恰當(dāng)；

（2）盡量使每幅照片的水平線要保持水平；

（3）利用三腳架拍攝。相機(jī)固定在三角架上在水平面上旋轉(zhuǎn)，盡量避免鏡頭偏斜和俯仰且盡量保持相同的焦距；

（4）保證一定的重疊范圍（9-12張圖片）；

（5）盡量避免相鄰照片一的亮度、色度、對(duì)比度有較大差異；

（6）景點(diǎn)原始圖像應(yīng)為靜態(tài)圖像。

3． 全景圖合成

可使用一些商業(yè)軟件，比如如Panoram Maker、QuickTime、Cool360、Hot Media、Realviz Stitcher等。這些軟件都能將在同一視點(diǎn)環(huán)繞拍攝的數(shù)碼照片無縫連接成一幅長(zhǎng)度很寬的柱面全景圖。景點(diǎn)全景圖像表示的是人站在景點(diǎn)某個(gè)地方觀察空間，視點(diǎn)不動(dòng)而觀察方向改變，所以在拍攝時(shí)將照相機(jī)固定在支架上，盡量避免轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)鏡頭的偏斜和俯仰，并以鏡頭為軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周連續(xù)拍攝。

4． 虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建

當(dāng)柱面全景制作好后，所得到的僅僅是景點(diǎn)單個(gè)視點(diǎn)的瀏覽，并不能稱之為是真正的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)景，必須對(duì)制作好的景點(diǎn)全景圖像進(jìn)行合理地空間編輯和組織。

五、云南石林世界地質(zhì)公園三維全景虛擬展示例證

云南石林世界地質(zhì)公園網(wǎng)站由新聞、旅游體驗(yàn)、預(yù)訂中心、目的地指南、旅游論壇、幫助中心六大板塊構(gòu)成。其中旅游體驗(yàn)是最有特色的板塊，其它的五個(gè)板塊是我國大部分旅游景點(diǎn)網(wǎng)站都具備的。點(diǎn)擊“體驗(yàn)石林”，用戶可以查看到以下幾種體驗(yàn)方式：美術(shù)作品、圖游石林、音樂欣賞、彩繪石林、三維全景、視頻石林、游記石林。點(diǎn)擊“三維全景”菜單，用戶就進(jìn)入了“石林3D虛擬實(shí)景系統(tǒng)”，主要包括了石林風(fēng)景區(qū)、黑松巖風(fēng)景區(qū)、飛龍瀑風(fēng)景區(qū)和長(zhǎng)湖風(fēng)景區(qū)，進(jìn)入其中任何一個(gè)風(fēng)景區(qū)，里面分布著主要的風(fēng)景點(diǎn)，再點(diǎn)擊任意風(fēng)景區(qū)的圖標(biāo)，就可以進(jìn)行前進(jìn)、后退、、仰視、俯視、360度環(huán)視等操作，實(shí)現(xiàn)三維全景虛擬體驗(yàn)，這種三維全景體驗(yàn)在我國地質(zhì)公園虛擬體驗(yàn)中是一種全新的方式，到目前為止，只有石林一家應(yīng)用這種基于圖像的三維全景虛擬展示技術(shù)。

這種虛擬展示給潛在旅游者強(qiáng)烈的視覺沖擊，如同置身真實(shí)場(chǎng)景之中。

1． 跟平面圖像比較

三維全景通過全景播放程序的特殊透視處理，帶給潛在旅游者強(qiáng)烈的立體感，良好的交互性，沉浸感強(qiáng)烈，而平面圖像相對(duì)較呆板，缺少交互性；在單張全景圖上可以表現(xiàn)360°范圍的場(chǎng)景信息，而平面圖只能表現(xiàn)很小范圍內(nèi)的局部信息。

2. 相對(duì)于視頻文件而言

三維全景生成文件小，這種基于圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作生成簡(jiǎn)單，更適合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，交互性強(qiáng)，視頻文件制作復(fù)雜，費(fèi)用昂貴，交互性不強(qiáng)，文件太大，不適合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，場(chǎng)景圖像精度比不上三維全景。

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責(zé)任編輯 楊小明