摘要：目前，全景照片虛擬漫游技術(shù)現(xiàn)已在國家軍事、學生教學、科研和影視娛樂方面得到了廣泛應(yīng)用，這項技術(shù)可以使用戶以自然的方式進行與虛擬環(huán)境對象的交互工作，讓用戶體會到近似真實環(huán)境的體驗和感受，在貼近用戶增值服務(wù)和整合圖片資源方面具有強大優(yōu)勢。文章就全景照片虛擬漫游技術(shù)在礦政信息及三維動態(tài)管理中的應(yīng)用進行了闡述。

關(guān)鍵詞：全景圖；虛擬漫游技術(shù)；礦政信息；三維動態(tài)管理；虛擬環(huán)境 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD178 文章編號：1009-2374（2016）19-0150-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.072

現(xiàn)如今，信息技術(shù)日新月異，人們更希望通過聽覺、視覺和手勢等信息充分參與到信息處理的環(huán)境中，身臨其境地完成信息處理的過程，而不僅僅是對信息處理的結(jié)果進行外部觀察，這便催生了全景照片虛擬漫游技術(shù)在信息處理方面的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在我國屬于新興產(chǎn)業(yè)，該產(chǎn)業(yè)所屬的科技領(lǐng)域具有高難度、投資大的特點，與發(fā)達國家相比，我國在該行業(yè)沒有形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，相關(guān)運營企業(yè)普遍缺乏國際競爭力?？茖W家和政府有關(guān)部門已經(jīng)加大了對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研發(fā)力度，投入了更多的資金和精力。作為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的重要組成部分，虛擬漫游技術(shù)在這股科技浪潮中蓬勃發(fā)展，該技術(shù)在礦政信息處理和三維動態(tài)管理工作中正在逐步得到應(yīng)用。

1 全景照片虛擬漫游技術(shù)研究

1.1 全景模型研究

全景模型根據(jù)不同的全景圖投影展示方式，分為三種模式：圓柱模式、球面模式和立方體模式。這三種模式的不同點就是全景圖的投影方式，圓柱模式就是將拼接好的全景圖投影到圓柱體內(nèi)表面，球面模式就是將全景圖投影到球體內(nèi)表面，立方體模式就是將全景圖投影到立方體內(nèi)表面，在進行模型展示時，全景圖像中的相應(yīng)部分根據(jù)視域的方向進行反投影，即可得到視域處的視圖。

1.2 全景虛擬漫游交互技術(shù)

進行全景虛擬漫游的前提就是要構(gòu)造出一個逼真的特定場景的虛擬現(xiàn)實空間，虛擬現(xiàn)實空間可以由真實空間構(gòu)成，也可以是實時仿真虛擬的假象空間，用戶在這個虛擬現(xiàn)實空間中自然地漫游需要借助特定的裝備，在空間中可以對虛擬對象從各個角度進行觀察，產(chǎn)生身臨其境的感覺，并可以進一步進行規(guī)劃和操作。場景中存在熱點，熱點能夠和用戶在虛擬場景中進行交互，熱點又分為靜態(tài)熱點和動態(tài)熱點，靜態(tài)熱點一直靜止不動，不能隨著全景圖像來回移動，比較適合做一些特定操作的按鈕。動態(tài)熱點可以實現(xiàn)不同場景的切換，可以隨著交互者視角的改變而改變。在進行大型復(fù)雜場景的瀏覽時，地圖導(dǎo)航可以向交互者提供直觀簡明的全局地圖信息，并可以提示交互者當前所在位置，可以使交互者獲得清晰的全景概念。

1.3 全景圖顯示技術(shù)

在進行虛擬漫游過程中，能直接影響用戶體驗的，就是根據(jù)參數(shù)生成的顯示在屏幕上的圖像，這個圖像是根據(jù)視角等參數(shù)動態(tài)生成的，生成過程中的性能和效果是成像效果好壞的主要因素。為了保證交互者視覺的一致性，我們在交互過程中采用了一系列技術(shù)來保證交互者視點轉(zhuǎn)移時場景的平滑過渡，這些技術(shù)包括視點空間緩沖預(yù)調(diào)、全景圖數(shù)據(jù)預(yù)調(diào)、視圖差值、視圖變形、圖像平滑過渡和場景透視感加強等，使交互者在虛擬現(xiàn)實空間中產(chǎn)生實景空間的感覺。

1.4 動畫貼圖技術(shù)

將全景圖作為背景，在交互者虛擬漫游場景中的某區(qū)域加載一段Flash動畫或動態(tài)視頻，將瀏覽者感興趣的信息提供出來，可以使虛擬漫游場景更加逼真。

2 應(yīng)用實例——西川礦業(yè)有限公司非重點礦山的數(shù)據(jù)采集與處理

2.1 西川礦區(qū)情況簡介

西川鐵礦位于寬城滿族自治縣峪耳崖鎮(zhèn)，西川村大野雞峪，地處東經(jīng)118°27′46″～118°29′03″，北緯40°29′57″～40°30′42″，中朝準地臺（Ⅰ2）、燕山臺褶帶（Ⅱ23）、馬蘭峪復(fù)式背斜（Ⅲ27）核部的寬城凹褶束（Ⅳ224）東段。海拔高度為340～830m，境內(nèi)山巒起伏，山高坡陡，溝川較窄。礦區(qū)的地層主要為太古界遷西群上亞群拉馬溝組（Arl），出露于礦區(qū)大部分地區(qū)，走向北東65°左右，傾向北西，傾角為70°～80°，主要巖石類型有角閃斜長片麻巖和石英角閃斜長片麻巖。礦區(qū)片麻巖以單斜構(gòu)造形式產(chǎn)出，總體產(chǎn)狀北傾。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造不發(fā)育，僅有一些小裂隙，對礦體無影響。

西川礦業(yè)有限公司隸屬承德兆豐鋼鐵集團公司，開采方式以平硐、斜井、豎井開拓為主的多中段地下開采方式，生產(chǎn)規(guī)模為4.5萬噸/年，礦區(qū)面積為0.7542平方公里。礦山井下作業(yè)一般上午鑿巖掘進，對巖石進行裝載轉(zhuǎn)運，下午、晚上爆破排煙。由于西川鐵礦7個中段通過天井進行通氣排煙，排氣孔上下聯(lián)通，井下塵霾、油煙污濁，給井下測量、影像采集帶來很大的難度；礦道走向較復(fù)雜，有若干廢巷、采空區(qū)、斗川，巷道內(nèi)柴油機車“四不像”穿行其間，斗川溜井內(nèi)時有溜礦作業(yè)，對井下測量、全景影像數(shù)據(jù)采集影響較大；中段水平相隔50m，接近中午，時有放炮聲傳來，存在一定的安全隱患。

2.2 全景照片制作過程及相關(guān)要求

全景照片的拍攝采用尼康D90單反相機配合Nikon10.0mm魚眼（超廣角）鏡頭，使用全景云臺拍攝單站寬幅廣角數(shù)碼照片，然后再用造景師軟件進行全景合成影像圖。

全景拍攝過程中執(zhí)行了如下要求：（1）全景拍攝采用尼康D90單反相機，該相機像素1230萬，滿足全景拍攝像素要求；（2）尼康D90單反相機配備Nikon10.0mm魚眼鏡頭，該鏡頭等效焦距10mm，拍攝6張魚眼照片便可制作出有質(zhì)量保證的全景圖；（3）拍攝全景照片使用了專業(yè)360°全景云臺，該云臺是承載相機等拍攝設(shè)備的裝置，其關(guān)鍵作用在于將鏡頭節(jié)點固定在云臺的旋轉(zhuǎn)中心上，能夠保證在旋轉(zhuǎn)相機拍攝的時候，每張相片在一點上拍攝，拼合的全景圖相當完美；（4）為了保證全景拍攝的穩(wěn)定性，使用了專用三腳架；（5）為保證礦山數(shù)據(jù)虛擬瀏覽畫面流暢且不失真并保證全景照片無漏洞，設(shè)站間距不大于10m；（6）拍攝的單張相片清晰、光照充足；（7）全景相片的縫合沒有明顯的“裂隙”和明顯的色差；（8）多站的鏈接初始方向保持了一致，初始視角一致；（9）井下的主要地物沒有漏拍。

2.3 全景照片的發(fā)布及成像效果

應(yīng)用上海杰圖軟件，使用杰圖—造景師軟件拼合球形全景圖，再用杰圖—漫游大師軟件創(chuàng)建虛擬漫游效果，然后打包發(fā)布為Flash格式，用以在系統(tǒng)平臺上進行瀏覽，全景影像成果獲得了無需親臨現(xiàn)場便有身臨其境的感受。

3 生成全景影像過程中的關(guān)鍵步驟

3.1 全景圖的生成

虛擬全景漫游場景的制作是我們在制作全景圖過程中遇到的第一個難題，全景圖如果制作不好，生成虛擬全景漫游場景的任務(wù)就幾乎可以宣告失敗。我們采用的是采集視點四周景物圖像的方式進行全景圖的對應(yīng)，然后拼接成全景圖。

3.2 全景圖的實時顯示

為了給用戶提供最直接直觀的視覺感受，我們制作的全景虛擬漫游場景是實時繪制的，而且繪制實時性很強，提高了用戶在體驗虛擬場景時的真實感。繪制的畫面沒有出現(xiàn)失真的情況，畫面過渡過程流暢且自然，提升了用戶體驗。

3.3 動態(tài)視頻和靜態(tài)虛擬模擬場景的融合

全景圖是靜態(tài)的，我們利用漫游子系統(tǒng)的處理，還原了礦區(qū)全景圖部分區(qū)域的三維信息，并在指定區(qū)域添加了視頻動畫，增加了場景的表達能力，讓用戶體驗到了更加真實的模擬場景。

4 結(jié)語

在本次西山礦區(qū)礦政信息及三維動態(tài)管理過程中，我們充分利用了全景照片虛擬漫游技術(shù)，實實在在地體會到了這項技術(shù)在用戶體驗和信息處理方面的優(yōu)勢，真切地感受到了科技發(fā)展帶給各行各業(yè)進行工作的便利，希望有關(guān)部門能大力推廣這項技術(shù)在其他項目上的應(yīng)用，讓先進的科學成果為社會進步做出更大的貢獻。

參考文獻

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作者簡介：張國起（1969-），男，河北人，河北省地礦局國土資源勘查中心國土測繪隊技術(shù)負責，工程師，研究方向：測繪工程。

（責任編輯：秦遜玉）