桑峻

摘要：虛擬漫游在虛擬現(xiàn)實領域中的應用是個熱點。虛擬漫游是基于圖像的虛擬建模技術，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實現(xiàn)的性價比極高的虛擬現(xiàn)實解決方案。

關鍵詞： 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

虛擬旅游的應用得益于虛擬現(xiàn)實技術的發(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)的基礎上，利用虛擬現(xiàn)實技術構建的三維立體旅游環(huán)境，依托互聯(lián)網(wǎng)絡，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。總的來說，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，以前繁瑣的手工調整工作全部變?yōu)樽詣油瓿?。例如校準鏡頭型號，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生夸張的變型效果。

如今，PTGui已經可以通過照片中的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的信息到照片之中。當按下快門的那一瞬間，相機已經把機身型號、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已經升級到了10.0版本，也是制作完成海口香世界莊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計

?？谙闶澜缜f園虛擬漫游系統(tǒng)的構建，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)境下的海口香世界莊園虛擬漫游系統(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：自動旋轉與手動旋轉觀看的功能切換命令。 交互操作 控制運用鼠標、鍵盤等輸入設備，完成莊園內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構

在設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構，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；二是莊園漫游空間的設計編排，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，但相應的設備較為昂貴，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)布的應用軟件，可以把生成的柱面全景圖轉換成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置對應的熱點連接節(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 結語

實踐應用是理論研究的目的，虛擬漫游在虛擬現(xiàn)實技術中的應用是個熱點，以?？谙闶澜缜f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莊時具有真實感和沉浸感。

參考文獻：

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