張騰飛 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽電光設(shè)備研究所
全景在線漫游工作園區(qū)技術(shù)的研究
張騰飛 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽電光設(shè)備研究所
全景在線漫游工作園區(qū)是一種性價(jià)比極高的虛擬現(xiàn)實(shí)解決方案,高清晰度全景三維展示園區(qū)的優(yōu)美環(huán)境可以給員工一個(gè)身臨其境的體驗(yàn)。本論文正是從這個(gè)角度出發(fā),詳細(xì)論述了實(shí)現(xiàn)全景在線漫游的理論基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)以及設(shè)計(jì)思想。
虛擬工作園區(qū) 漫游系統(tǒng) 虛擬現(xiàn)實(shí)
全景在線漫游技術(shù)實(shí)際上是采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來瀏覽工作園區(qū)的一種新的方式,它存在于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)空間,是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與 web 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。即利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上對園區(qū)進(jìn)行逼真地模擬仿真和再現(xiàn)。
基于靜態(tài)圖像的互動虛擬全景技術(shù)是新一代以平面靜態(tài)圖像或照片為基礎(chǔ)的初級虛擬全景技術(shù)。其基本功能是將物體或空間不同方位的靜態(tài)實(shí)景照片按照相互的關(guān)系有機(jī)連接起來,在視覺上形成對物體或空間的整體認(rèn)識。由于其獨(dú)特的技術(shù)特色,使得它在立體空間的展示、立體物體的展示、虛擬場景的構(gòu)造等方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢。
由于采用實(shí)景建模的虛擬全景技術(shù),使它較之傳統(tǒng)的虛擬全景技術(shù)有著更高的真實(shí)感、更豐富的圖像和更鮮明的細(xì)節(jié)特征。
員工可以通過普通鼠標(biāo)或鍵盤控制體驗(yàn)的進(jìn)程和順序,也可以對園區(qū)內(nèi)場景進(jìn)行放大、縮小和720°旋轉(zhuǎn)等操作,如身臨其境對物體進(jìn)行全方位的交互觀察和學(xué)習(xí),以達(dá)到了解樓宇形狀、結(jié)構(gòu)和特征的目的。
工具軟件使用簡單,應(yīng)用系統(tǒng)制作的可控性較強(qiáng),有較好的應(yīng)用前景。
本文制作系統(tǒng)將從全景圖制作、虛擬漫游場景中的交互設(shè)計(jì)、項(xiàng)目發(fā)布等漫游項(xiàng)目制作各階段予以全程支持。
本文主要是對虛擬全景漫游關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究(包括全景模型研究、全景圖合成技術(shù)、虛擬全景漫游交互技術(shù)、全景圖顯示技術(shù)、虛擬場景的動畫貼圖技術(shù)、快捷簡便的全景漫游場景制作流程研究等)形成全景圖制作工具及虛擬漫游場景制作工具。
1.全景圖像的攝影設(shè)備
全景圖像的拍攝要求 360 度無死角的視角角度,所以對全景設(shè)備有著較高的要求,總體來說在圖像的采集過程中要求有三點(diǎn):首先是單幅圖像的采集盡可能的視角范圍比較大;其次在圖像采集的過程中要求圖像的曝光、色溫要有一致性,方便后期的拼接與合成;最后是圖像采集過程中要求圍繞鏡頭的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
相機(jī)的選擇照相機(jī)是全景攝影圖采集過程中必不可少的設(shè)備,采用專業(yè)的單反相機(jī)是全景攝影最佳的選擇。
2.全景用攝影鏡頭
魚眼鏡頭。全景圖像的信息采集的鏡頭選擇魚眼鏡頭無異于是最好的選擇,魚眼鏡頭有超寬廣的視角,視角接近 180 度,在對于 360 度圖像信息的采集中,只需要兩張或者三張魚眼圖像就可以拼合而成,從而大大的提高了全景圖的制作效率。
3.全景在線漫游技術(shù)研究
(1)全景模型研究。根據(jù)全景圖投影展示方式的不同,主要把全景模型分為3種模式:立方體模式、圓柱模式和球面模式。這三種模式就是分別把已經(jīng)拼接好的全景圖投影到立方體、圓柱體、球體的內(nèi)表面,在展示時(shí),根據(jù)視域的方向?qū)⑷皥D像中相應(yīng)部分進(jìn)行反投影,就能夠獲得視域處的視圖。
(2)研究全景圖合成技術(shù)。全景圖合成技術(shù)要求兩幅圖像保證一定比例的重疊區(qū)域。所以,拼接的首要問題就是找到相鄰圖像的重合部分,即圖像對齊問題,它的實(shí)質(zhì)是尋找兩幅圖像之間的內(nèi)在聯(lián)系,找出兩組對應(yīng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。適合全景圖的圖像融合技術(shù)。景物重合部分也會不完全一致,如有亮度和色彩差異,會造成拼接處有不連貫的痕跡,利用圖像融合技術(shù)能使拼接處連貫一致。
(3)虛擬全景漫游交互技術(shù)。虛擬全景漫游需要構(gòu)造某個(gè)特定場景的逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)空間,利用 flash 技術(shù)以及其他交互技術(shù)對拼接后的全景圖像進(jìn)行漫游交互處理用 Photoshop 以及其他的全景處理軟件可以制作出靜態(tài)的全景圖,但是全景圖的拼接完成只是整個(gè)全景漫游的二分之一的工作,制作出帶有交互效果的全景漫游圖,才是整個(gè)全景漫游制作的最為重要的部分。
以上漫游效果的實(shí)現(xiàn)也有很多種方法,可以利用 virtools、vrp 虛擬現(xiàn)實(shí)編輯器、Flash 等一些軟件來實(shí)現(xiàn),但是由于Flash的高擴(kuò)展性一般情況下都使用 Flash 完成互動漫游效果的制作。
(4)全景圖顯示技術(shù)。在進(jìn)行虛擬漫游時(shí),需要把全景圖根據(jù)視角等參數(shù)動態(tài)生成顯示在屏幕上的視平面圖像,這一過程性能或效果不夠好將直接影響用戶體驗(yàn)。我們采用全景圖數(shù)據(jù)預(yù)調(diào)、視點(diǎn)空間緩沖預(yù)調(diào)、視圖變形、視圖插值、加強(qiáng)場景透視感、圖像平滑過渡等一系列技術(shù)使得用戶視點(diǎn)轉(zhuǎn)移時(shí)場景能夠平滑過渡,保證用戶視覺的一致性,使用戶產(chǎn)生在實(shí)景空間中行走的感覺。
(5)虛擬場景的動畫貼圖技術(shù)。為了使虛擬漫游時(shí)場景更加逼真,可以在場景的某區(qū)域加載一段視頻,提供瀏覽者感興趣的信息??梢园讶皥D作為場景的背景,把flash動畫作為貼圖,使漫游時(shí)某區(qū)域可播放動態(tài)視頻。
(6)快速簡便的全景漫游場景制作支持。利用制作好的全景圖圖片制作虛擬漫游場景,可在各場景中添加各種標(biāo)識、控制條、聲音、視頻、LOGO等,支持交互體驗(yàn),整合地圖導(dǎo)航和索引圖導(dǎo)航。最終可輸出swf格式的全景漫游項(xiàng)目,可控制的文件尺寸滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的需求。
通過全景在線漫游技術(shù),人們可以沉浸式飛入已設(shè)計(jì)好的園區(qū),自由觀摩園區(qū)的各個(gè)角落,體驗(yàn)園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施,感受整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的布局。全景在線漫游技術(shù),不僅僅有助于解決園區(qū)招商,更重要的是使園區(qū)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、消費(fèi)等,從感官式向體驗(yàn)式轉(zhuǎn)變。
[1]胡小強(qiáng).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京郵電大學(xué)出版社,2009 .
[2]周蘇.多媒體技術(shù)[M].中國鐵道出版社,2010 .