陽(yáng)石剛

摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)虛擬圖書(shū)館的交互漫游，使用戶(hù)直觀地看到圖書(shū)館的三維全景圖，同時(shí)借助AR眼鏡還能沉浸于場(chǎng)景之中，產(chǎn)生真切、交互性的體驗(yàn)。本文就我國(guó)某一高校的圖書(shū)館作為原型，采用720云、PTGuiPro等相關(guān)軟件，就虛擬圖書(shū)館交互漫游的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)展開(kāi)研究和分析，旨在為用戶(hù)提供一個(gè)交互效果、真實(shí)感強(qiáng)的全景漫游場(chǎng)景，僅供參考。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);全景漫游;設(shè)計(jì);實(shí)現(xiàn)

圖書(shū)館是為社會(huì)各界人士及學(xué)生學(xué)習(xí)提供優(yōu)秀資源和有價(jià)值資料的權(quán)威場(chǎng)所，實(shí)現(xiàn)圖書(shū)館的全景漫游展示，可以使觀眾產(chǎn)生身臨其境的感受，增強(qiáng)用戶(hù)的真實(shí)體驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)圖書(shū)館全景漫游展示的方式共有兩種，分別是三維建模和全景圖像。經(jīng)過(guò)實(shí)踐可知，三維建模技術(shù)具有完善的理論和較久的發(fā)展時(shí)間，且應(yīng)用十分廣泛，但在沉浸感和真實(shí)感上有所欠缺。而全景圖像是在具有三維建模全部?jī)?yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，還具有成本低、數(shù)據(jù)量小和制作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

一、實(shí)際需求

隨著我國(guó)教育事業(yè)的不斷發(fā)展，幾乎每個(gè)教育階段均設(shè)有不同規(guī)模的圖書(shū)館，供學(xué)生學(xué)習(xí)與查閱，其中以大學(xué)階段的圖書(shū)館最為完備。現(xiàn)代高校圖書(shū)館的建筑風(fēng)格迥異，且越來(lái)越追求功能的多樣化、高效性發(fā)展，其內(nèi)部設(shè)有借書(shū)室、藏書(shū)室以及閱覽室等多個(gè)區(qū)域，分布位于不同的樓層。系統(tǒng)可以向人們直觀的展示虛擬圖書(shū)館的功能區(qū)與建筑結(jié)構(gòu)，并在交互作用下通過(guò)第一人稱(chēng)的方式走動(dòng)于圖書(shū)館內(nèi)，便于用戶(hù)看到功能區(qū)域的設(shè)定位置，進(jìn)而提前預(yù)知真實(shí)圖書(shū)館的具體情況。圖書(shū)館內(nèi)還設(shè)有門(mén)窗、儲(chǔ)物柜、書(shū)柜、電腦這類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施，使用者只需按鍵盤(pán)鍵便可控制視角和位置，實(shí)現(xiàn)各種模型的自主觀察。因此，在進(jìn)行虛擬圖書(shū)館的建立時(shí)，要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息做到充分采集，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建三維模型，同時(shí)制作相關(guān)材質(zhì)，做到內(nèi)部場(chǎng)景的全面觀摩。此外，要認(rèn)識(shí)到虛擬圖書(shū)館內(nèi)部環(huán)境真實(shí)性、交互性的特點(diǎn)，進(jìn)而采取第一人稱(chēng)的視角，實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)的自由移動(dòng)，增強(qiáng)使用者的體驗(yàn)效果，最終達(dá)到虛擬圖書(shū)館交互漫游的目標(biāo)。

二、軟件平臺(tái)

軟件平臺(tái)為虛擬圖書(shū)館交互漫游的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供了關(guān)鍵性的技術(shù)支持，只有開(kāi)發(fā)出完善的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，驅(qū)動(dòng)三維圖形場(chǎng)景的展現(xiàn)，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用提供接口，連接應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)和虛擬外部設(shè)備。本次研究所采用的開(kāi)發(fā)軟件為AdobePhotoshopCC2014;PTGuiPro10.0.7;720yun1.3.22;

三、虛擬圖書(shū)館交互漫游的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.全景圖像的拍攝

在進(jìn)行全景圖像的拍攝時(shí)，需要進(jìn)行鏡頭的合理選擇，現(xiàn)主要有三種鏡頭，分別是全景相機(jī)、廣角鏡頭和魚(yú)眼鏡頭。其中全景相機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)360°全方位拍攝照片，主要適用于開(kāi)闊環(huán)境下的拍攝，但其缺點(diǎn)就是像素偏低;而廣角鏡頭較全景相機(jī)來(lái)說(shuō)，視野的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭更加廣闊，可以容納多種景物，同時(shí)景深也較為理想，多用于建筑、風(fēng)景類(lèi)題材的照片，視覺(jué)效應(yīng)較為獨(dú)特;魚(yú)眼鏡頭視野范圍在180*～230*之間，較廣角鏡頭來(lái)說(shuō)具有更為廣闊的視野，但是，其周邊具有較為嚴(yán)重的變形情況，多應(yīng)用在對(duì)全景照片進(jìn)行拍攝的過(guò)程中。在對(duì)三種不同鏡頭所具備的特點(diǎn)、功能進(jìn)行詳細(xì)比較后，選用了佳能品牌型號(hào)為EOS70D的機(jī)身，其魚(yú)眼鏡頭的可變焦距為廣角EFf/4LUSM，焦距為7-14mm。

拍攝過(guò)程中注意的事項(xiàng)包括：①由于后期運(yùn)用的拼圖軟件PTGuiPro所使用的匹配算法是以特征點(diǎn)為基礎(chǔ)的，因此，在對(duì)圖像素材進(jìn)行實(shí)際拍攝的時(shí)候，就需要注意臨近照片之間會(huì)出現(xiàn)重合的地方，其通常能夠?qū)浖?shí)現(xiàn)自動(dòng)的識(shí)別與控制提供方便，并為人工自助增加相應(yīng)的控制點(diǎn)提供便捷。在拍攝照片時(shí)，需要以60°為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，從水平位置開(kāi)始每旋轉(zhuǎn)60便拍一張照片，每天拍6張，另外包含天、地、補(bǔ)地各一張，也就是說(shuō)，拍攝完成的照片共9張。除此之外，在對(duì)地面進(jìn)行拍攝的時(shí)候，需要對(duì)準(zhǔn)焦點(diǎn)。②在拍攝時(shí)要維持三腳架的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)位置移動(dòng)，同時(shí)，需要確保云臺(tái)的水平，在按快門(mén)的時(shí)候，通常運(yùn)用快門(mén)線進(jìn)行拍攝，禁止用手，在對(duì)各個(gè)角度進(jìn)行拍攝的時(shí)候，需要確保焦距的不變。只有這樣。才能拍攝出清晰度高、質(zhì)量好的照片素材。③任何固定視點(diǎn)拍攝的9張照片，都要將肉眼可以看到的物體全部拍攝進(jìn)去，對(duì)于狹窄區(qū)域，需觀察物體邊角是否處于拍攝范圍內(nèi)，為后期處理提供便利，另外補(bǔ)地照片要盡量避免坡度。④由于本次研究的拍攝場(chǎng)地選在了室內(nèi)，光線條件復(fù)雜，因此拍攝出來(lái)的照片會(huì)出現(xiàn)曝光度差異，需要適當(dāng)調(diào)整光圈、測(cè)光模式、快門(mén)速度和感光度，若效果依然不滿(mǎn)意則需要進(jìn)行后期處理。

2.全景照片的處理和篩選

上文已經(jīng)說(shuō)過(guò)，室內(nèi)光線的復(fù)雜性會(huì)給拍攝造成一定的障礙，因此可在不同視點(diǎn)拍攝幾組不同亮度的照片供以后選擇，盡量選擇一些細(xì)節(jié)多、亮度適中、合理曝光、畫(huà)面噪點(diǎn)比較低的照片，并確保固定視點(diǎn)的照片具有相同的亮度。另外在完成全景圖像照片的拼接和篩選后，還要處理一些具有提升空間的照片。

3.全景圖像的拼接

要想保證全景圖像的質(zhì)量，就必須合理選擇拼圖軟件。其中PTGui作為全景制作工具中的用戶(hù)界面，能夠便捷迅速地制作出高質(zhì)量的全景圖片，并在圖片導(dǎo)入后進(jìn)行鏡頭參數(shù)的配準(zhǔn)，使之拼接、融合成全景圖像，同時(shí)采用匹配算法，為魚(yú)眼鏡頭、廣角鏡頭和長(zhǎng)焦鏡頭拍攝出來(lái)的照片提供支持，進(jìn)而創(chuàng)建出球面、圓柱或是普通模式下的全景片。通過(guò)PTGuiPro對(duì)全景照片實(shí)施加載處理之后，鏡頭的參數(shù)通常會(huì)自動(dòng)選擇為默認(rèn)，通過(guò)對(duì)準(zhǔn)鏡頭進(jìn)行點(diǎn)擊，實(shí)施相應(yīng)的識(shí)別以及對(duì)準(zhǔn)，并通過(guò)在控制點(diǎn)的版面對(duì)相應(yīng)的控制點(diǎn)進(jìn)行添加，在兩張照片間通常需要增加5個(gè)以上的控制點(diǎn)，以此確保圖片能夠?qū)崿F(xiàn)有效的拼接。對(duì)于源圖像而言，在其當(dāng)中所添加的相關(guān)補(bǔ)地照片，通常使用紅色的蒙版將照片中多余處擦掉，只需要將原先三腳架所占據(jù)的部分進(jìn)行保留;選擇對(duì)全景進(jìn)行優(yōu)化的功能，實(shí)現(xiàn)全景圖的優(yōu)化和創(chuàng)建，最終以jpg的格式導(dǎo)出，對(duì)各圖片實(shí)施命名，并將其保存于相同的文件夾中。

4.交互功能的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于720云而言，其作為我國(guó)應(yīng)用最為廣泛的全景眾創(chuàng)平臺(tái)，其規(guī)模十分龐大，內(nèi)含有局部及全部的修改工具，具體包括初始視角、背景音樂(lè)、熱點(diǎn)鏈接、全局開(kāi)關(guān)等。其具有豐富的功能，不僅高效、便捷，對(duì)硬件的要求也較低。用戶(hù)可將制作完成的作品進(jìn)行導(dǎo)出，并運(yùn)用到不同系統(tǒng)、設(shè)備中，體現(xiàn)了作品應(yīng)用的多樣性與拓展性。在進(jìn)入相應(yīng)的平臺(tái)后，需對(duì)不同板塊進(jìn)行設(shè)置。如在設(shè)置視角時(shí)，需明確初始視角及視角范圍，一般情況下，初始視角會(huì)選擇在屋子中心，視角為廣范圍;并在設(shè)置好熱點(diǎn)功能后，進(jìn)行全景效果的預(yù)覽，并測(cè)試交互的效果。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本研究通過(guò)研究某一高校虛擬圖書(shū)館交互漫游的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，使用戶(hù)產(chǎn)生真切的場(chǎng)景體驗(yàn)，進(jìn)而營(yíng)造出了一種身臨其境的奇妙感覺(jué)。這為全校師生學(xué)習(xí)、查閱資料提供了極大地便利，還起到了一定的宣傳作用，同時(shí)其對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在圖書(shū)館全景漫游中應(yīng)用起到了巨大的推動(dòng)作用，有利于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的更好發(fā)展。

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