360度全景技术在地质遗迹管理保护与展示中的应用研究

李锁 赵吉红 宋娜

摘要：地质遗迹的管理与保护是国土资源监管工作的重要组成部分，其数字信息化管理，又是提升监管水平的重要技术手段。本文就是针对天津市地质遗迹管理与保护工作的实际需要以及满足在蓟县地质博物馆中利用数字信息技术方式展示、宣传地质公园遗迹景观的需求，成功地解决了基于360度全景技术的地质遗迹三维可视化实现的技术路径与方法，为地质遗迹数字管理、研究与展示提供了一个现代信息技术手段。

关键词：360度全景；地质遗迹；多媒体技术；保护与展示

1.引言

蓟县国家地质公园有着世界闻名的中上元古界地质剖面等众多地质遗迹景观，这些地质遗迹不但对于研究地球演变史具有极高的科学价值，而且，大自然的鬼斧神工，使这些地质遗迹形成了奇异的地形外貌，具有了较大的观赏价值。因此，合理地保护、开发与利用这些独一无二的地质遗迹资源，是天津市地质遗迹数字化管理与地质遗迹宣传展示的重要工作。

本文介绍了360度全景技术及其在地质遗迹管理保护与展示中的主要研究内容与技术路径，最后以“蓟县国家地质公园360度全景虚拟漫游系统”为例介绍360度全景技术在地质遗迹管理保护与展示中的应用效果。

2.全景技术简介

2.1 360度全景照片

从广义上讲，全景就是视角超过人的正常视角的图像，本课题所使用360度全景特指水平视角360度，垂直视角180度的图像。全景照片实际上是一种对周围景象以某种几何关系进行映射生成的平面图片，只有通过全景播放器的矫正处理才能成为三维全景。

360度全景照片顾名思义就是给人以三维立体感觉的实景360度全方位图像，此种图像最大的三个特点是：

全：全方位，全面的展示了360度球型范围内的所有景致；

景：实景，真实的场景，三维实景大多是在照片基础之上拼合得到的图像，最大限度的保留了场景的真实性；

360：360度环视的效果，虽然照片都是平面的，但是通过软件处理之后得到的360实景，却能给人以三维立体的空间感觉，使观者犹如身在其中。

2.2 360度全景虚拟漫游

虚拟现实（Virtual Reality，VR），就是通过技术或设备模拟出一个可交互的、虚幻的三维空间场景。全景技术是实现虚拟现实的一种技术之一。360度全景虚拟漫游技术是一种基于静态图像在微机平台上能够实现虚拟现实技术，是用360全景来实现的虚拟现实漫游。具体的实现方式就是以360全景为主体，加入图片、 视频、音频、文字等多种媒体，对各种场景包括楼盘、城市、景点、地质遗迹等进行整体全面的展示，使观者不仅可以获得整体的认识，亦可深入其中一个场景、一个细节进行浏览、观看，而且通过交互操作，可以实现自由浏览，从而体验三维的VR视觉世界。

2.3 360度全景技术在地质遗迹保护及展示中的应用

360度全景技术应用于地质遗迹的管理和保护：360度全景技术应用于地质遗迹的管理和保护，将为解决政府职能部门在地质遗迹的保护利用工作中，尤其是在地质遗迹三维资料的保存和快速调用上，提供了一个先进的数字信息化技术手段。

360度全景技术应用于地质遗迹景观的宣传和地学知识的普及：由于360度全景虚拟漫游独特的真实感、沉浸感、交互感特性，近来在展示展览上得到了广泛的应用。利用此技术，结合声音、图像、文字等素材，游客可以更好地漫游地质公园，更好的浏览、了解各种地质景观及其的成因，极大增强展览的娱乐性和互动性，同时达到了普及地学知识的目的。

3.主要研究内容与关键技术

3.1 研究内容

虚拟现实VR技术、GIS技术、多媒体技术在地质遗迹管理保护与宣传展示中的应用研究，有许多课题亟待研究与解决。本课题就利用基于360度全景技术的虚拟现实技术，来实现地质遗迹的三维可视化漫游以及综合运用GIS技术的地理位置特性、多媒体技术的声、频、动画优势，建立集沉浸感、交互感、声频动综合利用的地质遗迹漫游系统，从理论、方法和对关键技术上进行了深入的研究与开发。研究提出了基于图像的地质遗迹三维可视化实现的实施的技术路径和方法。在深入研究虚拟现实技术理论和方法的基础上，综合运用基于360度全景图像这一虚拟现实技术、GIS技术和多媒体技术，以蓟县国家地质公园中的地质遗迹为研究对象，进行了深入的研究、总结。提出了VR技术在地质遗迹数字管理与展示工作的实际需要中所急需解决的三维可视化虚拟交互漫游、地质遗迹的快速查询和调用、地质遗迹的三维展示等技术路径与方法。

3.2 关键技术

（1）研究应用关键技术之一，就是研究全景摄影技术在地质遗迹数据采集应用。在全景摄影过程中，就运用何种全景、如何利用全视角鱼眼镜头拍摄出高质量、高分辨率的地质遗迹全景图像，更好地反映出地质遗迹的真实面貌和环境，进行了研究和实验工作。通过对全景摄影技术的研究和大量的野外拍摄实验，总结出球面全景，即360度全景最适合地质遗迹的展示和管理。同时总结出全景摄影野外采集过程的基本原则，确保采集的图像适用、有效。

拍摄全景照片的设备主要包括以下几种：专业单反相机、全视角鱼眼镜头、全景云台。在拍摄过程中，一般根据需要拍摄2 至4 张照片；而柱形全景照片在拍摄时相邻的照片之间至少要保证有10%至20%的重叠，以保证完美的合成；在拍摄各种全景照片的过程中，均需要使镜头保持水平，并且尽量避免近景以及活动景物，避免在光照条件剧烈变化的时候（行云遮日时）拍摄，以免各副画面之间曝光相差太大。

中上元古界界碑鱼眼镜头（四张）

（2）研究应用关键技术之二，就是如何采用三维图像处理软件进行地质遗迹点的全景图像的拼接、地质遗迹场景三维信息恢复，交互控制环视方向操作等问题进行了研究。提出了采用PTGUI、Pano2VR 等软件对地质公园全景数据库建设的技术方法。

当用全景摄影设备取得了相应的照片后，就可以进行全景图像的合成了。目前有很多全景图像合成的软件，本课题采用全景照片拼接软件PTGUI将用鱼眼镜头拍摄的地质遗迹景观的照片拼合成地地质遗迹景观全景图像。

全景图像的拼接

使用球面全景制作软件Pano2QTVR将拼接的全景图像转换成六面体图像，还利用该软件将最终的全景图像转换成Flash格式的全景展示文件。

导出成flash格式文件的三维全景视频

（3）研究应用关键技术之三，就是综合运用Flash技术、GIS技术、多媒体技术，较好地解决了地质遗迹的三维可视化浏览、地质遗迹的二维空间位置表现、地质遗迹说明文字的显示、地质遗迹解说的配音等多媒体信息的集成，以及声音与文字、动画同步、各地质遗迹、各景区场景转换等关键技术。使用Photoshop软件制作各功能模块图形界面，制作各种按钮、各景点分布图等。利用Adobe Audition音频处理软件对所有声音文件进行分割、编辑等处理，生成满足各种需求的声音文件。采用Flash软件将声音、图片、地质遗迹全景集成在一起制作各模块动画效果，同时通过AS代码对各景区全景文件进行开发及集成，实现各模块所需功能，最终生成地质遗迹漫游系统。

4.应用实例

应用研究成果以蓟县国家地质公园为例，运用360全景摄影设备，按照采集原则，对蓟县国家地质公园八大景区的地质遗迹景观进行全景摄影拍照，最终形成蓟县国家地质公园鱼眼照片库。共拍摄获取了蓟县国家地质公园八大景区、103个景点、203个场景、812个地质遗迹点高分辨率球面鱼眼照片。并采用PTGUI、Pano2VR 等软件建立了蓟县国家地质公园地质遗迹点三维全景数据库。综合运用Flash技术、GIS技术、多媒体技术，通过AS语言进行系统代码编程，最终形成“蓟县国家地质公园360度全景虚拟漫游系统”。系统在UI设计、功能模块设计以及操作简单易用方面，达到了较高的水平。下图为全景漫游系统中地质遗迹全景漫游主界面，其中：

全景漫游界面截图

为地质遗迹全景显示区域，可以720度空间浏览地质遗迹所在三维地理环境。可通过鼠标进行

为全景操作区域，可通过点击各功能按钮进行放大、缩小、近看、远看、左视、右视等三维虚拟交互漫游。

为全景介绍区域，地质遗迹点介绍文字结合背景音乐、解说配音动态显示，发挥多媒体技术的声、频、动画优势，介绍地质知识、地质遗迹成因等相关地学科普知识。

为地质遗迹分布图，利用GIS技术、计算机制图技术将地质公园各景区DEM、地形图等制作成各景区分布图，点击相应地质遗迹景点将进入该景点进行浏览。

为地质遗迹动态标注，通过该标注浏览者可更加直观、清晰得分辨出地质遗迹所处位置。

5．结论

本课题首次尝试将360度虚拟全景技术应用于大规模、大范围的地质遗迹的保护与展示之中。利用虚拟现实技术所特有的交互感、沉浸感等特征，为游客更好地了解地质遗迹的成因，进行地质科普教育，提供一个独特地展示媒介。同时也为地质遗迹管理部门提供地质遗迹景观的三维资料保存与快速调用。

参考文献

[1] 韩晓玲. 虚拟现实技术发展趋向浅析[J].电脑知识与技术,2007(2).

[2] 李云伟. 全景图技术的研究[D]. 武汉：华中科技大学, 2007.

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