三维全景在虚拟校园漫游系统中的生成和运用

王雪松

摘要：在虚拟校园漫游系统中，三维全景的生成无疑是其中的关键和基础，其不但能够给观众以鲜明的第一印象，更对整个系统后续的体验和互动有着决定性影响。鉴于此，本文从三维全景技术的发展谈起，就其在虚拟校园漫游系统中的生成和运用进行了具体的分析。

关键词：三维全景；虚拟校园漫游；生成和运用；研究分析

l 三维全景的含义和用途

三维全景全称为三维全景漫游技术，其核心正是三维全景图像。通过利用拍摄设备所获得的多张360度和180度的照片，拼接为一张图像，从而构成一个全景空间。与传统的二维场景相比，其具有多个优点：一是真实感强。二是互动性强。观众可以凭借自己的喜好进行随意操作。三是文件体积小，方便传输，对丁硬件的要求也不是太高。对丁学校来说，近年来，虚拟校园漫游系统的开发和运用就被提上了日程。而整个系统的构建的关键和基础，则是三维全景的牛成，其能够将众多360度拍摄的照片组合成为一个全景图像，然后再通过一些软件和插件，在计算机、于机等媒体上予以真实的还原。而且观看者还可以根据自己的喜好，进行上下左右、前后远近的调整，获得一种身临其境之感。所以从这个角度来说，没有三维全景，也就没有虚拟校同漫游系统的牛成，发挥着关键的基础性作用。

2 虚拟校园漫游系统中三维全景的生成和运用

2.1 图像采集

图像是三维全景牛成的原始素材，一般来说，图像的获得包含两种形式。第一种是运用全景相机拍摄。全景相机可以直接获得全景图像，免去了后续制作的麻烦，但是其弊端也是显而易见的，即全景相机本身是十分昂贵的，拍摄成本较高，所以一般很少使用。第二种是采用普通相机拍摄。可以将普通的照相机或摄像机架设在一个可以水平选装的支架上，然后进行转动拍摄。所拍摄出来的照片是有一定重合部分的，所以需要在电脑上利用软件进行拼接处理。因为普通照相机和摄像机的价格相对低廉，所以这也是当下主流的图像采集方式。例如，可以运用多个鱼眼镜头，分别拍摄建筑物、雕塑等立方体上下左右前后的六个面，然后再将安装了鱼眼镜头的相机同定在支架上，进行背景的拍摄，每旋转90度拍一张。之所以采用这方式，是因为180度的鱼眼镜头拍摄出的照片没有重叠区域，很容易让后期的拼接处理出现偏差，而每隔90度拍摄一张，就可以将其和鱼眼拍摄照片进行比对，更加方便与后期的制作。在获得了带有重叠区域的图像素材之后，因为每一幅图片坐标不同，所以为了获得统一化的效果，必须将其统一到同一个坐标体系中。对此通常采用球面投影和柱面投影的方式。球面投影是将多幅图像拼接投射到一个球面上，获得图像像素点在空间中的方位信息。其对于图像素材本身并没有什么特殊的要求，所以是一种广为采用的方式。柱式投影可以视为是球面投影的变形，其将准备拼接的图像投射在一个网柱体上，与球面投影相比，其在获得空间方位信息的同时，还能够快速地去除重复的信息。经过上述处理后，整个三维全景图的骨架也就搭设完毕了。

2.2 图像拼接

因为全景照相机的价格较为昂贵，所以在图像采集过程中，还是多采用普通相机拍摄加后期拼接处理的方式为主。其根本原理是将众多图像汇集在一起，然后删除掉其重叠部分，使之成为了一个新的整体。其中的关键就在丁重叠位置和区域的查找。如果查找的不准确，就会出现重复表现和遗漏表现的结果，也就难以称为是全景图了。且因为在具体的拍摄过程中，受到硬件本身和具体环境的影响，使得最终的图片效果还以做到百分百精确，经常出现一些平移、扭曲、变形、色彩等情况，这也再一次凸显出了图像拼接的重要性。一般来说，图像拼接包含两种方式，即区域拼接和特征拼接。区域拼接是对面面灰度信息的运用，以此来作为特征和区分，但是涉及层面众多。特征拼接则是针对图像的点、线、面、轮廓等特征进行匹配，因为是一种点对点的处理，所以运算量较小，也是当下一种主流的处理方式。在具体拼接方法上，第一种是帧到帧的合成。又被称为是静态图像拼接技术。其能够以批量的形式将所有的图像变换为同一个坐标体系，然后利用不同的时空滤波器进行拼接。既可以是自动获得，也可由设计者于动选择。第二种是帧到图像合成。鉴丁帧到帧的组合很容易小现累积误差，所以一些设计者对帧到图像的方式进行了尝试，也就是动态拼接技术，其将图像帧和拼接图像放置到同一个坐标体系内进行处理，既减少了累积误差的出现，而且在一些运动场景的表现时，往往有着更加出色的效果。第三种是拼接图像到帧的合成。其可以视为是帧到图像合成的反运用。是以帧图像的坐标体系为标准，让拼接图像与之相配准，所以也更加适用丁一些视频传输和动态图像拼接。第四种是拼接图像到拼接图像的合成。还是为了避免帧图像所出现的误差，所以设计者们探索出了拼接图像到拼接图像的合成，其将图像按照一定的特点和规则进行分段，先形成子图像，然后再将子图像进行组合，可谓是一种误差小且方便快捷的方式。当所有的全景地图制作完毕之后，则要进一步将其转换为Flash格式，对此Pan02vr是一个十分得力的T具，可以将全部素材都输入到该软件中，然后选择球面或柱式投影，最终牛成高质量的Flash。

2.3漫游发布

制作三维全景的最终日的是整个漫游系统的牛成，所以要将主要景点、建筑物、硬件设施等组合成单个节点的三维全景图，以实现单个场景的交互式漫游。其优势在丁能够全面、快速而流畅的实现自动和于动漫游控制。而制作方也可以将整个系统整合在一个网页下，放置在校同网站中，再辅以百度地图等工具，实现从宏观到局部的全面展示。最后，为了获得更好的使用感受，也需要定期对整个系统的界面进行优化，以达到互动性强、特色鲜明的日的。具体来说，系统的整体风格是要与学校整体形象相一致，比如校同建筑物的色彩、学校一些宣传材料中常用到的图案和背景等，使浏览者不看名字，就能够凭借印象和感觉知道这是哪一所学校，使学校的特色得到最大化的彰显。除此之外，也应该在整个系统中适当加入一些音乐和音效。一些优美的轻音乐能够增强浏览者的身临其境之感，从单纯的视觉感受变为了视听合一。而一些音效的加入，如转入下一节点时发出的美妙声响等，则能够让人感受到一种人性化关怀。

近年来，建立在三维全景基础上虚拟校同漫游系统的开发和运用，对学校的形象宣传和推广、校同环境的规范管理以及师牛的工作、学习和牛活等方面，都能产牛积极的影响。在当今全球数字化的大环境下，学校尤其是高等院校应对虚拟校同漫游系统有充分的认识和足够的重视，并结合自身的实际情况进行合理的开发和运用，进一步实现校同数字化。