虚拟图书馆交互漫游的设计与实现

阳石刚

摘要：虚拟现实技术能够设计和实现虚拟图书馆的交互漫游，使用户直观地看到图书馆的三维全景图，同时借助AR眼镜还能沉浸于场景之中，产生真切、交互性的体验。本文就我国某一高校的图书馆作为原型，采用720云、PTGuiPro等相关软件，就虚拟图书馆交互漫游的设计与实现展开研究和分析，旨在为用户提供一个交互效果、真实感强的全景漫游场景，仅供参考。

关键词：虚拟现实;全景漫游;设计;实现

图书馆是为社会各界人士及学生学习提供优秀资源和有价值资料的权威场所，实现图书馆的全景漫游展示，可以使观众产生身临其境的感受，增强用户的真实体验。实现图书馆全景漫游展示的方式共有两种，分别是三维建模和全景图像。经过实践可知，三维建模技术具有完善的理论和较久的发展时间，且应用十分广泛，但在沉浸感和真实感上有所欠缺。而全景图像是在具有三维建模全部优势的基础上，还具有成本低、数据量小和制作简单的优点。

一、实际需求

随着我国教育事业的不断发展，几乎每个教育阶段均设有不同规模的图书馆，供学生学习与查阅，其中以大学阶段的图书馆最为完备。现代高校图书馆的建筑风格迥异，且越来越追求功能的多样化、高效性发展，其内部设有借书室、藏书室以及阅览室等多个区域，分布位于不同的楼层。系统可以向人们直观的展示虚拟图书馆的功能区与建筑结构，并在交互作用下通过第一人称的方式走动于图书馆内，便于用户看到功能区域的设定位置，进而提前预知真实图书馆的具体情况。图书馆内还设有门窗、储物柜、书柜、电脑这类基础设施，使用者只需按键盘键便可控制视角和位置，实现各种模型的自主观察。因此，在进行虚拟图书馆的建立时，要对现场信息做到充分采集，在此基础上构建三维模型，同时制作相关材质，做到内部场景的全面观摩。此外，要认识到虚拟图书馆内部环境真实性、交互性的特点，进而采取第一人称的视角，实现空间内的自由移动，增强使用者的体验效果，最终达到虚拟图书馆交互漫游的目标。

二、软件平台

软件平台为虚拟图书馆交互漫游的设计与实现提供了关键性的技术支持，只有开发出完善的虚拟现实软件，驱动三维图形场景的展现，为虚拟现实技术的开发与应用提供接口，连接应用数据库和虛拟外部设备。本次研究所采用的开发软件为AdobePhotoshopCC2014;PTGuiPro10.0.7;720yun1.3.22;

三、虚拟图书馆交互漫游的设计与实现

1.全景图像的拍摄

在进行全景图像的拍摄时，需要进行镜头的合理选择，现主要有三种镜头，分别是全景相机、广角镜头和鱼眼镜头。其中全景相机能够实现360°全方位拍摄照片，主要适用于开阔环境下的拍摄，但其缺点就是像素偏低;而广角镜头较全景相机来说，视野的标准镜头更加广阔，可以容纳多种景物，同时景深也较为理想，多用于建筑、风景类题材的照片，视觉效应较为独特;鱼眼镜头视野范围在180*～230*之间，较广角镜头来说具有更为广阔的视野，但是，其周边具有较为严重的变形情况，多应用在对全景照片进行拍摄的过程中。在对三种不同镜头所具备的特点、功能进行详细比较后，选用了佳能品牌型号为EOS70D的机身，其鱼眼镜头的可变焦距为广角EFf/4LUSM，焦距为7-14mm。

拍摄过程中注意的事项包括：①由于后期运用的拼图软件PTGuiPro所使用的匹配算法是以特征点为基础的，因此，在对图像素材进行实际拍摄的时候，就需要注意临近照片之间会出现重合的地方，其通常能够对软件实现自动的识别与控制提供方便，并为人工自助增加相应的控制点提供便捷。在拍摄照片时，需要以60°为一个节点，从水平位置开始每旋转60便拍一张照片，每天拍6张，另外包含天、地、补地各一张，也就是说，拍摄完成的照片共9张。除此之外，在对地面进行拍摄的时候，需要对准焦点。②在拍摄时要维持三脚架的稳定性，避免出现位置移动，同时，需要确保云台的水平，在按快门的时候，通常运用快门线进行拍摄，禁止用手，在对各个角度进行拍摄的时候，需要确保焦距的不变。只有这样。才能拍摄出清晰度高、质量好的照片素材。③任何固定视点拍摄的9张照片，都要将肉眼可以看到的物体全部拍摄进去，对于狭窄区域，需观察物体边角是否处于拍摄范围内，为后期处理提供便利，另外补地照片要尽量避免坡度。④由于本次研究的拍摄场地选在了室内，光线条件复杂，因此拍摄出来的照片会出现曝光度差异，需要适当调整光圈、测光模式、快门速度和感光度，若效果依然不满意则需要进行后期处理。

2.全景照片的处理和筛选

上文已经说过，室内光线的复杂性会给拍摄造成一定的障碍，因此可在不同视点拍摄几组不同亮度的照片供以后选择，尽量选择一些细节多、亮度适中、合理曝光、画面噪点比较低的照片，并确保固定视点的照片具有相同的亮度。另外在完成全景图像照片的拼接和筛选后，还要处理一些具有提升空间的照片。

3.全景图像的拼接

要想保证全景图像的质量，就必须合理选择拼图软件。其中PTGui作为全景制作工具中的用户界面，能够便捷迅速地制作出高质量的全景图片，并在图片导入后进行镜头参数的配准，使之拼接、融合成全景图像，同时采用匹配算法，为鱼眼镜头、广角镜头和长焦镜头拍摄出来的照片提供支持，进而创建出球面、圆柱或是普通模式下的全景片。通过PTGuiPro对全景照片实施加载处理之后，镜头的参数通常会自动选择为默认，通过对准镜头进行点击，实施相应的识别以及对准，并通过在控制点的版面对相应的控制点进行添加，在两张照片间通常需要增加5个以上的控制点，以此确保图片能够实现有效的拼接。对于源图像而言，在其当中所添加的相关补地照片，通常使用红色的蒙版将照片中多余处擦掉，只需要将原先三脚架所占据的部分进行保留;选择对全景进行优化的功能，实现全景图的优化和创建，最终以jpg的格式导出，对各图片实施命名，并将其保存于相同的文件夹中。

4.交互功能的实现

对于720云而言，其作为我国应用最为广泛的全景众创平台，其规模十分庞大，内含有局部及全部的修改工具，具体包括初始视角、背景音乐、热点链接、全局开关等。其具有丰富的功能，不仅高效、便捷，对硬件的要求也较低。用户可将制作完成的作品进行导出，并运用到不同系统、设备中，体现了作品应用的多样性与拓展性。在进入相应的平台后，需对不同板块进行设置。如在设置视角时，需明确初始视角及视角范围，一般情况下，初始视角会选择在屋子中心，视角为广范围;并在设置好热点功能后，进行全景效果的预览，并测试交互的效果。

结语

综上所述，本研究通过研究某一高校虚拟图书馆交互漫游的设计与实现，使用户产生真切的场景体验，进而营造出了一种身临其境的奇妙感觉。这为全校师生学习、查阅资料提供了极大地便利，还起到了一定的宣传作用，同时其对虚拟现实技术在图书馆全景漫游中应用起到了巨大的推动作用，有利于虚拟现实技术的更好发展。

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