航空摄影与数字媒体技术支持下虚拟导游平台的研究

于淼 赵冰超 张冠男 马明舟

通过无人机空拍与地面摄影结合制作虚拟导游平台，发挥出无人机技术机动灵活、高效快速的特点，弥补了传统拍摄手法的不足。同时，利用无人机影像进行三维实景建模也给后期虚拟导游宣传产品提供更多的科技感素材。通过优秀的后期剪辑对导游作品的制作升华原始素材，使作品呈现的效果能够突出主题，更具感染力和视觉效果。

一、 航空摄影及相关技术应用

（一）航空摄影

主要采用两种拍摄方式。扫描式拍摄：即从想要被摄主体的一端匀速飞向另一端，镜头无变化，在后期升格、时间重映射较为方便;90°俯拍：用在比较规整的地面俯拍镜头上，能够呈现上帝，凸显地形地貌及景观布局，带有叙事性效果。无人机在景观上方，或在建筑旁由上至下、由远及近的方式缓慢飞行拍摄，可为后期制作淡入淡出等效果提供素材。

（二） 地面手持式拍摄

初期使用单反相机和固定位置拍摄选定场地。拍摄前，首先勾绘出镜头的“立意”，考虑视频画面中主要表现什么，被摄主体安排在什么地方。然后，通过光线、色彩、线条、形态等造型手段，来达到突出主体的目的。被摄对象以相同或近似的形式有条理的交替出现在镜头中，形成节奏和旋律，增强画面美感和流畅性。利用植被、河流等景物增强线条性，在拍摄时注意水平、斜线和曲线线条的搭配。

（三） 实景三维建模

近年来，倾斜摄影测量技术快速发展，广泛应用于三维实景建模领域。三维建模算法不断优化，模型精度达到了厘米级，满足虚拟仿真的现实要求。Acute 3D公司研发的ContextCapture软件（简称CC）可以在原始照片数据符合要求的情况下，无须人工干预或者少量人工干预即可进行快速、高效的实景三维建模。

本文中采用大疆公司的精灵4系列无人机，采用五航线法（即一条正射航线和五条45°倾斜摄影航线）进行外业数据采集，飞行高度90m，航向和旁向重叠度分别为80%和70%，地面分辨率可达2cm，共采集相片3587张。在CC软件中实景建模分为四个阶段。第一阶段，创建工程项目，导入外业采集的影像数据，检查相片质量，剔除无用影像;第二阶段，进行空中三角测量计算，构建相片同名点;第三个阶段，设置三维重建参数，包括成果数据格式、空间参考系、模型生成范围、精度及处理方式等;第四个阶段，是自动化模型重建。由于数据运算量大，故采用集群运算方式，即将模型分割成若干个瓦片，并有主控计算机将模型计算任务分配给集群中的其他计算机（从机）来完成，可有效加快数据处理速度。由于航摄过程中影像的纹理明暗存在差异以及算法本身的问题，生成的三维模型会出现水体、玻璃材质的空洞现象，需要借助DPModel等修模软件对问题区域进行编辑，压平扭曲变形区域或填补空洞。

二、后期特效技术制作

（一）3D摄像机追踪器

1. 3D摄像机跟踪原理

After Effects（简称AE）中的3D摄像机通过跟踪反求得到影片中的平面特征点。然后指定一个平面，从而建立起三维坐标。从而可以把三维模型加载进来，与视频较好地融合在一起。

视频由多帧组成，对于帧与帧之间完全无变化的视为静止，对于有很大变化的，视为突变，而对于微小变化的。通过反求摄像机得到两个摄像机对于重叠部分的坐标，并提取其中的平面特征点，注意一个平面需要有至少三个点

AE的三维合成相比较于二维来说，主要在于增加了一个纵深z轴维度，因而突破平面的局限。在这样的三维场景中可以加入粒子、光照、三维摄像机等操作应用，利用焦距的推拉和聚焦，提高影片的透视感以及虚实度，增加变化的多样性和真实性，最后将模型调入场景动画中，加入丰富的光效滤镜，实现绚烂的效果。

2. 在项目中的应用

在导游作品中通过3D摄影机跟踪技术实现光效和追踪运动，与景物结合，达到跟踪静物的效果。首先，选中一个素材图层，选择“动画>>跟踪摄像机”;然后，将3D摄像机拖到素材上，点击分析，解析好后会出现许多的跟踪点，按住shift选择需要的跟踪点，点击鼠标右键，创建空白和摄像机;最后，将想要跟踪的素材拖到最上层，回到第一帧调整素材大小后，与带有跟踪信息的空白层建立父子关系，便可以跟踪到初始素材。

（二） 光线穿梭特效

光效在影视特效中，能够产生绚丽的视觉效果，是一种比较重要的元素。运用光效能够使主题更加得清晰，能够突出主体;能够烘托出影视作品的气氛，使影视作品变得轻松幽默或者严肃沉重;使观众更加具有想象力，能够使影片更加具有想象的空间。

在光效的制作过程中应强调明暗变化，实现明暗对比。对色彩进行对比的过程中，一般使用中长调的对比方式，从而能够提高视觉感受，使色彩更具视觉冲击力。光线需要依附于明暗效果实现，因此明暗的对比能够使视觉效果更加完善。在光效设计过程中，需分析光效形状，光效应与画面中的文字和图形一致，从而实现构图的均衡化效果，且如果光效是通过点或线呈现，则线条在呈现的过程中就應当具备有序性，这样能够通过不同的角度观察到光效。

通过光效描绘出景观场景的轮廓，再结合3D摄像机跟踪运动，与景物运动达成一致，从而实现突出主体的目的，并达到具有冲击力的视觉效果，使观察更明显。主要运用到AE中的Saber效果，首先新建合成，新建纯色固态层，添加Saber特效插件;然后通过钢笔工具画出路径，再运用Saber给路径加上光效，并控制路径的出现和消失、放大和缩小。相同原理用Saber做出科技面板，通过放大缩小k帧等制作面板特效、输入文字等。

（三） Motion Bro的运用

在特效上，视频与视频衔接的角度，色调以及要表达的内容均要符合。后期通过添加平面跟踪以及三维摄影跟踪添加光影穿梭效果和一些带有科技感的宣传片数据的出现和消失，使之焕然一新。实现这些技术主要使用到Adobe After Effect。

转场特效主要运用到Motion bro插件，这是一个视频转场插件，里面有各式各样的转场特效，还可以选择转场方向。它的安装方法如下：

（1）安装MotionBro 2.0.1zxp（在AnastasiysExtension Manager对应系统的Extension Manager软件，使用Extension Manager来安装MotionBro2.0.1.zxp）;

（2）然后拷贝“handy-seamless-transitionspa c k” 文件夹到制定位置， 如“M A C： /U s e r s// Documents”或“Win： C：＼Users＼UserName＼Documents”;

（3）打开AE，确保首选项下“Allow Scripts toWrite Files and Access Network”已打钩，然后在菜单“窗口>>扩展”下打开Motion bro就可以使用。使用方法是将两个素材分两层放置，直接拖动想要的特效效果到最上层两个素材连接的位置，还可以在Motion bro里调节效果的速度。

三、iH5云计算平台

iH5具备工具属性，像一款只是制作前端H5的SaaS产品，但事实上iH5是一款生产SaaS的SaaS，集成了前后端所需的所有功能。通过使用iH5制作各种营销场景、游戏、App、流程系统、网站等等，不需要有代码基础就可以完成Web或App前端和服务器后台的制作工作。

iH5也具备平台属性，它是一个云计算平台，可以根据业务需求，动态分配计算、储存、数据库、带宽资源，保证数据安全性，满足突发流量暴增的需求。

四、结语

通过iH5制作App流程系统，完成App前端和服务器后台的制作工作。利用无人机拍摄技术收集影像资料和绘制地图数据，使用CC、DPmodel等修模软件对问题区域进行构面，使用AE后期技术增添画面阅读性和科技感，最终完成这个校园环境下的虚拟导游平台。