基于VR的景观全景制作与研究——以金川国家矿山公园为例

王斌儒，田建荣

（甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃 金昌 737100）

近年来，虚拟现实VR技术高速发展，在各行各业均得到了广泛的使用，可以为使用者提供良好的身临其境体验，给用户提供完美的360°沉浸效果。用户在佩戴显示设备时，可多个方向移动，进行全方位人机交互，增强了展示效果。由于上述的优势，当前VR技术发展势头迅猛，VR技术在多个领域中都有广阔的应用前景，全景展示技术在各行各业的应用中都有着独特的魅力[1-2]。

甘肃金昌国家矿山公园位于甘肃省金昌市，占地面积6.93 km2。2005年8月国土资源部批准为首批国家矿山公园。矿业遗迹以典型的块状硫化物矿床为代表。主要矿业遗迹有：折腰山河火焰山两个铜、硫、金、银等贵金属为主的露天矿矿山遗迹[3]。

本论文结合金昌市独有的矿山特色，将虚拟现实技术和矿山景观深度结合，提出基于VR的矿山景观全景制作方案，进而在基本交互流程、摄影手法和展示效果等方面进行梳理，最终利用全景视频的展示手法实现金昌市国家矿山公园的全景展示，使用户可以体验到交互性强、沉浸度高的景观展示。对于矿山和景观的展示形式具有一定的创新效果。

1 技术路线

本文通过前期的调研，根据金川矿山公园全景展示的特点与需求，从3个方面来进行分析和选择，分别是：全景原理、全景制作和全景展示，如图1所示。

图1 金昌市矿山公园全景设计技术路线

1.1 全景原理

矿山全景的形成需要进行多个角度的影视采集，以便达到公园内重要景观可实现垂直180°和水平360°范围内的全景展示，使用者可以通过自身或设备的移动进行各个视角的浏览，进而后期实现人机交互功能。

目前主流的全景展示形式主要有3种：全景图片形式、全景视频形式和全景漫游形式[4]，均改变了传统的图片文字宣传模式，能突破时间限制。在实景拍摄的基础上加进先进的设计理念，同时都具有沉浸性、交互性的优势，实现360°没有死角的三维场景效果，但同时3种形式也各有各的优点和缺点，以下将对其进行具体分析。

1.1.1 图片形式

图片主要是通过现实照相和后期处理而得，最大的特点就是真实，而且制作成本较低，产出时间也短。但动态性差，交互能力不足。

1.1.2 视频形式

该形式是在全景图片技术上发展起来的，利用每秒连接多张图片而形成视频效果，故其真实性同上，但制作成本和时间将大大增加，动态性得到了极大地提升。但在视频形式中，镜头语言缺失，细节刻画不足，蒙太奇剪辑严重弱化，不适用于风景或大场面。

1.1.3 漫游形式

漫游模式实现了360°无死角的观看，而且在素材中添加了音乐、文字和各类选项，极大地增加了虚拟现实的趣味性和互动性，同时，由于具有开发的功能，故该形式具有极强可塑性。但制作周期长，制作成本高也是该模型让人望而却步的主要原因。

通过上述分析对比，得出表1，结合金川国家矿山公园的景观特性和制作成本，可以选择图片或者视频的形式。

1.2 全景制作

实地拍摄，建模绘制是全景制作的两种主要形式，建模包含二维和三维两种模式，但实际工作中主要以三维为主，以下将对实地拍摄和建模绘制进行分析和选择。

1.2.1 实地拍摄

主要通过全景设备进行图像采集，后期在室内进行图像拼接，方可完成全景图片或视频，准备工作简单，真实感强，清晰度高，可信度高。

1.2.2 建模绘制

建模绘制时在实地拍摄的基础上，通过前期设计，后期三维建模和实地场景融合，最后实现展示成果的一种方式，该方式成本较高，制作周期较长，需要对每一个细节都进行详细处理和渲染，技术门槛高，工作量大。但由于建模是数字化的成果，方便网络发布。

对比表2，结合实际，对于金川国家矿山全景展示，最终选择360ONE全景相机进行实地拍摄的方式来完成全景制作的素材和成果。

表2 建模绘制和实地拍摄的对比

1.3 全景展示

制作完成后，展示成果的设备选择也十分影响显示和体验效果，传统的模式是将其投放到屏幕上进行显示，现主要是使用VR眼镜进行交互和观览，综合设备价格、显示效果和用户体验等各个方面，本研究选取爱奇艺VR2S眼镜进行展示，该设备使用骁龙XR2芯片，8G+128G，4K高清输出，价格合理，参数满足要求。

2 全景设计

2.1 展示内容设计

金川国家矿山公园，位于金昌市区西南部龙首山脉北坡。主要景点以中国最大的人造天坑露天矿老坑为主体，包括观景台、绿化荒山边坡，矿山废渣绿化、矿山科技馆、选矿冶炼和尾矿库参观游览通道[5]。

已是绿意盎然，垂柳摇曳，相互映衬，美丽如画。登山台阶两侧碧绿茂盛，别具一格，整个绿化错落有致，成为国内独一无二的靓丽风景线。

结合上述的实际情况，设计本次显示的内容主要分为自然和人文两方面。

（1）自然方面主要包含山体景观和植被景观。其中：山体景观包括矿山公园八座山体和金川露天镍矿坑，尤其是矿坑，是一个长1 300 m、宽700 m、深310 m多的椭圆形人造天坑，堪称中国最深的人造天坑。其宏伟程度应该重点展示。植被景观主要是常规树种和彩叶树种，主要为圆冠榆树、刺柏景观植物和沙生植物，整体植被错落有致，绿意盎然。

（2）人文方面主要是通过讲解的方式，展示老一辈金昌镍矿的开拓者们，用自己辛苦的汗水，愚公移山的坚持和艰苦奋斗的精神，对金昌人的绿色环保、以人为本发展理念和“艰苦奋斗、和谐进取”的金川精神有更深切的体验。

2.2 需求设计

由于金川国家矿山公园的特殊性，相较于传统的景点，游客可能更加注重矿坑的参观，体验从顶部到矿坑底部的刺激感，同时用户也会注重时间段的选择，如在矿山公园的标志性顶部参观天文景象，这些景象或存在一定风险，或时间段不好把控，通过虚拟全景显示，可以让旅客在保证安全的同时，能够感受到矿山公园的与众不同，也是全景显示的重要作用之一。模拟矿山公园的上述特性，具体进行以下的设计：

（1）重点拍摄矿坑的雄浑伟岸鬼斧神工，让用户通过全景感受人类的力量是何其的伟大。形成坐矿车下矿底的视频素材，体验刺激感，深入矿坑底部的矿硐，体会开凿采矿的艰辛。

（2）展示矿山道路两边的植被和绿化成果，让用户感受金昌的发展不仅仅是向大自然的索取，也在精心地保护大自然的每一寸土地。

（3）设计不同时间段的矿山景色，补足用户无法在有限的时间内参观完全部美景的遗憾。

2.3 体现手段

为了不形成视频显示的卡顿，按照眼睛的反应延时，选取视频的帧率为30 fps。本次的全景展示务必保持主视角区域的高度一致，也就是说，全景显示中全部使用第一人称的视角，进行360°无死角的观测，周边没有其他人进行干扰和影响。但是，显示设备毕竟使用的是眼睛在观看，无法不移动观看到全部的景象，故本次的观众视角分为主要视角区，次要区和盲区。主视区不固定，根据用户的转动而变换，这样，次要区会慢慢变成主视区，盲区慢慢变成次视区，形成良好的过渡。

2.4 引导手段

在全景显示中，必须做的一个关键点就是如何正确地引导用户，使得用户能够跟上设计者的思维路线，需要实现物体、字幕和区别性引导方法进行有机结合。

2.5 展示设计

展示作品制作之前，必须进行前期资料调研和实地考察，进而对技术和设备进行分析确定，然后根据需求分析和引导分析，依照全景制作技术规范，确定展示设计制作路线，进行相关技术手段的创作全景展示作品[6-8]。具体方案如下：

（1）采用360ONE全景相机进行实景拍摄，以图片和视频两种形式展现。

（2）对采集的图像进行调色处理，然后进行拼接，完成展示内容。

（3）根据需求分析，对所需的功能和内容进行交互式制作，完成本视频展示。

3 全景制作与展示

3.1 全景拍摄

拍摄时期务必保证素材的质量，所以在拍摄时需要选择合适的时间和气候：首先是不要在中午进行拍摄，该时段光线太强，会产生严重的色差，而清晨和傍晚是最好的拍摄时段，如图2所示；其次是选择人数较少的时刻拍摄，保证图像的纯洁性；再者就是减少微距和长焦拍摄；最后就是拍摄的过程中，其架体高度最好和人体高度相仿，在虚拟现实显示中也会保证人体眼睛的观感。同时，拍摄角度的选择也很重要，脚架1.6 m左右的平视角度是一个较好的选择，矿坑的美景可以采用仰视视角进行拍摄，如图3所示。

图2 全景拍摄时间段选择

图3 全景拍摄角度选择

3.2 后期制作

利用配置较高的专业视频处理工作站，采用专业软件Nuke进行素材的拼接，使用CAVA VR插件实现视频和照片的矫正、缝合、色彩改正等功能，最后对产品进行渲染[9]。同时，为了产生更好的沉浸式体验，声音的加入和噪音的消除必不可少，本研究主要使用后期添加背景音乐和旁白。最后，利用AE CC202软件消除视频中的畸变现象，进行全景视频的包装和效果制作。

4 结论

（1）本文充分利用VR技术全景展示的优点，对其在金川国家矿山公园全景展示中的应用进行了参数选取、设备选择、理论设计和实际制作，形成一套较为成熟的制作方案，丰富了数字景点的建设技术，对后期其他矿区和风景点的虚拟现实具有一定的借鉴意义，拓展了虚拟现实的应用范围。

（2）结合实际拍摄情况，提出了拍摄手段、拍摄时间、拍摄角度和后期制作等方面的具体要求，对后期制作过程中的无缝拼接、声音处理、剪辑特效和包装完成进行了技术梳理和总结。为高质量素材的采集和成品制作提供专业技术指导。

（3）本文由于经费和时间的限制，有很多的不足之处，今后将进一步系统提升。