“外滩上河图”超高清VR矩阵设计研究

陆月悦 温馨 王佳怡 杨叶晨

摘要：随着近年来数字媒体行业不断兴起，技术发展日趋成熟，如今，可以通过网络向用户提供传递对旅游景观的虚拟观光体验，实现在线浏览。该项目立意是结合现代流行的数码交互艺术和旧上海人文历史，给用户提供一个新颖的渠道了解外滩建筑及其背后的历史和意义;创新点一是具备超高清、流畅性的特点，二是采用散点透视，给用户沉浸式的视觉感受。文章分析了该项目可行性，并对立项背景、设计概念、实践工程、研究成果、项目创新点5个板块作阐述。

关键词：外滩;高清矩阵;全景拼贴;数码艺术

引言：外滩的万国建筑群一直以来是上海闻名遐迩的对外名片、名胜地标之一。“外滩上河图”超高清VR矩阵线上预览可以使外滩周围关于上海的名胜古迹随着技术的发展更好的宣传和保留下来，从娱乐观点上，对游客而言可以有更进一步理解;于专业人员而言，提供了更详细的研究参考样本素材库，在历史意义上，更好的传承纪念将其以另一种方式更好的保留下来。

一、高清矩阵与全景拼贴技术

1.高清矩阵的概念

在传统意义上矩阵是一个数学概念，而图像是一个视觉概念，这两个概念原先毫不相干。但是自从数字图像出现以来，两者的关系逐渐密切。图像被离散化以后可以用矩阵描述。

我国的高清数字电视的研制始于1998年，其中经历了几个阶段。1999年10月1日，以高清转播国庆庆典取得了巨大成功，其清晰度也得到了相应的不断的提高。2006年，我国公布了地面数字电视传播标准DMB-TH。《国家“十一五”时期文化发展规划纲要》中明确指出：2008年开播数字高清电视，标志现代科技成果之一的数字高清电视必将得到前所未有的发展。

随着CCD的不断发展，数字视频的清晰度又在纵向提高，在网络摄像机（IP Camera）方兴未艾时，则一般认为720P以上即可称为高清摄像机。而因CCD、DSP等技术的进步，目前网络数字摄像机在高清视频领域正扮演着越来越重要的角色。

2.全景拼贴图的概念

全景图主要是绘画摄影行业的专用术语，如全景画，全景地图等，需要对场景进行较大的范围的严格把握，主要包括周围领域内的全部画景，VR全景图制作就是将其转变为动态化图形，最大限度保留场景的真实性，同时增添互动性，提高人们的情感触动，具有现代化气息。

图像拼接技术就是将数张有重叠部分的图像（可能是不同时间、不同视角或者不同传感器获得的）拼成一幅无缝的全景图或高分辨率图像的技术，图像拼接的输出是两个输入图像的并集。图像拼接在计算机视觉、医学成像、军事目标自动识别、卫星数据等领域具有重要意义。

图像融合和图像配准（image alignment）是图像拼接的两个关键技术。图像配准是图像融合的基础，而且通常图像配准算法的计算量非常大，因此图像配准技术的革新很大程度上决定了图像拼接技术的发展。早期的图像配准技术主要采用点匹配法，这类方法速度慢、精度低，而且常常需要人工选取初始匹配点，无法适应大数据量图像的融合。图像拼接的方法很多，不同的算法步骤会有一定差异，但大致的过程是相同的。[1]

二.项目总结报告

1.立项背景

外滩建筑，一部分仍为一些单位机构征用，都有着非同寻常的意义，外滩的万国建筑群一直以来是上海闻名遐迩的对外名片、名胜地标之一。这些在外观上风格万种、古典主义与现代主义并存的建筑群，记录并见证了上海乃至整个中国在近代，自从签订《虎门条约》等一系列不公等条约之后，从饱受民族屈辱至逐步发展成了世界强国的风云历史，再以崭新的面貌出现在国际大舞台，是展现旧上海资本主义的真实写照，具有非凡的历史意义。

2.项目研究目的、意义

如今可以在网上浏览任何高清图像，包括建筑旅游景点、艺术名作壁画等。“外滩上河图”超高清VR矩阵线上预览可以使外滩周围关于上海的名胜古迹随着技术的发展更好的宣传和保留下来，从娱乐观点上，对游客而言可以有更进一步理解;于专业人员而言，提供了更详细的研究参考样本素材库，在历史意义上，更好的传承纪念将其以另一种方式更好的保留下来。

3.设计概念

整个全景图采用散点透视，在二维的画布上，呈现三维立体的效果，利用移步换景的观看方式，在全景图的各个细节里面游走，慢慢地在拼接图像所构造的数码世界里游移，享受沉浸式的独特观感。

4.项目创新点

4.1超高清、流畅性。结合现代流行的数码交互艺术和旧上海人文历史，通过超高清VR线上浏览这种年轻化的数字方式，在观感体验上创新，通过网络分区域下载的交互特点，将细致的现实画面具体精确到建筑物表面的细节、材质、样式，用高清摄影图像尽量保留还原外滩建筑原貌，可具体到每一个窗户、每一扇门，局部放大每一个细节后依然纤毫毕现，清晰到每一栋建筑物的所有材质纹理。给予用户绝佳的超高清视觉体验。

4.2采用长卷式散点透视，每栋楼都有其独立的透视。通过拍摄图像并后期拼接缝合为高清全景的方式，用没有透视点的视角展现外滩建筑，体现数字时代创意特点、外滩矩阵特点。中国传统画构成，移步换景的观看方式，带给用户沉浸式的视觉感受。

5.团队成员合作情况、实践过程

5.1初步资料收集及规划

团队成员各自通过网絡上的各种信息渠道收集外滩万国建筑博览会的具体资料，了解建筑物的相关历史、具体建造时间、建筑师，进行分别整理。

5.2调研

调研方式包括：线上问卷，线下访谈，网上查阅和实地考察。

①线上问卷

在微信、微博、豆瓣、问卷星等各大网络平台发布调查问卷，共收集100份。通过问卷和访谈形式，了解调研对象年龄段，常住地，是否来过上海并参观过外滩，是否觉得外滩是上海旅游必打卡景点，对外滩建筑的哪一方面更感兴趣，通过什么渠道得知各景点的线上超高清VR全景，是否在线上（或线下交互展厅）浏览过上海外滩超高清VR全景，以往倾向于在哪一平台中浏览线上超高清VR全景，在线上（或线下交互展厅）浏览超高清VR全景时更注重的方面，对上海外滩的超高清VR全景线上浏览的建议等问题。

线上调研主要是能够更广范围普及到全国不同地区、包括从未到访过上海的对象，了解他们对外滩以及此项目的想法。

②线下访谈

调研期间，在上海外滩建筑群随机采访不同年龄段和不同特征的路人，包括附近居民、工作人员以及游客，了解不同年龄段、地区的调研对象亲临外滩的感受，并当面更直观地了解不同对象对上海外滩的喜爱和了解程度。

③网上查阅和实地考察

在本次调研中，通过在网上查阅文献资料，结合调研目的，了解当今超高清VR矩阵的发展现状和未来趋势，搜集了外滩建筑的背景故事和具体资料，为全景矩阵的实际制作提供有价值的参考和依据;并到实地进行考察调研，对照具体文献资料，明确辨认外滩28栋不同建筑，对如今外滩建筑的真实风貌有了进一步认识，为下一步的全景矩阵的拍摄确定方向，进行筹划。

5.3拍摄采集照片

由王佳怡、陆月悦同学主要负责进行实地拍摄，首先选取人流量少的环境作为拍摄视点，在固定位置运用不同焦段的镜头拍摄相同目标，进行比对后，发现在相同距离和角度下70mm镜头展现出的效果最为合适，最后选用70mm镜头。用单反相机、三脚架等拍摄工具，横向平移进行拍摄，用散点透视拍摄对外滩建筑群的外观进行拍摄。

5.4图片后期处理及程序设计

由杨叶晨、温馨同学主要负责运用Auto panogiga，PT gui软件实行无缝拼接缝合，完成360度全景图的合成制作，编写设计后台程序，并结合收集到的建筑相关信息，进行线上分区域。

5.5后期收尾工作

将制作好的项目进行小范围的测试与调试，收集使用者的使用感受与反馈，进行改良。最后，在项目整合工作中整合调研内容以及研究结果综合分析，完成研究论文的撰写，公开发表。

6.社会意义

如今外滩尚还对外的建筑中，绝大多数内部的商业体系都是高端型，包括高档酒店、奢侈品商店、会员俱乐部、领事馆以及许多银行大厦等。曾经上海创造了新的都市文明，曾经就连比我们现代化的日本看到都会感叹上海“东方魔都”，在他们看来上海的都市文明是一个现代化的奇迹和奇观。

外滩建筑本身也是一种文化。“万国建筑博览群”这个说法，最开始是在上世纪的二三十年代，外国人对上海运用各种风格、极尽奢华的建筑的一种嘲讽。但随着历史演变，“万国建筑博览群”成了一个褒义词。这一古典主义与现代主义并存的景观，完整地将巴洛克、古罗马、哥特等多种风格彼此融合。但是如今普通访客几何没有进去观赏的机会，因此更鲜少会了解该建筑，给喜欢并想了解外滩的人们一种畏惧感。

建筑的细节纹路也并不会被肉眼观察的很清楚，外滩如此之大，就算热爱此处的人也无法一个个仰头找很久细节，更何况是普通游客。大部分建筑的门口处虽然有二维码导览，但是都模糊不清且不易察觉，不便于手机识别，因此无法全面完整的向人們所普及。

为了避免外滩的参观意义只停留在表面远观的可观赏性，应该给予更加海纳百川的包容性，让更多热爱上海、热爱外滩文化的人们都能深刻了解外滩，了解上海的历史。

外滩上河图”能给人们带来更高清、更良好的视觉体验，也可以使他们在空闲时刻慢慢沉静下来了解历史悠久的外滩，了解每个建筑的风格细节。

7.结论

本项目完成了以下几点工作：

（1）本文初步分析了高清矩阵和全景拼贴图的概念和外滩历史的背景等，并通过多次实地考察和数字化制作过程，完成了“外滩上河图”。

（2）实地考察中，我们收集了大量的采访，通过不同年纪地区得出了很多不同的结论，对于超高清VR全景图都非常支持和期盼，并且利用70mm镜头横向平移散点透视拍摄实地拍摄万国博览建筑群28栋。

（3）数字化制作中，我们一步步摸索，用没有透视点的视角进行拼贴，构成照片技术处理，再加入程序设计，给人中国传统画的独特感觉和移步换景的观看方式，来体现数字化的美感。最后我们得出了重要的结论超高清VR全景图能够给观众带来更专业、更细节的呈现方式，近距离呈现建筑的细节纹样，会有更多不一样的内涵，解锁时空束缚，实现了更加多的自由，达到了资源的最大化利用，同时加入了创新的数字化视角形式对上海历史文化进行保护、更新、延续。

历史文化给我们带来了深厚的物质和精神的财富，遗存建筑更是拥有着举足轻重的地位，上海外滩超高清VR矩阵线上预览让人们能够线上浏览外滩及其细节，既能用现代的科技为人们所观赏，同时也是保护了一座城市的回忆，保护城市的文化和形象。数字化、网络化、等趋势的发展，使VR技术必定会保护与传承历史建筑文化遗产有着很大的实用价值和历史意义，通过超高清VR全景图可以模拟构建出原本的样貌包括细节，是艺术与技术的结合，一方面供人们仔细观赏，耐人寻味，另一方面这种结合也提高了外滩万国博览建筑群的展出效果和展出效率。超高清VR全景图这种虚拟旅游可以让游客置身于虚拟环境中，自由而轻松的获取各方面信息，可以打破时间和空间的限制，得到最佳体验。本文从分析高清矩阵与全景拼贴技术的概念理论，到本研究的目的意义和创新理念，阐述了超高清VR矩阵可以在传统观赏旅游中脱颖而出创新的方式使人们无时无地都能了解到外滩建筑的文化和每一栋建筑物的所有材质纹理。

参考文献：

[1]木诚子.全景图拼接：计算机视觉第三章[EB/OL].（2022-04-13）[2022-04-14].https：//blog.csdn.net/qq_49192977/article/details/124112819.

模板：[校级项目] 全“外滩上河图”超高清VR矩阵设计研究，项目编号：CX2111003，项目负责人：陆月悦