基于增强现实技术的数字三维虚拟全景新闻类影像方法应用分析

摘要：在数字化时代背景下，科技水平得到飞跃式提升，增强现实（Augmented Reality， AR）技术在各行业领域被广泛应用。通过大量地搜集相关资料，整理数字三维虚拟全景技术在新闻类影像中的具体应用实践，对基于AR技术的数字化三维虚拟全景新闻影像展开探索。引入SIFT方法对影像初始特征点提取后，利用动态规划算法计算影像最优缝合线，通过融合，可获得数字化虚拟三维影像。在三维注册算法标识下，对全景三维影像进行叠加，最终获得虚拟全景三维增强显示。实践证明，利用此技术，可以减少提取特征点所用耗时、增加提取影像特征点的数量，且保证特征点匹配的准确率，因此，此技术用于数字三维虚拟全景新闻影像实践有着良好前景。

关键词：增强现实技术 三维虚拟全景 新闻影像 实践应用

Application Analysis of Digital 3D Virtual Panoramic News Image Method Based on Augmented Reality Technology

LIU Jiawen

School of communication， Qufu Normal University， Rizhao， Shandong Province， 276826 China

Abstract： Under the background of the digital era， the level of science and technology h has made a leap forward， and Augmented Reality （AR） technology is widely used in various industries. By collecting a large number of relevant materials， sorting out the specific application practice of digital 3D virtual panorama technology in news images， it explores the digital 3D virtual panorama news images based on AR technology. After the SIFT method is introduced to extract the initial feature points of the image， the optimal suture line of the image is calculated by the dynamic programming algorithm， and the digital virtual 3D image can be obtained through fusion. Under the identification of 3D registration algorithm， the panoramic 3D image is superimposed， and finally the virtual panoramic 3D enhanced display is obtained. Practice has proved that using this technology can reduce the time spent in extracting feature points， increase the number of feature points extracted， and ensure the accuracy of feature points matching. Therefore， this technology has a good prospect for the practical use in digital 3D virtual panoramic news image.

Key Words： Augmented reality; Three-dimensional virtual panorama; News image; Practical application

数字三维虚拟全景新闻影像是利用融合处理技术将所有静态序列图片最终生成360°无缝影像。这类影像可以为受众打造一种身在现实场景中的真实感，目前已在新闻领域得到应用[1]。为了最大化地发挥增强现实（Augmented Reality， AR）技术在数字三维虚拟全景新闻影像中的实践应用效果，关键在于生成高精度数字三维虚拟全景新闻影像，这就需要提高全景影像特征点的匹配融合度[2]。对此，学术界现有研究提出，利用加速稳健特征（Speeded-Up Robust Features，SURF）算法提取静态影像特征点，在特征点邻域选择点对实施编码，匹配特征点即可提高整体效率，但是，这种方法的全景影像特征点可匹配数目较小[3]；有文献提出利用Forstner提取全景影像特征点，根据特征点生成坐标系，对特征点邻域进行分割处理后匹配，即可提高影像特征点提取数量，但是，整个提取过程效率不高[4]。在以往研究成果基础上，本文提出一种利用尺度不变特征转换（Scale-Invariant Feature Transform，SIFT）算法提取匹配全景新闻影像特征点的方法，引入动态规划算法，在图片缝合最优值基础上，与原始三维AR影像、三维注册各项算法结合，最后增强标记虚拟物体，即可为广大新闻受众打造仿真交互体验。

1 数字三维虚拟全景新闻影像的生成

随着科技水平的不断创新发展，AR技术在新闻传播领域逐渐渗透，可以利用计算机技术为新闻受众打造仿真虚拟的视听环境，增加新闻对受众的吸引力，将生活实景与虚拟音频图像与文字信息相结合，实现用户与新闻环境的自然交互。将AR技术用于数字三维虚拟全景新闻影像展示的应用实践主要包括两个阶段：第一阶段为影像生成，第二阶段为增强现实展示[5]。在第一阶段，重点在于影像匹配与拼接融合，即新闻静态影像需要配准和拼接才可生成全景影像。

1.1 匹配影像的特征点

影像配准对于生成全景影像而言至关重要，通过找出邻近两组数字三维虚拟新闻影像重叠之处的特征点，基于SIFT算法，在同坐标系内注册显示两组影像存在的透视关联特征，完成三维虚拟影像注册。SIFT算法能够实现不同视角下的物体精准匹配，减小全过程的运算量，提升整体计算效率。

1.1.1 提取特征点

将高斯函数视为卷积核，首先需要建立数字三维全景新闻影像的尺度空间函数，假设表示输入数字三维虚拟影像，其尺度空间函数表达公式如下[6]：

式（1）中：表示高斯函数，其计算公式如下：

为了提高影像平稳特征点的提取效率，用表示高斯差分函数引入提取过程，表示公式如下[7]：

式（3）中：k表示常量。

1.1.2 特征点的描述

根据每组全景新闻影像的梯度方向，生成影像重叠特征点与周围区域的360°全景图，可以全方位地视图，且函数的高斯权重圆窗口的具体梯度高低情况可以将各样本加入直方图，在两组影像特征点主方向，根据最高峰值，建立小于85%的同向特征点，将特征点的具体方位、尺度等确定后，建立4×4柱状方向矩阵，对每一个特征点进行精准地描述。

1.1.3 特征点的匹配

完成上述之后，需要进行影像特征点匹配，这就需要应用最佳箱优先算法（Best Bin First，BBF）和随机样本一致（Random Sample Consensus，RANSAC）算法。应用前者进行粗匹配，找出最近和次近特征点；之后，使用后者完成特征点集的提纯处理，进行精匹配。

1.2 影像融合

在数字三维全景新闻影像进行上述特征点提取、描述和匹配之后，便进入不同组影像拼接阶段，通过融合不同组虚拟影像，最终获得完整的三维虚拟全景影像。需要寻求最优缝合线，在缝合线双侧取一帧影像内容，避免出现重影或裂缝，优化影像拼接的最终全景视觉效果。

这个过程使用动态规划算法完成，搜寻最优缝合线。首先，假设AB为最优路线，同路线还存在另一点Q，此时，QB同属最优路线。在运算过程中，总体阶段为n，第i阶段的初始点和最终点分别是Ui、Oi，用表示i阶段的决策数量指标，求解公式如下[8]：

式（4）中：最大值max与最小值min均使用opt表示；具体的运算符号为*，计算最短路径时，*表示“+”，opt表示最小值min，即每阶段的计算总和最小化。

依据动态规划原理选取最优缝合线，在初始化处理之后，根据分割线强度，对首行和末行之间完成扩展运算（见图1），得出全部最低强度缝合线，即最优缝合线。

2 数字三维虚拟全景新闻影像的增强展示

AR技术成功地将现实与虚拟相融合，将生成的所获虚拟信息融入现实，达到增强现实效果。所以，当数字三维虚拟全景新闻影像使用AR展示时，需要将全景影像视为现实空间，运用AR技术不断叠加虚拟物体，从而达到影像增强展示的目的。这一过程的关键技术在于对现实空间标识无缝累计叠加的虚拟物体，应当明确现实空间标识和虚拟物体二者之间的位置对应关系，据此可以应用三维注册算法计算得出。

三维注册算法的计算过程对于全景影像的增强显示至关重要，利用精准无缝拼接虚拟物体和数字三维虚拟全景影像，完成数字三维全景影像的增强展示效果提升（见图2）。通过框取标识融入坐标系内，解决AR技术的三维注册问题。

如图2所示：用表示现实屏幕坐标系，用表示理想屏幕坐标系，用表示摄像机坐标系，用T表示三维向量，确定参照物为表示坐标系的原点，对于坐标系内的3个平移分量，原点为摄像机光心，用表示标识坐标系。

3 实验分析

以某个数字三维全景新闻影像数据库为实验材料，从中选择共计5组全景新闻影像展开实验，检验本文提出的上述影像生成与增强展示的实践应用效果。

3.1 影像生成效果

把以往文献给出的距离融合图像特征点匹配方法、相关研究的一致性规则配方法与本文提出方法相比较，将这3种方法用于两组数字三维全景新闻影像特征点匹配，最终结果（见表1）。由表1可知，同样影像应用本文提出方法，可以获得最高的特征点数量，并且在特征点提取效率对比上同样最优，通过综合对比，本文方法最为理想。在此基础上，通过将B组全景影像拼接融合后，可见融合效果符合预期，未见拼接裂缝影像的精度极高。

3.2 增强展示效果

运用本文所提方法完成对上述所获B组全景影像的三维注册处理，在全景影像中叠加虚拟物体，通过利用AR技术获得最终效果，可见虚拟物体融入三维全景影像合适位置的增强展示效果十分理想，证明了本文所用方法的可行性。

4 结语

综上所述，本文通过对数字三维全景新闻影像应用AR技术的构思展开探索，提出应用SIFT方法提取全景影像特征点，获得最优缝合线，与数字三维虚拟影像相融，并完成三维注册处理，成功获得符合预期的增强现实效果。未来，随着科技水平的不断创新，AR技术也将进一步为新闻领域创造更多可能性，需要不断地深入对AR技术的创新研究，不断地为新闻受众创造生动、高效且优质的新闻报道。

参考文献

[1] 毕军涛.基于增强现实技术的快速三维图像重建方法[J].长江信息通信，2023，36（3）：142-144.

[2] KADAV P，PATWARI W，KALME A，et al.VR based remote campus tour[J].International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology， 2023，6（1）：1081.

[3] 韩卓璇.元宇宙视域下媒体对虚拟技术的融合与应用方法研究[J].艺术科技，2024，37（7）：162-164.

[4] 张慧.虚拟现实和增强现实技术在产品设计中的影像应用[J].大众文艺，2024，6（1）：68-70.

[5] WANG D，LI Z S，ZHENG Y W，et al.High-quality holographic 3D display system based on virtual splicing of spatial light modulator[J].ACS Photonics，2023，10（7）：2297-2307.

[6] 安冬.基于全景电影的发展及商业化前景探究全景摄像机和VR技术[D].大连：辽宁师范大学，2015.

[7] 王珺，麦逸楠，陈烨.增强现实技术在清东陵数字化导览中的应用研究[J].电视技术，2024，48（1）：226-228.

[8] 辛颖.三维影像处理技术应用下的影视后期制作方法[J].信息与电脑，2023，35（9）：19-21.