| 标题 | 基于虚拟现实技术的图书馆全景漫游场景的设计与实现 |
| 范文 | 司占军++张姣姣++耿浩 摘要：基于虚拟现实技术设计并实现了天津科技大学河西校区图书馆的全景漫游场景。该场景能够直观地将图书馆的三位全景图展现在用户面前，借助AR眼镜还可以沉浸在场景中，体验身临其境的感受。给用户提供了极具沉浸感、交互性的浏览体验。 关键词：虚拟现实；全景漫游；720云 中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）32-0214-02 虚拟现实技术是人类在探索自然过程中创造形成地一种用于认识自然、模拟自然，进而更好地适应和利用自然的科学方法和技术[1]，也被称为“沉浸式多媒体”和“计算机模拟现实”，是一种综合了计算机图形学、人机接口技术、传感器技术以及人工智能技术等多领域成果的新技术[2]。近年来，随着计算机与网络技术的迅猛发展，虚拟现实技术被广泛地应用到各个领域，其中全景展示就是一个很重要的领域。 基于虚拟现实技术，可以利用全景图像和三维建模两种方式实现全景漫游展示。通过对比研究，三维建模技术发展时间更久、理论更完善、应用更广泛，但缺乏真实感和沉浸感。而通过全景图像不仅制作简单、数据量小、成本低，同时全景图像全部采用真实的场景图像，因此更具真实感、浸入感。本研究通过研究与分析，利用全景图像技术实现图书馆的全景展示设计，本研究以天津科技大学河西校区图书馆为原型，以PTGui Pro、Photoshop CC、720yun等软件为支撑，旨在设计与实现极具真实感与交互效果的全景漫游场景。 1 开发环境与软件 开发环境：Windows 8.1专业版操作系统，Intel（R） Core（TM） i5-4210H CPU，2.90GHz，8.0GB内存，64位操作系统。 开发软件：PTGui Pro 10.0.7；Adobe Photoshop CC 2014；720yun 1.3.22 2 设计思路 虚拟现实技术有三个最主要的特征：构想性、沉浸感和交互性[3]。要获得较强的沉浸感，就需要在拍摄、拼图、后期处理三个阶段完美衔接。本研究以天津科技大学河西区图书馆为研究对象，以三维全景漫游技术为基础，学习理论，结合实际，通过实地考察、利用佳能相机拍摄全景图片、在Photoshop中处理全景图片、在PTGui Pro中拼接全景图、并利用720云平台制作交互效果并进行测试与发布，最终实现天津科技大学河西校区图书馆三维全景漫游系统的研究与制作，图1是本研究的设计思路流程图。 3 设计与实现 3.1 拍摄全景图像 拍摄全景图的镜头有三种选择：普通广角镜头、全景相机和鱼眼镜头。普通广角镜头视野较标准镜头更广阔，能容纳的景物更多，而且景深较深，因此可以产生很独特的视觉效应，通常适于拍摄风景、建筑题材的照片；全景相机可以360°拍摄照片，缺点是像素较低，且更适合在开阔的场景进行拍摄；鱼眼镜头的视野等于或大于180°、甚至可达230°，视野较普通广角镜头更加开阔，但周边变形厉害，更适合拍摄全景图片。通过对比三种镜头的功能与特点，本研究选用的设备为佳能EOS 70D机身，佳能广角EF f/4L USM可变焦距鱼眼镜头，焦距为8-15mm。拍摄时需要注意： 1） 后期拼图软件PTGui Pro采用的是基于特征点的匹配算法，所以在拍摄图像素材时一定要注意相邻照片之间要有重合的部分，可以方便软件自动识别控制点，也方便人工增加控制点。在水平位置每旋转60度即拍摄一张照片，一共6张；天、地各拍摄一张，另需拍摄一张补地的照片，一個固定视点需拍摄9张照片。在拍摄地面时要注意对焦准确，不能对焦在三脚架上。 2） 拍摄过程中要保持三脚架稳定，不能使三脚架移位；要保持云台在水平位置；要使用快门线拍摄，不能用手按快门；每一个固定视点拍摄时，要保持焦距不变。上述措施都是为了拍摄出更高质量的照片素材，防止画面模糊。 3） 一个固定视点的9张照片要把所有肉眼可看到的物体都要拍摄进去，不能留有死角，尤其是在固定视点较为狭窄的地方，要注意物体的边角在拍摄范围内，这样方便后期处理。如果有些物体的边角损失的话，那么拼接出来的全景图就会缺失这一部分，靠后期修补难免会缺乏真实感。补地的照片最好避免坡度。 4） 由于本次拍摄是在室内，所以光线条件较为复杂。在拍摄部分场景时会出现没有阳光直照的部分曝光正常，但阳光直照的部分过曝；或阳光直照的部分曝光正常，但没有阳光直照的部分曝光过低的现象。这就需要不断调整感光度、光圈大小、快门速度和测光模式来进行调节。如果效果不甚满意则可以依靠后期处理。 3.2 筛选与处理全景图片 由于拍摄过程中的室内光线较为复杂，所以每个视点都会拍摄几组画面亮度不同的照片来增加选择余地。一般要选择画面亮度合理、细节保留较多、画面干净没有噪点、不存在曝光过高和曝光过低的照片，并且一个固定视点的9张照片画面亮度应大致相同。 在筛选完用于拼接全景图像的照片后，便可对一些存在提升空间的照片进行处理。比如：图2是在逆光条件下拍摄，正常曝光时，画面整体亮度是合理的，保留了较多的细节，但窗户有一点点过曝现象，窗户外面的景色已经看不太清。图3是在较低曝光时拍摄，画面整体亮度较低，损失了很多画面细节，但窗户外面的景色清晰可见。图4是处理完毕最后用作拼接全景图的素材。 3.3 拼接全景图 拼图软件的选择对拼接全景图像的质量至关重要。PTGui是Helmut Dersch公司的全景制作工具的一个用户界面。使用PTGui可以快捷方便地制作出炫目的全景图片，导入图片之后，配准镜头参数然后就可以自动的拼接和融合为全景图像[4]。其采用基于特征点的匹配算法，支持长焦、普通与广角及鱼眼镜头拍摄的照片，支持创建普通、圆柱以及球面模式全景照片[5]。 在PTGui Pro中加载处理好的全景图片，相机/镜头参数选择默认，点击对准镜头进行识别对准；进入控制点版面添加控制点，每两张图片之间增加5-10个控制点，使图片更加准确地进行拼接；在源图像中添加补地的照片，用红色蒙版擦掉三脚架，擦掉补地的照片中多余的部分，只保留原来三脚架占用的部分；选择“优化全景图”工具，进行优化并创建全景图，导出jpg格式，命名好每一张图片，并保存在同一个文件夹下。 3.4 实现交互功能 720云是全国最大的VR全景众创平台，以全景互动工具、 全景展示、全景分享为核心，推出了完整的全局和局部修改工具，包括全局开关、自定义Logo、电话/链接、初始视角、热点链接、背景音乐等。720云客户端具有易用、简单、高校，功能丰富，对硬件要求较低等优点。用户可以将制作好的全景作品导出到自己的硬盘中，从而可以运用在不同的系统和设备中，大大提高了作品的可拓展性。依托720云稳定的云服务，用户可将自己制作好的全景作品上传至云端，向世界展示自己的作品。 进入720云平台，首先对每一个点进行设置，包括视角、热点、音乐、特效、遮罩、沙盘、嵌入等板块，在视角中可以设置初始视角以及视角的范围，初始视角一般选择每间屋子的中心，视角的范围都设为广范围；在热点中可以设置切换效果，即从一个热点切换到另一个热点，使用者可以从一个场景到另一个场景，切换自如，需要注意的是，所有的热点都能够到达并能退出了，不能出现死角问题；在音乐中可以插入录制好的MP3格式的音频，可以设置为该场景背景音乐或整个全景效果的背景音乐；设置好每个热点的功能之后，可以预览全景效果，测试交互效果，并对其进行修改；同时，在主界面中还可以开启手动陀螺仪、自动巡游、场景选择、VR眼镜、点赞、分享、说一说等功能；上传全景图即可进行分享，可以分享到网上或微信等社交软件，让更多的人看到作品；导出功能可以将作品导出为HTML5工程文件。 4 结束语 本研究设计并实现了天津科技大学河西校区图书馆的全景漫游场景，为用户提供了真實的图书馆的浏览场景，实现了身临其境的体验效果。该研究不仅方便了全校师生，对学校的图书馆起到了宣传作用，还促进了虚拟现实技术在全景展示方面的研究与发展。 参考文献： [1] 赵沁平. 虚拟现实综述[J]. 信息科学， 2009， 39（1）：2-46. [2] 刘德建. 虚拟现实技术教育应用的潜力、进展与挑战[J]. 开放教育研究， 2016， 22（4）：25-31. [3] Lihua Wu，Jianping Feng，Shuqian He.Construction and implementation of the Three-Dimensional Virtual Panoramic Roaming System of Hainan Ecotourism[J]. Ecosystem Assessment & Fuzzy Systems Management， 2014： 339-351. [4] 於迪. 南京仙林大学城全景虚拟漫游系统的设计与实现[D]. 南京： 南京师范大学， 2013. [5] 武刚. 虚拟校园三维全景漫游系统探究与实现[J].现代教育技术， 2013， 23（5）：122-126. |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。