您的当前位置:首页正文

360°全景技术的应用和发展历程

2024-10-18 来源:威能网
ISSN 1009—3044 E—mail:kfyj@eeoc.net.CH ComputerKnowledge andTechnology电脑知识与技术 http://www.dnzs.net.an Vo1.6,No.3,January 2010,pp.713-715 Tel:+86—551—5690963 5690964 360o全景技术的应用和发展历程 全政环 (中国地震局地震研究所,湖北武汉430071) 摘要:360o全景可称为虚拟现实全景。目前360o全景制作所使用的较为普遍的硬件设备包括:数码单反相机,鱼眼镜头,全景云台以 及三角架等,通过这些设备进行图片资料的采集,然后经过 ‘定软件的拼接和多媒体制作软件的处理,最后再通过网页或者软件集 成的方法发布出来。360。全景的网页展示方式非常的多样化,它支持地图导航,热点虚拟漫游, 部网页、视频、动画、音频等的连接。 它还可以与三维地理系统联系起来 集成在钦件中进行展示,如Google Earth。总之,360o全景的应用领域十分广泛,不论商业领域, 文化领域,还是科技领域,甚至在地震灾害方面都能发挥它特有的优势。 关键词:360。全景;需求锄域;制作流程;拍摄设备;地震灾害 中图分类号:TH762 文献标识码:A 文章编号:1009—3044(2010)03—713—03 The ̄ipplication of 360。Panoramic Technology and Development Course QUAN Zheng——huan (China Seismological Administraiton and Institute of Seismology,Wuhan 430071,China) Abstract:360。panorama can be called Virtual reality panorama.Cu ̄endy,the most common equipmeP_ts of shooting 360 panorama con- rains DSLR,fish—eye lens,panorama head,tirpod and SO on.We can coUect pictures W. 11 the equ pn-cnts to,stitch with the speciifc soft— ware,and process with the multimedia making software,finally pubhsh works on the web page or integrate in a sofeware,such as Google Earth.In a word,j6 】。panorama has broad application fields,either in commerce or in civilization,or in science and technology,and even in the aspect of earthquake disaster it can also play a particular role. Key words:360。panorama;fields of recruitment;making process;shooting equipment;earthquake disaster 全景panorama)来源于希腊语,它的意思是“都能看见”。从广义上讲,360。全景是基于图像处理的虚拟漫游,也叫虚拟现实 fVirtual Reality) ̄景[1】。目前拍摄360。全景所使用的最为普遍的设备包括:数码单反相机,鱼眼镜头,全景云台以及三角架等。360。全 景按照拍摄方式的不同,可分为柱形全景、球形全景、以及对象全景。柱形全景,类似于宽屏幕的效果;球形全景包括了整个视域范 围;对象全景在于全方位的展示物体。360。全景的制作流程分为以下几步:1)全景拍摄模式的选择以及照片的采集;2)全景图的拼接 与合成;3)全景多媒体文件以及虚拟漫游的制作;4)成果的发布。 从19世纪开始,伴随着图形图像处理技术的进步,以及拍摄设备的不断改进,到了2l世纪,虚拟现实全景已开始在今日的国 际市场大展宏图。2008年国际市场涌现大量一次成像设备,成像的方式有静态图像模式以及视频模式,使全景的制作更加的便捷, 展示方式也更加的生动。 360。全景将是一项不断革新的技术,除了在商业上的应用,还将会在科技民生方面大展拳脚,如卫星探测计划,GPS车载导航。 1 360。全景的现实意义及发展历程 1.1 360。全景的现实意义 360。全景是一种基于图像的虚拟现实技术,它用真实的照片得到三维立体的感觉,这是一般图片和三维建模都无法达到的。 360。全景与一般图片一样都可以起到展示和记录的作用,但是一般图片的视角范围有限,也毫无立体感,而360。全景不但有360。的 视角,更可以带来三维立体的视觉感,让观者犹如身临其境。相对来说,三维建模立体感和沉浸感无疑比360。全景更强,但是三维建 模的制作投入较少的话,就会有画虎不成反类犬的后果,在希望达到非常真实程度的情况下,360。全景无疑是性价比较高的选择。 360。全景的拍摄和制作投入少,制作简单,一个全景从拍摄到完成制作发布只需要短短的几分钟时间,它的数据量很小,对系统的要 求低,适合各种方式,各种终端设备上观看。 全景虚拟现实的需求领域比较广泛。真实互动的360。全景和三维产品展示不仅可以为科学研究提供重要的图片资料,还可以 成为商家有效拓展业务范围,提供竞争力的手段。具体应用如下: 相关商业网络平台:如携程网、搜房网、爱国者全景(北京)网络科技发展有限公司等,采用360。虚拟三维全景和产品的三维展 示方式,为酒店、房产开发商以及汽车销售商提供服务。 医学领域的应用:如一张口腔全景图,清晰地展示了全口牙列的体层影像,从而提高了医师诊断的准确率,也为制定正确的治 疗计划打下了铺垫[21。 旅游事业:如旅游网站将景区的平面布置图与全景多媒体文件结合,做成热点链接,只需点击鼠标,即可从一个景点进入下一个 景点,引导访客实现网上虚拟旅游。 文化领域:如采用柱形或球形全景介绍其场馆建筑,而且用对象全景做工艺美术,绘画,雕塑,文物等360。三维展示,拖动鼠标,即 可观看目标对象的全貌。再如虚拟校园展示以及教育单位重点实验室展示和特殊课件制作[31。 作者简介:全政环(1983一),女,研究生,研究方向为三维GIS和虚拟现实技术。 本栏目责任编辑:贾薇薇 。 Compu ̄rKnowledge and Technology电脑知识与技术 第6卷第3期(2010年1月) 科学技术研究领域:2004年1月“探路者”火星探测器所拍摄的火星高清晰360。球状全景彩色照片。为人类研究火星提供了真 实又宝贵的的资源。 工程项目的展示以及地震监测环境和仪器的管理:如用于后期系统档案验收的黄河水利委员会各阶段可视化记录,结合GIS 的北京西城区规划,以及笔者本次所参与制作的广西壮族自治区地震局10个台站的环境及监测仪器的全景展示。 地震灾害领域的应用:全景展示具有真实性,全面性以及素材获取的便捷性。在地震发生现场,使用此法可以更全面的反映地 震发生时的地层破裂信息,断层信息以及滑坡泥石流堰塞湖等震害信息。这些信息可为地震应急部门,地震预报人员以及地震研究 人员,地震灾害损失评估提供珍贵的图像资料,也为地震决策部门迅速把握灾情,发布地震灾情信息,以及做出正确的决策提供可 靠的依据。图1是一张地震监测台站的全景图,它全面的展示了地震监测台站的环境。后期将全景图转换成视频文件后,我们就可以 任意的查看我们想看的每一个点,不遗漏重要的信息。 1.2 360。全景技术的发展历程 1.2.1 19世纪全景的发展 19世纪关于全景的最大创举就是全景相机的产生。那一时期的产物 包括传奇的Cirkut,Cirkut No.10相机采用一个扇状物控制的时钟机械装 置,使用10英寸胶片,可拍摄360。影像 。 1.2.2 2O世纪全景的发展 20世纪全景的拍摄设备在国内外展现出蓬勃的生机。在这一时期. 全景的拍摄器材包括宽幅相机,转机,摇头机,以及遮幅全景相机。 转机可称得上是“真正的全景照相机”,因为它可以把相机四周的景 物拍得最全。对于大范围的拍摄对象,可以将其围成一个圈来拍摄。转机 图1地震台站环境全景图 在中国使用的历史比较长,如1970年天津产的“晨光”、上海产的“海鸥”、山西产的“曲沃”,1990年代浙江上虞俞铁阶的“神龙”、广 东江门的“银河”等。在进口的同类相机中,瑞士生产的“环摄”fRoundshot)转机最为著名l1]。 摇头机的最大拍摄角为145。,可以手持拍摄。在常见的摇头机中,德国的诺宝(Noblen)、日本的威德勒克斯(Widelux)都是著名的品牌。 遮幅全景相机,是一种“假全景”的相机。由于这类相机镜头焦距未改变,故拍摄角度也没扩大,只能给人以全景照片的感觉 。 1.2I3 21世纪全景技术的发展 1.2.3.1全景拍摄设备的发展 2004年,Google公司开展了地图街景项目。街景(StreetView)拍摄是由一个多镜头摄像机完成,可安装在汽车或者人力三轮车 上。人力三轮车一般用于不允许汽车通行区域或者狭窄路段。用它所拍摄的图片质量总体来说还不错,但在某些角度图片有些模 糊,可能是曝光不足或者过度曝光。 2o05年1月,亚马逊旗下搜索引擎A9.com在本地搜索服务中首先推出了街景查看功能。该公司花了8个月时间,从2004年开 始用GPs定位车辆对美国22个城市的主要街道进行拍摄,在此基础上编辑出3500万张图片的庞大数据库。Google于2007年5月 30日推出了Google地图街景查看工具(Google Maps Street View),这是Google地图服务增加的一项新功能,可显示所选城市街道的 360度全景图像。另外,查看街景图的方式,还可以通过安装Google Earth软件,在输入经度纬度,或者地名,就可查询到某个城市某 一角的360。全景。 2008年,国际市场涌现出不少的一次成像设备,如Pano Pro公司和3DVista公司各自推出的一次成像设备,它配合特定的适配 器,可以在0.1秒左右捕获360。范围的景色。由于这类设备可自动将焦距和曝光量调节一致,因此使全景图的合成,更加的快捷方 便。但是它也有不足之处,由于垂直方向的视角只有105。,因此会在上下视野中出现两片空缺。同年,加拿大的POINTGREY公司也 优先推出了更加高端的视频全景拍摄设备,使静态的虚拟现实全景演变成为动态的虚拟现实全景。该公司提供从制作到观看的全 套软硬件设备,如球状视频全景设备Ladybug2和Ladybug3。Ladybug2有6个高质量的2.5mm焦距长度的微摄镜,Ladybug3有6个 高质量的3.3mm焦距长度的微摄镜[61。 此类设备所拍摄制作的视频文件,更加具有动态感,景随车动。观看者想看哪一点的全景,只要点击当前视频画面,移动鼠标, 即可观看该点任意方向的景物,犹如观看真实的视频全景电影。此设备制作的案例可参见国内蒙牛乳品研发中心的项目。 1.2-3-2全景图像质量以及查看器的演变过程 2000年,国内外的虚拟现实全景技术已经发展到炉火纯青的地步。人们已经不满足一般的二维全景的查看方式(如二维全景图 片浏览器Woanorama),开始采用球面变形,将一个2:1的矩形平面360。照片还原成一个球状全景,透视变形的结果产生一种模拟 三维的效果。我们也可以称之为“真正三维虚拟现实”【l1。目前市面上已经有很多制作球状全景的软件,如QuickTime VR、pano2VR 等。以Pano2VR为例,它可以将全景图转换成不同的投影模式,如矩形球面投影、立方体面片、柱形、头像条、十字形、T形,也可以将 这类图片转换成flash文件 全景的图像质量一直是全景摄影爱好者心头的一块肿瘤,由于受网络带宽,PC机处理器的性能及全景制作设备和播放插件的 限制,全景照片在分辨率,图像质量上与常规摄影作品相差太远。2000年10月份,苹果公司推出QuickTime 5播放器,并在接下来 几年又不断推出新的版本,到2009年,已经推出了第七版本系列。该软件的推出,使全景播放中的图像质量有了质的飞跃,Quick— Time支持大幅面的立方体全景,全景照片的显示尺寸不再受任何限制。现在我们已经可以在网上看到流畅的高清晰全屏全景。 2 360。全景的制作流程 此次讲述,笔者选择的硬件设施为:镜头机身可分离的单反相机,适马8mm鱼眼镜头,全景云台,三角架,快门线;软件配置为 PTGui Pro,photoshop以及Pano2VR,并以此来讲述柱状和球状全景的制作过程。另外,对象全景的制作可以选用Object2VR来完成, 它的制作过程与pano2VR近似,在此不做详述。 2.1照片的拍摄 照片的拍摄是全景制作的重要一环。拍摄镜头我们选用鱼眼镜头,由于鱼眼镜头的视野范围超过180。,所以镜头旋转一周只需 拍摄4张张即可合成一张全景图。若选用普通镜头,则须拍摄多层,且每层需根据镜头焦段的不同张数也有所不同,增加了不少工 714* 计算机工程应用技术 本栏目责任编辑:贾薇薇 第6卷第3期(2010年1月) 作量。根据经验,拍摄时,有以下几点需注意: ComputerKnowledge andTechnology电脑知识与技术 1)为了防止照片局部变形严重的情形,以拍摄6张为宜,以全景云台来确定转动的角度。 2)拍摄模式建议选择手动模式。 3)对于拍摄一周的照片,以下参数应该一致:尺寸大小一致;焦距一致;快门速度和光圈一致;白平衡一致。 4)为了降低照片中的噪点,拍摄过程中不要打闪光灯,且ISO值不宜过高。一旦噪点过多而又无法补拍,我们可以选用噪点消 除软件来处理,如Noiseware。 ‘ 5)相机需以镜头的光学中心为轴旋转拍摄,以保证照片拼接的无错位。通过调节全景云台上的刻度,找到镜头节点,并记住相 应的刻度.以后遵循此刻度安装云台。 6)拍摄时,镜头最好上仰5度左右,以完全覆盖天顶部分。 7)使用三角架进行拍摄,并调整三角架或者云台上的气泡来使相机水平。 2.2全景图的合成 启动PTGui Pro,并加载要拼接的图片,输入镜头参数,选择对准图像,一般情况下,到此步,全景图已经合成了,个别情况下,软 件无法找到足够的控制点而无法合成全景图,就需要手动添加控制点并进行优化,直到可以合成拼接成功的全景图。 接下来是祛除全景图中脚架的部分。启动Pano2VR软件,输入已经拼好的全景图,将图片转换成6个立方体面片,再用photoshop 修补有脚架的面片,脚架祛除后,重新选择输入6个立方体面片,然后将立方体面片转换为与祛除脚架前大小一致的矩形球状全景图。 2.3 360。全景多媒体文件的制作 首先回到刚刚Pano2VR已经生成理想全景图片的界面,然后打开参数设置一栏,调节flash首显画面.以及视场的缩放程度和 缩放限制范围,利用此软件,还可以为多媒体文件添加音频文件和热点交互区域,热点交互可以连接全景flash文件以及网页。 Pano2VR的输出文件有三种模式:lfash模式、QuiekTime模式以及变形模式。 选择Flash模式,其中皮肤编辑器是重要一环节,通过编辑皮肤工具,设计更加多样化的播放按钮,并且可以在全景中添加地图 或索引图自动导航,此地图可显示可隐藏。 选择QuikeTime模式(即QTVR模式),可以生成/nOV格式的文件,此文件需由苹果公司所研发的播放器QuikeTimeHayer来播放。 选择变形模式,通过选定不同的图片输出模式,如(极坐标投影(小行星效果)),矩形球面投影等,可以生成各种png格式的变 形缩略图,图2为小行星效果的缩略图,此图片可以作为热点漫游中衔接的标志,点击它,即可以进入此图片所对应的全景视频。 此外,随着全景多媒体文件制作工具的更新换代,它的展示方式变得更加丰富,如2008年6月发布的任我游RM Virtual Tour V2.2,相对于Pano2VR来说,它除了具备和Pano2VR一样的功能外,还可以连接外部的视频、动画文件。 2.4将制成的多媒体文件发布到网站 这个过程涉及到网站的建设。利用ASP.net以及Java技术,编写程序,将flash或者nov文件添加到与场景所对应的规划图或者 各类地图上,最后再将生成的html文件发布到网站。 3 360。全景技术的感想 针对全景的发展现状,笔者提出以下几点感想: 1)随着网络带宽以及PC机性能的普遍改善,图像的质量将得到普遍的提高.数据 的更新也会更便捷。 ’ 2)360。全景将在车载导航中大显身手。目前Google正进军GPS车载导航,通过 MapAPI来使用街景及其他数据。GPS导航的发展趋势将使汽车能与家用个人电脑使 用相同的服务。希望将来使用速度更快的无线通信网,以谷歌的地图数据为依据,对设 施实行三维图像显示。将来,估计会需要类似于电脑键盘的、更安全的汽车专用用户界 面。如果车载导航仪能与云计算(Cloud Computing) ̄备连接,便可经由通信网络进行服 务升级.使车载导航仪达到互联网的速度[71 3)360。全景的智能获取方式。未来应该创造出更加智能的拍摄仪器,通过人工操 作使其深入一些人类无法进入的区域进行拍摄,从而获取宝贵的资料。2005年,埃姆斯 研究中心的的Randy Sargent和Charmed实验室有限公司的的Rich LeGalrand一起为 标准数码相机设计和制造了一款千兆像素的机器人平台——Gig印an。Gigapan本质上 一图2极坐标投影(小行星效果) 种智能的三角架,使用者调节好全景摄影机的左上角和右下角,它就可以进行自动 化的拍摄。2008年底,他们已推出较大型摄影机专用元件。目前,一种慢速拍摄的Gigapan机器人设备正在开发中嘲。 4)360。全景通过Goole Each的完美展示,为真三维地理信息系统技术及应用打下了很好的铺垫,希望将来在更多领域发挥它 的潜在价值。 参考文献: [1】白木,周洁.漫谈全景摄影[J].摄影与摄像,2003(10):48—49. [2】张丽芳,林新平.全景片在口腔正畸临床上的应用『J].现代口腔医学杂志,2006,20(5):536~538. [3】http://www.jietusof1.com/solution_edu.htm1. [4】钱元凯.全景摄影全方位[J].中国摄影,2004(1):123—144. [5]陈瑞祥.话说全景照相机[J】.照相机,1996(2):26—27. 【6】http://www.ptgrey.corn/index.asp. 【7】http://industry.yidaba.com/dzdgdq/200908/2801054010061001000001 10834.shtm1. [8】火星全景摄影技术使全景拍摄轻而易举[J】.军民两用技术与产品,2009(7):35—35. 本栏目责任编辑:贾薇薇 计算机工程应用技术 *715 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容