三维全景范文第1篇
1 实现虚拟校园的技术分析
虚拟校园系统的实现主要有两种方式:一种是采用三维场景实现建模及漫游, 另一种是基于360°全景技术的方式。三维场景建模方式是构建虚拟环境的传统方法, 它首先通过建立目标场景的三维几何模型的方法来构建目标场景的骨架, 再利用着色、渲染、光照、投影等处理手段增强其真实感, 产生虚拟场景。基于360全景技术的方式是通过对一组有照相机活着摄像机拍摄的实景图像进行一定的图像操作, 将这些图像组合起来构建虚拟场景。
1.1 三维场景建模方式
通过三维建模的方式可以使浏览者对校园环境产生身临其境的感觉, 校园中的事物都栩栩如生的呈现在我们的眼前, 三维虚拟校园模拟真实世界, 减少处理时间, 提高效率, 提供了一个生动的校园空间建设三维虚拟校园。但是三维建模亦有不足的地方: (1) 几何模型需要手工创建, 人力、物力、时间投入很大; (2) 由于漫游的实时性, 现有技术下表现引擎的性能限制了场景的复杂程度和表现质量; (3) 通常需要专用的3D表现引擎, 这限制了虚拟现实的广泛应用, 缺乏实用性。简而言之, 建模法逼真度不是很高, 易控制。
1.2 3 6 0°全景技术
实景虚拟校园是基于全景图像的真实场景虚拟现实技术, 它是把相机环绕360°拍摄的一组或多组照片拼接成一个全景图像通过友好的交互界面, 使用户直观、真实地感受虚拟校园景观。利用全景技术实现的虚拟系统具有明显的优点: (1) 采用的是实景图像, 逼真度高, 有照片级的真实感; (2) 直接从图像到图像, 不需要复杂的建模过程, 因而图像生成速度快, 交互显示的开销与场景复杂度无关; (3) 制作虚拟场景的工作量小, 对硬件的要求不高, 适合普通个人计算机上的应用, 实用性高。
2 基于全景图的虚拟校园的实现
基于全景图的虚拟校园的实现可以分为两步: (1) 生成全景图; (2) 实现漫游浏览。
现在有很多文献和商业软件针对全景图生成和制作方法进行研究和实现, 全景图生成的基本步骤包含模型选择、图像采集、图像拼接、图像融合。
(1) 全景模型的选择:根据投影方式的不同, 一般分为立方体模式、圆柱体模式、球面模式。模型的选择决定了拍摄的方式、选用设备、2D数字图像加工方法。
(2) 图像采集:图像采集通常有两种方法, 一是用全景拍摄器材进行拍摄, 这样很容易得到全景图像, 但是拍摄设备比较昂贵, 影响了其应用;二是利用普通数码相机在固定点拍摄多张图片, 然后进行拼接生成全景图。因此, 图像拼接技术在全景图生成中是核心技术。
(3) 图像拼接:全景图像拼接生成算法主要分为三类:基于相位的方法、基于流的方法和基于特征的方法。 (1) 基于相位的方法:该方法利用傅里叶变换、小波变换等先对图像进行变换, 再利用变换后的图像的某些特征进行匹配。但如果存在空间上的局部变化, 就会导致该方法产生较大误差。 (2) 基于流的方法:也叫基于面积的方法。该方法是通过比较两幅图像亮度差异, 并使之最小化来寻找最佳匹配点的。基于面积方法的缺点就是它的计算量明显偏大。 (3) 基于特征的方法:该方法的主要思想就是从一幅图像中提取一定的特征, 如:点、线、边缘等等, 并用此特征为匹配模板, 在第二幅图像中搜索。该方法可以提高计算速度, 但是提取合适的图像特征比较困难。
(4) 图像融合。在拼接工作完成后, 重叠区域会造成锐利的图像边缘, 利用图像融合技术实现相邻图像的自然过渡。
全景图实现后, 要实现全景图的漫游, 也就是在已经得到的全景图中进行交互和跳转。用户通过交互式界面, 实现对虚拟系统进行有选择的浏览和漫游。
利用基于全景图的虚拟系统开发中涉及到的技术, 现在已有一些商业软件可以使用。经实验比较, 发现利用REALVIZ S t i t c h e r实现全景图的制作, 虽然STITCHER的目的实现图像自动无缝拼接, 使一系列相互重叠的照片拼在一起, 形成全景图。但是拼接的全景图不能实现漫游的功能。而友立COOL 360度软件可以将数码相机连拍的照片制作成全景图之后, 可以在友立专业的图像浏览器中可以用鼠标控制影像的位置, 同时影像也是像电影一样自动播放。但是在每幅照片的拼接边界由于拼接角度的问题, 总会产生微小的变形或重影。
3 应用举例
本例以沈阳师范大学时代广场为视点, 建立虚拟校园系统。首先, 选取广场中心位置, 用数码相机选取几个对应方位, 每隔相同角度拍摄一幅照片, 形成一组有重叠的全景图片, 由于光线和一起问题, 不同照片有色差, 通过图像处理使一组图片达到基本一致的曝光度, 以便每张照片更好的融合和拼接。然后, 结合RE AL VI Z Stitcher和Ulead COOL 360软件的特点, 先后使用两个软件, 最终输出MOV格式的全景视频, 此视频可以进行交互式浏览, 用户可以通过拖动鼠标进行上下左右旋转以改变视角。实现的全景图如图1所示。
4 结语
由于采用真实图片, 实现结果使用户有身临其境之感。相对实现虚拟校园的其他方法, 结合现有软件的优缺点, 选择合适商业软件, 大大减小了工作量, 缩短了工作时间, 减少了存贮空间, 降低数据量更有利于实现网上虚拟漫游。另外, 该技术可应用于网站建设、电子商务、房地产展示、虚拟旅游、地理信息系统、宾馆酒店、虚拟展示等领域。
摘要：利用全景漫游的技术来建立具有真实感的虚拟环境是近年虚拟现实技术研究的热点。虚拟校园是数字化校园的基础和平台, 开展虚拟校园的研究, 具有重要意义。本文以普通数码照相机拍摄的序列图像为基础, 探讨基于全景拼接的虚拟校园系统的实现。
关键词：虚拟现实,虚拟校园,全景图,拼接技术
参考文献