朱可

摘要：全景（英文名稱是Panorama）是把相機(jī)環(huán)360度拍攝的一組或多組照片拼接成一個(gè)全景圖像，同時(shí)包括使用3維軟件創(chuàng)建生成的全景圖像。

關(guān)鍵詞：全景；VR；虛擬現(xiàn)實(shí)；成像算法；建模與渲染

中圖分類號(hào)：TU238.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2017）06—0132—02

引言

全景虛擬現(xiàn)實(shí)（也稱實(shí)景虛擬）是基于全景圖像的真實(shí)場(chǎng)景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它通過計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全方位互動(dòng)式觀看真實(shí)場(chǎng)景的還原展示。在播放插件（通常Java或html、aetivex、flash）的支持下，使用鼠標(biāo)控制環(huán)視的方向，可左可右可近可遠(yuǎn)。使觀眾感到處在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境當(dāng)中，好像在一個(gè)窗口中瀏覽外面的大好風(fēng)光。

全景技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)和室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用由來已久，室內(nèi)設(shè)計(jì)是較早使用全景及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)技術(shù)的行業(yè)，與傳統(tǒng)的平面效果圖相比從初期的意向交流到后期的全景效果呈現(xiàn)，客戶可以更直觀的體驗(yàn)到在完成的屋子中的場(chǎng)景，更真實(shí)的欣賞著設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意與想象，這就是技術(shù)進(jìn)步下的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)給室內(nèi)裝飾領(lǐng)域帶來更新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

1大環(huán)境所帶來的改變

在新一輪的資本寒冬的影響下，以虛擬現(xiàn)實(shí)VR為代表的包括全景及AR等新一代交互技術(shù)正成為僅有的幾個(gè)為數(shù)不多的資本青睞方向，建筑裝飾等行業(yè)傳統(tǒng)行業(yè)的企業(yè)雖然大多并不采用風(fēng)投融資的成長(zhǎng)策略，但是不論主動(dòng)還是被動(dòng)都會(huì)去迎合這一輪技術(shù)變革所帶來的認(rèn)知升級(jí)。無論在對(duì)客戶效果呈現(xiàn)或是既有成品的重置整理，全景成像模式的應(yīng)用都逐漸成為率先應(yīng)用這一技術(shù)的公司在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出的重要砝碼。

在眾多的建筑行業(yè)企業(yè)中，先一步應(yīng)用全景技術(shù)的企業(yè)是一些互聯(lián)網(wǎng)+模式的家裝公司及地產(chǎn)商的樓盤展示，這得益于這類公司對(duì)于前期投資的態(tài)度及模式與以“項(xiàng)目”為基本單位的設(shè)計(jì)和施工企業(yè)有著更大的自由度與優(yōu)勢(shì)，這使得后者在跟上這一輪技術(shù)更新的步伐上會(huì)有一定程度的落后，但并不妨礙整個(gè)行業(yè)從單一平面呈現(xiàn)向全景呈現(xiàn)過渡的大勢(shì)所趨。

2基于全景圖像的虛擬技術(shù)與基于多邊形虛擬現(xiàn)實(shí)相比，具有以下的優(yōu)勢(shì)

（1）真實(shí)性強(qiáng)，實(shí)景場(chǎng)景攝影，真實(shí)逼真的還原表現(xiàn)。

（2）播放設(shè)備硬件要求低，普通電腦均可播放，無需專門工作站。

（3）開發(fā)周期短，開發(fā)成本低。拍攝制作比三維制作速度快，時(shí)效性強(qiáng)。

（4）導(dǎo)覽性、交互性強(qiáng)?？膳cflash技術(shù)無縫結(jié)合。

（5）畫面質(zhì)量高，高清晰度的全屏場(chǎng)景，令細(xì)節(jié)表現(xiàn)完美。

（6）數(shù)據(jù)量小，非常適合網(wǎng)絡(luò)式訪問觀看。

基于靜態(tài)圖像的虛擬全景技術(shù)是一種在微機(jī)平臺(tái)上能夠?qū)崿F(xiàn)的初級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。它具有開發(fā)成本低廉，但應(yīng)用又很廣泛的特點(diǎn)，因此越來越受到人們的關(guān)注。特別是隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)越性更加突出。它改變了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平淡的特點(diǎn)，讓人們?cè)诰W(wǎng)上能夠進(jìn)行360度全景觀察，而且通過交互操作，可以實(shí)現(xiàn)自由瀏覽，從而體驗(yàn)三維的VR視覺世界。

全景由于給人們帶來全新的真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)感和交互式的感受。它可廣泛應(yīng)用于三維電子商務(wù)，如在線的房地產(chǎn)樓盤展示、虛擬旅游、虛擬教育等領(lǐng)域。

3全景拍攝的技術(shù)原理簡(jiǎn)析

拍攝的相機(jī)鏡頭可以分成廣角鏡頭和普通鏡頭兩種。使用廣角鏡頭拍攝全景所使用的相機(jī)數(shù)量要比普通鏡頭的少。理論上來說，兩個(gè)水平180°+的廣角相機(jī)即可完成全景圖像的拍攝，但是由于廣角鏡頭邊緣部分的圖像信息損失比較嚴(yán)重，由此制作出來的全景圖像效果很差，所以一般采用≥3的廣角相機(jī)進(jìn)行拍攝。

魚眼鏡頭是一種超廣角鏡頭，一般的定義是視角達(dá)到180度的鏡頭就稱之為魚眼鏡頭。在135畫幅的相機(jī)上，16ram的鏡頭就可以達(dá)到180度的視角，所以我們長(zhǎng)久以來把焦距16mm以下的鏡頭都稱為魚眼鏡頭。魚眼鏡頭最大的作用是視角范圍大，這為近距離拍攝大范圍景物創(chuàng)造了條件；且魚眼鏡頭具有相當(dāng)長(zhǎng)的景深，有利于表現(xiàn)照片的長(zhǎng)景深效果。

一個(gè)360度的全景圖用魚眼鏡頭來拍攝制作，只需要拍攝幾張就可以了，加上使用了數(shù)百萬像素的單反數(shù)碼相機(jī)，我們可以輕易的將圖像導(dǎo)入全景拼合軟件，能很方便的生成一張360度的高清晰全景。

全景攝影現(xiàn)階段存在的技術(shù)要點(diǎn)

（1）魚眼鏡頭畸變的矯正

使用廣角鏡頭所拍攝出來的圖像形變通常非常嚴(yán)重，這就需要對(duì)廣角鏡頭進(jìn)行標(biāo)定和畸變校正。而通常所用的魚眼鏡頭模型有如下兩種：1、球面模型；2、多項(xiàng)式模型（當(dāng)然不乏很多改進(jìn)的模型）

這兩種模型矯正出來的圖像區(qū)別并不是很大，而且肉眼看上去非常正確。但是模型畢竟是模型，都是基于針孔模型發(fā)展出來的，針孔模型畢竟只是對(duì)相機(jī)成像過程的近似。這兩個(gè)模型矯正出來的圖像跟實(shí)際物體長(zhǎng)寬等比例關(guān)系還是有一定的出入，這樣如果需要像baidu全景配合點(diǎn)云設(shè)備來識(shí)別墻面/將墻面可視化，就會(huì)出現(xiàn)全景圖像和點(diǎn)云不匹配的情況。這就需要將魚眼模型做到力求準(zhǔn)確。

如果采用的是普通的鏡頭，畸變很小，跟點(diǎn)云配合也準(zhǔn)確，但是有一個(gè)問題是廣角鏡頭和普通鏡頭都無法回避的問題——視差。

（2）視差

視差在攝影系統(tǒng)中無法避免。由于全景系統(tǒng)中相機(jī)和相機(jī)的光心/焦點(diǎn)之間的距離不可忽略，在拼接之前相鄰兩個(gè)圖像中就會(huì)產(chǎn)生視差。而且越近的物體產(chǎn)生的視差越大，在圖像拼接/圖像融合的時(shí)候會(huì)差生越大的麻煩。對(duì)于視差較小的相鄰兩幅圖像來說，可以用圖像融合技術(shù)來處理，而對(duì)于較大視差的圖像，目前的技術(shù)是寄希望于更好的的融合算法或改進(jìn)的相機(jī)模型（這里轉(zhuǎn)換為雙目視覺應(yīng)該也是可以的，只是計(jì)算量會(huì)比較大，效果也不一定會(huì)很好）

（3）圖像融合

圖像融合算法在全景技術(shù)中得應(yīng)用需要解決視差和色差（相同型號(hào)不同相機(jī)在不同環(huán)境下成像顏色可能會(huì)有些不同）所帶來得問題。而好的圖像融合算法不僅僅需要達(dá)到好的效果，還需要較高的性能來應(yīng)付海量的室內(nèi)圖像。

完成了全景圖像的融合后接下來就可以將全景的圖片進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)或者漫游的終端化，將全景圖片用專業(yè)的軟件轉(zhuǎn)變成用戶可識(shí)別的瀏覽模式。

制作出來的虛擬漫游可以廣泛運(yùn)用于房地產(chǎn)展示、旅游景點(diǎn)介紹、賓館酒店展示、汽車展示和城市景觀展示等，觀看者無需到現(xiàn)場(chǎng)即可獲得身臨其境的感受。無論初學(xué)者還是制作虛擬漫游的專業(yè)人士，都能夠運(yùn)用軟件制作出令人滿意的作品。漫游大師可以發(fā)布成FlashVR（HTML）、exe、SWF以及運(yùn)用在iPad等蘋果設(shè)備上觀看的HTML5格式的三維虛擬漫游。令用戶有更多的選擇。

4全景技術(shù)在室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展

全景技術(shù)在室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展得以實(shí)現(xiàn)取決于下面兩個(gè)方向的技術(shù)進(jìn)步所帶來的變化。

（1）三維建模技術(shù)的提高給全景技術(shù)在室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)應(yīng)用中帶來的發(fā)展三維建模技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)，通過3D軟件對(duì)室內(nèi)的空間環(huán)境進(jìn)行具象化生成，實(shí)現(xiàn)抽象空間具象化的設(shè)計(jì)步驟。相比早年間，設(shè)計(jì)師的硬件條件的提高與軟件算法優(yōu)化的進(jìn)步使得3D軟件越來越能夠承受更為復(fù)雜的模型細(xì)節(jié)與更大場(chǎng)景的展現(xiàn)。這使得從單一角度效果圖向全景效果呈現(xiàn)轉(zhuǎn)變有了硬件的基礎(chǔ)。

（2）三維渲染技術(shù)的進(jìn)步給全景技術(shù)在室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)應(yīng)用中帶來的發(fā)展對(duì)于將設(shè)計(jì)成果全景化這一進(jìn)程，軟件的開發(fā)企業(yè)比之設(shè)計(jì)從業(yè)人員有著更高的積極性與緊迫感，這點(diǎn)在三維的渲染技術(shù)軟件升級(jí)和更新上體現(xiàn)的尤為明顯，現(xiàn)在三維軟件對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的支持已經(jīng)越發(fā)成熟。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建完模型之后，最重要的一步就是給模型進(jìn)行渲染，只有經(jīng)過渲染才能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)的真實(shí)感，否則還是停留在二維的抽象想象。三維軟件的全景渲染與真實(shí)場(chǎng)景的全景拍攝的原理相同，但是達(dá)成更為便捷，其最關(guān)鍵的區(qū)別在于沒有“圖像融合”這一步驟，因此甚至跟本不需要進(jìn)行任何的設(shè)備與硬件的升級(jí)，僅僅變換一下軟件當(dāng)中的參數(shù)就能夠完成從平面效果圖向全景效果呈現(xiàn)的轉(zhuǎn)變。伴隨著支持全景虛擬現(xiàn)實(shí)的終端越來越普及，室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)行業(yè)的“全景化”進(jìn)程將是一個(gè)加速度的擴(kuò)張過程。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用會(huì)給我們的生產(chǎn)生活帶來了很多的便利，但是技術(shù)工具永遠(yuǎn)都是思維的載體，全景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以使設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意更好的展現(xiàn)在客戶的面前，然而表現(xiàn)的好壞并不能意味著設(shè)計(jì)的合理與否。因此，我們必須樹立正確的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用觀，唯有這樣才能促進(jìn)社會(huì)和行業(yè)的健康發(fā)展。