第六章 三维全景技术

目录

6.1 三维全景概述

6.2 全景照片的拍摄硬件

6.3全景照片的拍摄方法

6.4 三维全景的软件实现方法

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6.1 三维全景概述

全景（Panoramic）是一种使用相机环绕四周进行360度拍摄，将拍摄到的照片拼接成一个全方位、全角度的图像。这些图像可以在计算机或互联网上进行浏览或展示。

虚拟全景	利用3ds Max、Maya等软件，制作出来的模拟现实的场景
现实全景	利用单反数码相机拍摄实景照片，由软件进行特殊的拼合处理而生成的真实场景

三维全景（Three dimensional panorama）是使用全景图像表现三维虚拟环境的虚拟现实技术，也称虚拟现实全景。

6.1.1 三维全景的分类

• 柱面全景

柱面全景，就是人们常说的“环视”。柱面全景的拍摄原理：把拍摄的照片投影到以相机视点为中心的圆柱体内表面，可以以水平360度方式观看四周的景物。

优点	缺点
圆柱面展开后成为一个矩形平面，所以柱面全景图展开后就成为一个矩形图像，然后利用其在计算机内的图像格式进行存取。	用鼠标向上或向下拖动时，仰视和俯视的视野受到限制，既看不到天，也看不到地，即垂直视角小于180度。
图像的采集快捷方便。仅通过简单的硬件，如数码相机、三脚架、全景云台就可以实现采集，且不受周围环境的限制。

•  球面全景

球面全景图是将原始图像拼接成一个球体的形状，以相机视点为球心，将图像投影到球体的内表面。球面全景图可以实现水平方向360度旋转、垂直方向180度俯视和仰视的视线观察。

•  立方体全景

立方体全景图由6个平面投影图像组合而成，即将全景图投影到一个立方体的内表面上。立方体全景图可以实现水平方向360度旋转、垂直方向180度俯视和仰视的视线观察。

•  对象全景

对象全景是以一件物体（即对象）为中心，通过立体360度球面上的众多时角来看物体，从而生成对这个对象的全方位的图像信息。

• 球形视频

球形视频生成的是动态全景视频，观众可以看到全方位、全角度的视频直播。但是该项技术对网络带宽的要求较高，有可能限制其发展。

6.1.2 三维全景特点

三维全景特点	特点阐述
1.真实感强，制作成本低	基于照片制作的三维全景是以真实场景图像为基础，其构成环境是对现实世界的直接表现。
2.界面友好，交互性强	用户可以用鼠标或键盘控制环视的方向，进行上下、左右的浏览，也可进行场景的放大、缩小、前进、后退等，使用户能从任意角度、互动性地观察场景，具有身临其境的感觉。
3.文件小，可传播性强	三维全景以栅格图片为内容构成，文件小（一般在50KB-2MB之间），具有多种发布形式，能够适合各种需要和形式的展示应用。
4.可塑性和保密性强	可塑性就是可以根据不同的需求实现用户的目标，如：添加背景音乐、旁白、解说、添加天空云朵、彩虹等功能。同时可设计域名定点加密（全景只能在指定的域名下播放，下载后无法显示）、图片分割式加密等多种手段有效的保护图片的版权。

 6.1.3 三维全景的应用领域

1.旅游景点         2.宾馆、酒店         3.房地产         4.电子商务         5.军事、航天         

6.医学虚拟仿真         7.历史文化         8.公司企业         9.娱乐休闲场所         10.虚拟校园         

11.政府开发区环境

6.2 全景照片的拍摄硬件

6.2.1 硬件设备

1. 单反数码相机         2. 三脚架         3. 鱼眼镜头         4. 全景云台

6.2.2 硬件配置方案

        1. 数码相机+鱼眼镜头+三脚架+全景云台 

这种方法成本低，可一次性拍摄大量的素材，另一方面其制作速度较快，是目前主流的硬件配置方案。

        2. 三维建模软件营造虚拟场景

这种方法主要应用于那些不能拍摄或难于拍摄的场合，或是对于一些在现实世界中还不存在的物体或场景。如还没有建成的小区、虚拟公园、虚拟游戏环境、虚拟产品展示等。

6.3全景照片的拍摄方法

（1）柱面全景照片的拍摄

1. 将数码相机与三脚架固定，并拧紧螺丝。
2. 将数码相机的各项参数调整至标准状态（即不变焦），对准景物后，按下快门进行拍摄。
3. 拍摄完第一张照片后，保持三脚架位置固定，将数码相机旋转一个合适的角度，并保证新场景与前一个场景要重叠15%左右，且不能改变焦点和光圈，按下快门，完成第二张照片的拍摄。
4. 以此类推不断拍摄，直到旋转一周360度后，即得到这个位置点上的所有照片。

（2）球面全景照片的拍摄

1. 首先将全景云台安装在三脚架上，然后将相机和鱼眼镜头固定在一起，最后将相机固定在云台上。
2. 选择外接镜头。
3. 设置曝光模式。
4. 设置图像尺寸和图像质量。
5. 白平衡调节。
6. 光圈与快门调节。
7. 拍摄一个场景的两幅或者三幅鱼眼图像。

（3）对象全景照片的拍摄

1. 将被拍摄对象置于旋转平台上，并确保旋转平台水平且被拍摄对象的中心与旋转平台的中心点重合。
2. 将相机固定在三脚架上，使相机中心的高度与被拍摄对象中心点位置高度一致。
3. 在被拍摄对象后面设置背景幕布，一般使被拍摄对象与背景幕布具有明显的颜色反差。
4. 设置灯光，保证灯光有足够的亮度和合适的角度，且不能干扰被拍摄对象本身的色彩，一般设置一个主光源并配备两个辅助光源。
5. 拍摄时，每拍摄一张，就将旋转平台旋转一个正确的角度（360度/照片数量），以此类推，重复多次即可完成全部拍摄。

6.4 三维全景的软件实现方法

6.4.1 常见的三维全景软件

1.WPanorama        2.Pixtra OmniStitcher        3.PanoramaStudio        4.ADG Panorama Tools

5. Stitcher        6. Ulead COOL 360        7. 造景师        8. 漫游大师

6.4.2三维全景图的软件实现

（1）柱面全景图的软件实现

（2） 球面或立方体全景图的软件实现

（3） 对象全景图的软件实现

 

注：读书笔记摘自《虚拟现实与增强现实技术概论》