虚拟现实全景技术
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一般地，如果两幅图像有相同的视点，或是捕获 平面场景时，图像整合问题可以形式化IR={M,I1,I2}, 它满足 I2(k’, l’)=I1(M(k,l)) 其中M是一个平面投影变换，完成从图像I1到图像 I2的变换，(m0,m1,…,m7,m8)是变换参数。如果用齐次 坐标表示，整合变换M可以写为 m0 m1 m2 k u v = m3 m4 m5. l m6 m7 m8 1 a 其中(u,v, a)是齐次坐标点，它对应的图像笛卡尔坐标 是:k’= u/a,l’=v/a.
视点空间内操纵：操纵视角，360。全视野
视点空间间操纵：位置变化、时间变化、超现实场
景变化
虚拟全景空间
VPS的组成：
全景图像生成器 空间编辑器：把不相干的全景图像组织 成用户可以任意漫游的虚拟全景空间 VPS浏览器：提供给用户漫游功能
虚拟全景空间
全景图像：能反映全局场景的图像（Panaromic Image） 局部图像：反映用户在某一视角看到的场景
虚拟全景空间
N维虚拟空间能反映虚拟空间在时间上的变化， 风景名胜岁季节的变化，白天黑夜的变化等 N维虚拟空间中视点的变化可以不局限于物理时 空，如在教学楼中安排一间美国总统办公室等 这样的N维虚拟空间称为虚拟全景空间（Virtual Panoramic Space）
虚拟全景空间
VPS由众多视点组成，视点空间是VPS的基本组 成单元； 空间操纵：用户通过一定手段可以在虚拟空间中 漫游；
虚拟全景空间
基本定义：视点空间 （1）视点：指用户在某一时刻在场景中的观察点， 观察时所用的焦距固定。 （2）视点空间：在某一视点处，用户所观察到的 场景。 视点空间定义限定了视点的位置，对观察方向未 作任何限定，即视点空间包含任意观察方向上用 户所看到的全局场景。
虚拟全景空间
虚拟全景空间： 单个视点空间反映的是一个三维点空间，而一个 虚拟现实系统往往需要建立一个N维的虚拟空间； 点空间:用户只能靠改变视角来观察不同的场景； N维的虚拟空间：用户可通过改变空间位置观察 不同的场景；
全景技术常用的硬件
鱼眼镜头示意图
全景头示意图
全景技术常用的硬件
4 旋转平台 制作对象全景作品，必须获得对象物体的一系列多 个角度图片，在拍摄时为了得到较好的效果，通常 使用普通数码相机或数码摄像机进行拍摄，可采用 旋转平台辅助拍摄，以保证旋转时围绕着物体的中 心
全景技术常用的软件
常见的全景制作软件： 著名软件企业：3Divsta、Ipix、Iseemedia、 Ulead、上海杰图等。 常见合成软件：Panotool、Photovista、Ipix、 PixMaker、Ulead cool360、造景师等 常见播放工具：Ptviewer，Iseemedia的Realtime Viewer，Quicktime Player等。 发布制作工具：国内的漫游大师，国外的3Dvista publisher，IBM Hotmedia等。
虚拟全景空间
立方体全景(cubic Panorama)： 这种全景照片是 由前，后，左，右，上，下6张照片无缝拼接而成。 相机位于立方体的中心，也是全视角,实际效果与 球形全景类似。 与其它几种全景图制作方法相比，立方体全景照 片的制作比较复杂，首先拍摄照片时，要把上、 下、前、后、左、右6个面全部拍下来，也可以使 用普通数码相机拍摄，只不过普通相机要拍摄很 多张照片（最后拼合成六张照片），然后再用专 门的软件把它们拼接起来，做成立方体展开的全 景图像，最后把全景照片嵌入到展示的网页中。
⒈ 数码相机 不能用老式胶片相机。 ⒉ 鱼眼镜头 价格较高，鱼眼镜头又称全景镜头，属于超广角 镜头，视角等于或大于180°，鱼眼镜头分两种， 一种是圆形鱼眼镜头，另一种是对角线鱼眼镜头。
全景技术常用的硬件
全景技术常用的硬件
⒊ 全景头 全景头又名全景云台，是区别于普通的相机云台的高 端拍摄设备。 此类云台都具备两大功能： 1.可以调节相机节点在一个纵轴线上转动； 2.可以让相机在水平面上进行水平转动拍摄；从而达 到使相机拍摄节点在三维空间中的一个固定位置进行 拍摄，保证相机拍摄出来的图像可以使用造景师软件 进行三维全景的拼合。另一方面，全景云台需有三 角支架做支撑。
全景图的建立
全景图的生成有二种方式: (1)利用专用照相设备,例如全景相机、带有鱼 眼透镜的广角相机等。这些专用设备价格昂贵, 不易普及使用。 (2)图像拼接,即用普通数码相机拍摄一系列相 互重叠照片,然后拼接。该方法操作简单,能对 曝光进行控制,因此得出的全景光强分布比较均 匀,生成的全景图具有照片真实感。关键问题是 如何对齐使拼接后无缝隙。
可以分别由序列两
头向中间方向逐次整 合，以减少积累误差。
虚拟全景空间
全景特点：
1.真实感，基于对真实图片的制作生成，相比其 他建模生成对象更真实可信。
2.比平面图片能比能表达更多的图像信息，并可 以任意控制，交互性能好。 3.经过对图像的透视处理模拟真实三维实景，沉 浸感强烈，给观赏者带来身临其境的感觉。 4.生成方便，制作周期短，制作成本低。 5.文件小，传输方便，适合网络使用，发布格式 多样，适合各种形式的应用。
虚拟全景空间
定义（2）
全景摄影是把相机环360度拍摄的一组照片拼接 成一个全景图像，用一个专用的播放软件在互联 网上显示，并使您能用鼠标控制环视的方向，可 左可右可近可远。使您感到就在环境当中，您好 像在一个窗口中浏览外面的大好风光 。
虚来自百度文库全景空间
定义（3）
全景，是对场景的超大视角乃至360度完整场景 范围进行展示的照片。 通过对专业相机捕捉整个场景的图像信息用软件 进行合成，用专门的播放器进行播放，把二维的 平面图模拟成真实的三维空间，呈现给观赏者。 给观赏者提供各种操纵图像的功能，放大缩小， 各个方向移动观看场景，达到模拟和再现场景的 真实环境的效果。
虚拟全景空间
基于图像的虚拟以站立节点为单位，观看的视点是
预先设置好的，不能像基于多边行的三维虚拟空间
那样，可以漫游走到任意的站立点观看。 一个好到交互导航设计结合节点的变换，同样能达 到好的虚拟导览展示效果，弥补基于图像全景虚拟 的这一缺陷。
Contents
虚拟全景空间
1 2
全景技术相关的硬件和软件
虚拟全景空间
全景图像的制作：
怎样生成三维全景呢？——硬件和软件 拍摄：需要相机和鱼眼镜头、云台、三角架等硬 件来拍摄出鱼眼照片 照片的数字化和全景照片的合成：使用全景拼合 发布软件把拍摄的鱼眼照片拼合 选用播放软件并把它嵌入网页，发布成可以播放 和浏览的格式。
虚拟全景空间
360全景互动展示作品：
全景照相机 选择视点 及场景 普通照相机 拼接 融合
生成 全景图
全景图
根据图像间运动类型的不同，变换可以 分为平移变换、仿射变换、透视变换三种基 本类型。
(a)平移
(b)仿射
(c)透视
全景图
二、全景拼图 图像整合考虑两幅图像间的变换，拼图考虑 的是怎样根据整合变换把一系列图像正确地 缝合在一起。 存在的问题:每一对图像的整合都存在一定的 误差，这些误差积累起来就会使得图像序列 中的第一幅和最后一幅图像之间出现较大的 缝隙。
虚拟全景空间
讨论？
360度全景图像是否是真正的虚拟现实？
当定点在某一视点向四周进行环视时，虚拟现实与
基于三维全景照片的观赏效果一样。 在观赏三维互动全景照片时，人们的确获得了这种 在“真正VR”场景中一样的空间感、方位感和沉浸 感（除了不能向任意方向漫游外），说明它并没有 枉担“三维”之虚名。
虚拟全景空间
注意：观察者从立方体内部中心位置看
全景图
全景图可由绕相机中心旋转所拍摄的一 组照片拼和而成。 这里所谓的“拼合”就是把相互有重叠 的照片无缝地拼接在一起，我们称这一 技术为拼接。 图像的核心技术称为图像整合，即寻找 图像间的对应关系以及对应关系之间的 映射。
全景图
一、图像整合
虚拟全景空间
全景应用：
全景以其可以真实快速表现360度范围场景的信息， 能给客户带来身临其境的感觉，应用非常广泛 1、全景虚拟导览介绍（交互式漫游） 2、旅游景点虚拟导览展示 3、酒店网上三维全景虚拟展示 4、房地产行业虚拟全景运用 5、产品商业全景展示应用 6、娱乐休闲空间三维全景虚拟展示应用 7、汽车三维全景虚拟展示应用 8、虚拟校园三维全景虚拟展示应用 9、政府开发区环境展示
虚拟现实与人机交互
余月
Contents
虚拟全景空间
1 2
全景技术相关的硬件和软件
全景图的拍摄与制作 全景视频
3
4
虚拟全景空间 虚拟全景空间 ——基于图像渲染的虚拟现实系统
虚拟全景空间
全景图像实际上描述的是一个二维的全光函数， 即在全光函数P7=P(Vx ,Vy ,Vz ,θ,φ,λ,t) 中，全景图 像描述了固定视点（Vx ,Vy ,Vz）、时间t与波长范 围λ的情况下，变化观察视角（θ,φ）得到的任意 观察方向上所看到虚拟场景集； 以全景图像技术为基础构建出的虚拟全景空间是 当今最成熟、最实用的一个基于图像渲染的虚拟 现实系统；
虚拟全景空间
柱形全景：把拍摄的照片投影到以视点为中心的 有限高度的圆柱上，从而水平360度观看四周的 景色，但用鼠标向上下拖动时，上下的视野将受 到限制，看不到天顶，也看不到地底。即垂直视 角小于180度。 柱形全景图的真实感有限, 但制作简单,属于全景 图的早期模式应用
虚拟全景空间
球形全景：把拍摄的照片投影到以视点为中心的圆 球上从而能水平360度，垂直180度，即全视角 360X180观看全景照片。可以说用户已经融入了虚 拟环境之中了。 因为特殊的外形，球形全景照片的制作比较复杂， 首先必须用专业的鱼眼镜头拍摄2-6张照片，然后 再用专门的软件把它们拼接起来，做成球面展开的 全景图像，最后把全景照片作品嵌入网页中。
虚拟全景空间
全景图像的定义（1）
全景是把相机环360 度拍摄的一组或多组照片拼 接成一个全景图像，通过计算机技术实现全方位互 动式观看的真实场景还原展示方式。在播放插件 （通常Java或Quicktime、activex、flash）的支持 下,使用鼠标控制环视的方向，可左可右可近可远 。 使用户感到就处在现场环境当中，产生身临其境的 逼真视觉效果。
虚拟全景空间
虚拟现实的最大意义——把一个不再身边存在的 场景空间可以在观众面前展示，让观众不用去现
场就能体验到该场景的现场环境。
基于360度全景图像的交互导览展示具备虚拟现
实的最大特征，达到真正有效的信息传递展示的
效果目的。
虚拟全景空间
虚拟现实的人机交互信息导航 目前大多数的虚拟展示技术都用来单个节点场景 或物品的展示，但是假如果是一个大型的虚拟展示 馆或旅游景区，那么面对众多的展厅和景点，实现 之间的相互完美超链接就必须设计人机交互导航。
全景图的拍摄与制作 全景视频
3
4
全景技术常用的硬件与软件
全景技术是基于数字图像的一门专业技术，由于其 特殊的性能特点，因此全景技术中所采用的软硬件 内容也拥有自身的特点。 从硬件看，高低端设备价格差别大。 从软件看，大多免费，使用简单，有些付费软件 价格较高，一般都操作简单。
全景技术常用的硬件
虚拟全景空间
球形全景产生的效果较好，所以有专家认为球形 全景才是真正意义上的全景。球形全景在技术上 实现较为困难。由于球型全景效果较完美，被作为 全景技术发展的标准，已经有很多成熟的软硬件设 备和技术。
虚拟全景空间
球形全景图会因拍摄效果或软件缝合时的不同，也 会产生比较大的差异 球形全景图的不同表现形式。
http://www.hong-digital.com/works.asp?cid=9
百度和谷歌的地图,都采用了全景图.
(进入地图后双击屏幕)
手机上的微信中均有全景图
( 进入微信后, →发现→扫一扫→街景)
虚拟全景空间
全景图像：
球面全景图像 多面体全景图像 柱面全景图像
视点空间：球体、多面体与圆柱体
视点空间内操纵：操纵视角，360。全视野
视点空间间操纵：位置变化、时间变化、超现实场
景变化
虚拟全景空间
VPS的组成：
全景图像生成器 空间编辑器：把不相干的全景图像组织 成用户可以任意漫游的虚拟全景空间 VPS浏览器：提供给用户漫游功能
虚拟全景空间
全景图像：能反映全局场景的图像（Panaromic Image） 局部图像：反映用户在某一视角看到的场景
虚拟全景空间
N维虚拟空间能反映虚拟空间在时间上的变化， 风景名胜岁季节的变化，白天黑夜的变化等 N维虚拟空间中视点的变化可以不局限于物理时 空，如在教学楼中安排一间美国总统办公室等 这样的N维虚拟空间称为虚拟全景空间（Virtual Panoramic Space）
虚拟全景空间
VPS由众多视点组成，视点空间是VPS的基本组 成单元； 空间操纵：用户通过一定手段可以在虚拟空间中 漫游；
虚拟全景空间
基本定义：视点空间 （1）视点：指用户在某一时刻在场景中的观察点， 观察时所用的焦距固定。 （2）视点空间：在某一视点处，用户所观察到的 场景。 视点空间定义限定了视点的位置，对观察方向未 作任何限定，即视点空间包含任意观察方向上用 户所看到的全局场景。
虚拟全景空间
虚拟全景空间： 单个视点空间反映的是一个三维点空间，而一个 虚拟现实系统往往需要建立一个N维的虚拟空间； 点空间:用户只能靠改变视角来观察不同的场景； N维的虚拟空间：用户可通过改变空间位置观察 不同的场景；
全景技术常用的硬件
鱼眼镜头示意图
全景头示意图
全景技术常用的硬件
4 旋转平台 制作对象全景作品，必须获得对象物体的一系列多 个角度图片，在拍摄时为了得到较好的效果，通常 使用普通数码相机或数码摄像机进行拍摄，可采用 旋转平台辅助拍摄，以保证旋转时围绕着物体的中 心
全景技术常用的软件
常见的全景制作软件： 著名软件企业：3Divsta、Ipix、Iseemedia、 Ulead、上海杰图等。 常见合成软件：Panotool、Photovista、Ipix、 PixMaker、Ulead cool360、造景师等 常见播放工具：Ptviewer，Iseemedia的Realtime Viewer，Quicktime Player等。 发布制作工具：国内的漫游大师，国外的3Dvista publisher，IBM Hotmedia等。
虚拟全景空间
立方体全景(cubic Panorama)： 这种全景照片是 由前，后，左，右，上，下6张照片无缝拼接而成。 相机位于立方体的中心，也是全视角,实际效果与 球形全景类似。 与其它几种全景图制作方法相比，立方体全景照 片的制作比较复杂，首先拍摄照片时，要把上、 下、前、后、左、右6个面全部拍下来，也可以使 用普通数码相机拍摄，只不过普通相机要拍摄很 多张照片（最后拼合成六张照片），然后再用专 门的软件把它们拼接起来，做成立方体展开的全 景图像，最后把全景照片嵌入到展示的网页中。
⒈ 数码相机 不能用老式胶片相机。 ⒉ 鱼眼镜头 价格较高，鱼眼镜头又称全景镜头，属于超广角 镜头，视角等于或大于180°，鱼眼镜头分两种， 一种是圆形鱼眼镜头，另一种是对角线鱼眼镜头。
全景技术常用的硬件
全景技术常用的硬件
⒊ 全景头 全景头又名全景云台，是区别于普通的相机云台的高 端拍摄设备。 此类云台都具备两大功能： 1.可以调节相机节点在一个纵轴线上转动； 2.可以让相机在水平面上进行水平转动拍摄；从而达 到使相机拍摄节点在三维空间中的一个固定位置进行 拍摄，保证相机拍摄出来的图像可以使用造景师软件 进行三维全景的拼合。另一方面，全景云台需有三 角支架做支撑。
全景图的建立
全景图的生成有二种方式: (1)利用专用照相设备,例如全景相机、带有鱼 眼透镜的广角相机等。这些专用设备价格昂贵, 不易普及使用。 (2)图像拼接,即用普通数码相机拍摄一系列相 互重叠照片,然后拼接。该方法操作简单,能对 曝光进行控制,因此得出的全景光强分布比较均 匀,生成的全景图具有照片真实感。关键问题是 如何对齐使拼接后无缝隙。
可以分别由序列两
头向中间方向逐次整 合，以减少积累误差。
虚拟全景空间
全景特点：
1.真实感，基于对真实图片的制作生成，相比其 他建模生成对象更真实可信。
2.比平面图片能比能表达更多的图像信息，并可 以任意控制，交互性能好。 3.经过对图像的透视处理模拟真实三维实景，沉 浸感强烈，给观赏者带来身临其境的感觉。 4.生成方便，制作周期短，制作成本低。 5.文件小，传输方便，适合网络使用，发布格式 多样，适合各种形式的应用。
虚拟全景空间
定义（2）
全景摄影是把相机环360度拍摄的一组照片拼接 成一个全景图像，用一个专用的播放软件在互联 网上显示，并使您能用鼠标控制环视的方向，可 左可右可近可远。使您感到就在环境当中，您好 像在一个窗口中浏览外面的大好风光 。
虚来自百度文库全景空间
定义（3）
全景，是对场景的超大视角乃至360度完整场景 范围进行展示的照片。 通过对专业相机捕捉整个场景的图像信息用软件 进行合成，用专门的播放器进行播放，把二维的 平面图模拟成真实的三维空间，呈现给观赏者。 给观赏者提供各种操纵图像的功能，放大缩小， 各个方向移动观看场景，达到模拟和再现场景的 真实环境的效果。
虚拟全景空间
基于图像的虚拟以站立节点为单位，观看的视点是
预先设置好的，不能像基于多边行的三维虚拟空间
那样，可以漫游走到任意的站立点观看。 一个好到交互导航设计结合节点的变换，同样能达 到好的虚拟导览展示效果，弥补基于图像全景虚拟 的这一缺陷。
Contents
虚拟全景空间
1 2
全景技术相关的硬件和软件
虚拟全景空间
全景图像的制作：
怎样生成三维全景呢？——硬件和软件 拍摄：需要相机和鱼眼镜头、云台、三角架等硬 件来拍摄出鱼眼照片 照片的数字化和全景照片的合成：使用全景拼合 发布软件把拍摄的鱼眼照片拼合 选用播放软件并把它嵌入网页，发布成可以播放 和浏览的格式。
虚拟全景空间
360全景互动展示作品：
全景照相机 选择视点 及场景 普通照相机 拼接 融合
生成 全景图
全景图
根据图像间运动类型的不同，变换可以 分为平移变换、仿射变换、透视变换三种基 本类型。
(a)平移
(b)仿射
(c)透视
全景图
二、全景拼图 图像整合考虑两幅图像间的变换，拼图考虑 的是怎样根据整合变换把一系列图像正确地 缝合在一起。 存在的问题:每一对图像的整合都存在一定的 误差，这些误差积累起来就会使得图像序列 中的第一幅和最后一幅图像之间出现较大的 缝隙。
虚拟全景空间
讨论？
360度全景图像是否是真正的虚拟现实？
当定点在某一视点向四周进行环视时，虚拟现实与
基于三维全景照片的观赏效果一样。 在观赏三维互动全景照片时，人们的确获得了这种 在“真正VR”场景中一样的空间感、方位感和沉浸 感（除了不能向任意方向漫游外），说明它并没有 枉担“三维”之虚名。
虚拟全景空间
注意：观察者从立方体内部中心位置看
全景图
全景图可由绕相机中心旋转所拍摄的一 组照片拼和而成。 这里所谓的“拼合”就是把相互有重叠 的照片无缝地拼接在一起，我们称这一 技术为拼接。 图像的核心技术称为图像整合，即寻找 图像间的对应关系以及对应关系之间的 映射。
全景图
一、图像整合
虚拟全景空间
全景应用：
全景以其可以真实快速表现360度范围场景的信息， 能给客户带来身临其境的感觉，应用非常广泛 1、全景虚拟导览介绍（交互式漫游） 2、旅游景点虚拟导览展示 3、酒店网上三维全景虚拟展示 4、房地产行业虚拟全景运用 5、产品商业全景展示应用 6、娱乐休闲空间三维全景虚拟展示应用 7、汽车三维全景虚拟展示应用 8、虚拟校园三维全景虚拟展示应用 9、政府开发区环境展示
虚拟现实与人机交互
余月
Contents
虚拟全景空间
1 2
全景技术相关的硬件和软件
全景图的拍摄与制作 全景视频
3
4
虚拟全景空间 虚拟全景空间 ——基于图像渲染的虚拟现实系统
虚拟全景空间
全景图像实际上描述的是一个二维的全光函数， 即在全光函数P7=P(Vx ,Vy ,Vz ,θ,φ,λ,t) 中，全景图 像描述了固定视点（Vx ,Vy ,Vz）、时间t与波长范 围λ的情况下，变化观察视角（θ,φ）得到的任意 观察方向上所看到虚拟场景集； 以全景图像技术为基础构建出的虚拟全景空间是 当今最成熟、最实用的一个基于图像渲染的虚拟 现实系统；
虚拟全景空间
柱形全景：把拍摄的照片投影到以视点为中心的 有限高度的圆柱上，从而水平360度观看四周的 景色，但用鼠标向上下拖动时，上下的视野将受 到限制，看不到天顶，也看不到地底。即垂直视 角小于180度。 柱形全景图的真实感有限, 但制作简单,属于全景 图的早期模式应用
虚拟全景空间
球形全景：把拍摄的照片投影到以视点为中心的圆 球上从而能水平360度，垂直180度，即全视角 360X180观看全景照片。可以说用户已经融入了虚 拟环境之中了。 因为特殊的外形，球形全景照片的制作比较复杂， 首先必须用专业的鱼眼镜头拍摄2-6张照片，然后 再用专门的软件把它们拼接起来，做成球面展开的 全景图像，最后把全景照片作品嵌入网页中。
虚拟全景空间
全景图像的定义（1）
全景是把相机环360 度拍摄的一组或多组照片拼 接成一个全景图像，通过计算机技术实现全方位互 动式观看的真实场景还原展示方式。在播放插件 （通常Java或Quicktime、activex、flash）的支持 下,使用鼠标控制环视的方向，可左可右可近可远 。 使用户感到就处在现场环境当中，产生身临其境的 逼真视觉效果。
虚拟全景空间
虚拟现实的最大意义——把一个不再身边存在的 场景空间可以在观众面前展示，让观众不用去现
场就能体验到该场景的现场环境。
基于360度全景图像的交互导览展示具备虚拟现
实的最大特征，达到真正有效的信息传递展示的
效果目的。
虚拟全景空间
虚拟现实的人机交互信息导航 目前大多数的虚拟展示技术都用来单个节点场景 或物品的展示，但是假如果是一个大型的虚拟展示 馆或旅游景区，那么面对众多的展厅和景点，实现 之间的相互完美超链接就必须设计人机交互导航。
全景图的拍摄与制作 全景视频
3
4
全景技术常用的硬件与软件
全景技术是基于数字图像的一门专业技术，由于其 特殊的性能特点，因此全景技术中所采用的软硬件 内容也拥有自身的特点。 从硬件看，高低端设备价格差别大。 从软件看，大多免费，使用简单，有些付费软件 价格较高，一般都操作简单。
全景技术常用的硬件
虚拟全景空间
球形全景产生的效果较好，所以有专家认为球形 全景才是真正意义上的全景。球形全景在技术上 实现较为困难。由于球型全景效果较完美，被作为 全景技术发展的标准，已经有很多成熟的软硬件设 备和技术。
虚拟全景空间
球形全景图会因拍摄效果或软件缝合时的不同，也 会产生比较大的差异 球形全景图的不同表现形式。
http://www.hong-digital.com/works.asp?cid=9
百度和谷歌的地图,都采用了全景图.
(进入地图后双击屏幕)
手机上的微信中均有全景图
( 进入微信后, →发现→扫一扫→街景)
虚拟全景空间
全景图像：
球面全景图像 多面体全景图像 柱面全景图像
视点空间：球体、多面体与圆柱体