三维全景技术——360°虚拟现实

三维全景技术——３６０°虚拟现实
作者：马如宇肖京
来源：《信息技术教育》2008年第07期
三维全景技术是目前迅速发展并逐步流行的一个虚拟现实分支，可广泛应用于网络三维业务，也适用于网络虚拟教学领域。

传统三维技术及以VRML为代表的网络三维技术都采用计算机生成图像的方式来建立三维模型，而三维全景技术则是利用实景照片建立虚拟环境，按照照片拍摄→数字化→图像拼接→生成场景的模式来完成虚拟现实的创建，更为简单实用。

三维全景技术及其应用
全景也称为全景摄影或虚拟实景，是基于静态图像的虚拟现实技术。

是把相机环360°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，让使用者能用鼠标控制环视的方向，可左可右、可近可远观看物体或场景。

三维全景技术是一种桌面虚拟现实技术，并不是真正意义上的3D图形技术。

三维全景技术具有以下几个特点:一是实地拍摄，有照片级的真实感，是真实场景的三维展现。

二是有一定的交互性，用户可以通过鼠标选择自己的视角，任意放大和缩小，如亲临现场般环视、俯瞰和仰视。

三是不需要单独下载插件，一个小小的JAVA程序，自动下载后就可以在网上观看全景照片，或者使用Quick Time播放器直接观看。

并且，全景图片文件采用先进的图像压缩与还原算法，文件较小，一般只有100～150K，利于网络传输。

四是素材的准备工作简单，制作容易，适于普通用户。

三维全景技术主要用于展示。

例如，采用三维全景技术建立虚拟艺术馆，让学生还可通过计算机参观各个展馆，每一个参观点都可以在空间360°范围内观察，对于感兴趣的艺术品，还可以将它拿起来仔细观看。

在教育教学领域，主要有以下两方面的应用：
（1）校园风光、校园文化、数字博物馆、重点实验室(如历史、考古、医学、生物等)等的对外展示。

例如，郑州轻工业学院将三维全景虚拟校园展示制作系统软件的效果先一步应用于数字校园建设，将校园的特色做成一个美轮美奂的虚拟漫游，使每一位浏览者都能身临其境地感受到学校的各种特色和教学环境。

（2）构建文物、生物标本、地貌、教学模型、产品、模具等的360°造型，用于教学等。

例如，复旦大学上海医学院将宝贵的人体基础标本资源用三维全景技术来保存，用于教学和展示。

在“第十二届全国小学信息技术与课程整合观摩展示会”中，数学课《观察物体》的授课教师就没有制作常规的课件，而是让学生直接在网上操作“清明上河图”的全景图，更好地实现了自主探究学习，得到了很好的教学效果，同时也得到了在场教师和评委的广泛好评。

但目前网上这类集中提供全景图的网站很少，笔者只了解到全景环视网的全景图库
（/picbank/catalog.asp）和中国全景网（/chinese.htm）提供一些建筑、风景之类的全景图。

一些和教学尤其是中小学密切相关的全景图在网上只能零散地找到一些，并且需要教师有较高的信息素养和检索能力。

因此，如果教师能够自己开发切合教学内容的全景图，将更方便于教学。

下面笔者就介绍如何运用三维全景制作工具简单、高效、低成本地开发适合教学内容需要的全景图课件。

三维全景图课件的制作
1.制作工具
三维全景图的制作工具有：台湾Ulead公司的COOL360、上海杰图软件技术有限公司推出的一整套全景制作解决方案、Apple公司的全景视频产品专业解决方案QuickTime VR、IBM 公司出品的Hot Media软件等。

2.三维全景图课件制作基本步骤
（1）拍摄素材照片，准备文字介绍信息。

如果是用传统光学像机拍摄的照片，就应当先转换为数码照片。

（2）使用图像处理软件对照片进行加工处理，调整亮度、对比度、色彩饱和度。

（3）使用全景制作工具制作三维全景。

（4）进行预览和网上发布。

分别将处理好的图片用软件处理，预先生成作品进行预览，如果不符合要求则进行修改，直到符合要求。

然后保存好文件，再嵌入到网页中。

3.三维全景图教学示例开发
虚拟仪器展示是比较典型的对象全景，主要是让用户旋转、交互地观看仪器。

我们可以为仪器创作配以解说词和文字说明的三维旋转体图片，让学生在虚拟的实验室中对虚拟仪器进行随意地旋转和任何视觉角度的观察，以便学生详尽了解仪器的构造、功能和使用方法，同时达到预习实验、复习实验的目的。

更重要的是，教师和学生在三维全景技术创造的虚拟现实环境中，可以沉浸其中，全身心地投入教与学，既生动了课堂教学，又提高了学生的学习效率与积
极性。

这里以上海杰图软件技术有限公司的造型师的演示版2.0为开发工具，介绍一下计算机CPU和罗技无线鼠标360°全景展示的制作方法。

最终效果如右上图所示：
（1）准备好一套环绕计算机CPU和罗技无线鼠标对象360°拍摄的实物照片，这里分别准备了9张，置于同一目录下。

最好用图像处理软件加工一下，调节照片的基本参数，如亮度，饱和度和对比度。

本教学示例中的照片拍摄比较简单，只是为了示范对象全景制作。

作为真正的作品或课件，应当在拍摄上多下工夫。

为使拍摄照片减少抖动，最好使用专业三脚架配合拍摄，另外使用专门拍摄物品的360°旋转台，此设备有刻度，可使被拍摄物品的中心点保持一致，便于完整有序地拍摄全景实物照片。

（2）用杰图造型师软件。

该软件提供了3种导入图像方式：打开现有的图像文件、从影像文件中抓取图像和通过数码摄像机捕捉图像。

（3）从菜单“文件”中选择“打开图形文件”，打开相应的对话框。

浏览准备好的素材图像文件，将它们按顺序添加到右侧窗格列表中，单击“确定”按钮。

（4）在出现的对话框中，可调整和裁剪图像。

在左侧窗格中定义图像区域，通过四方向箭头来缩放区域。

右侧列出素材图像的缩略图，可选中后，根据需要进行旋转，可单击“逆时针旋转90°”或“顺时针旋转90°”，确认无问题后，单击“确定”按钮。

（5）进入图像参数设置窗口，调节图像。

可添加或删除文件，改变文件顺序，还有一项比较重要的工作是图像对齐。

该软件提供两种对齐模式：一种是点对齐，这种方式是先在各幅图像上定义一个光标点，再移动各幅图像，使各幅图像的特征点均准确对到光标点上。

另一种是评议对齐，先确定一幅基准图，该图完全不透明且不可动，拖动鼠标或使用键盘将其他图移到与基准图对齐的最佳位置。

（6）选择菜单“输出”中的“预览360°虚拟物体”预览效果，如果不满意，可继续调节。

（7）确认合格后，选择菜单“输出”中的“输出360°虚拟物体”，打开对话框，设置输出参数。

除文件名外，可采用默认设置。

（8）单击“保存”按钮，生成360°虚拟物体的网页文件。

三维全景技术与传统的三维技术相比较，在交互性、真实感、可操作性及简易性等方面有着比较明显的优势和应用潜力，更适合在网络教学环境中呈现教学内容。

随着三维全景技术及其优秀解决方案的推出，为其在教学领域中的推广和应用提供了强有力的技术支持。

本文利用杰图造型师开发工具来制作虚拟仪器演示课件，是对课件制作方式的一种革新和尝试，相信对其在网络课件制作方面研究的不断深入，定会为学习者开发和创设出丰富多彩、生动逼真的网络教学资源和教学情境。