引 言

使用虛擬環(huán)境逼真地呈現(xiàn)現(xiàn)實環(huán)境是計算機圖形學的熱門研究領域 [1]。21 世紀以來，虛擬現(xiàn)實技術迅猛發(fā)展，其誕生與發(fā)展把地圖設計推入了新的發(fā)展階段，為廣大用戶提供了更直接的途徑和更準確的地理位置 [2]。此外，3D 虛擬漫游作為攝影的一種衍生技術，可方便用戶在 PC 機上進行水平 360°與垂直 360°瀏覽，可任意調(diào)整視覺距離，彌補了平面效果圖不能帶來全方位感受的缺陷。另外，3D 虛擬漫游憑借其真實感強、畫面高清、播放流暢等優(yōu)點被廣泛應用到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、軍事、旅游等多個領域。

1 全景影像拍攝

全景拍攝使用一臺具有 1200 萬像素超高清機載相機的智能旋翼無人機。航拍之前，需要對飛行器進行初始調(diào)試， 準確判斷起飛條件，確定飛行地點。相機的參數(shù)調(diào)整包括ISO感光度、場景模式、曝光量、照片格式和白平衡條件等 [3]。首先將拍攝模式調(diào)整到手動擋 ；拍攝時要將 EV值盡量調(diào)到0 ；ISO感光度越大，噪點越大，因此其值在 100～200間較合適 ；白平衡選擇自定義，控制在 5 600 ～6 000 k 范圍內(nèi)， 選擇延時拍攝。進行幾次先行試拍，直到調(diào)整到合適的拍攝參數(shù)后鎖定參數(shù)，保證在整個拍攝過程中參數(shù)不會改變?？紤]到空曠地帶會削弱多徑效應的干擾與影像數(shù)據(jù)應具有較好的空間距離感的要求，飛行地點選定在清晨空曠的農(nóng)田上方約 100m的高度。在空中將無人機懸停在事先預定好的位置后開始拍攝。在整個拍攝過程中總共需要將無人機的相機旋轉5圈。第一圈拍攝時將云臺向上仰20°，旋轉無人機的鏡頭，每轉動 45°拍攝一次，共拍攝 8 張照片。第一圈完成后轉回到拍攝起初位置，開始拍攝第二圈，拍攝過程中保證相機視線方向與重心方向垂直，每轉動 45°拍攝一次，拍攝照片數(shù)為 8張。第三圈需將鏡頭角度向下旋轉 45°，每轉動 45°拍攝一次，拍攝照片數(shù)為 8張。第四圈再調(diào)整為豎直向下，正對地面拍攝 2張。由于受到無人機的限制，鏡頭無法豎直向上對無人機上方的天空進行拍攝，可在地面拍攝 2 張?zhí)炜沼跋穹奖愫笃谛扪a。

2 影像預處理

由于感光原件或攝影成像系統(tǒng)自身具有成像誤差的特性，以及考慮到攝影環(huán)境中存在諸多影響成像的因素，初始影像存在過度曝光或者曝光量不足、噪點較多等缺陷，基本不能高度還原現(xiàn)場情景，所以在本次拍攝過程中，明暗調(diào)節(jié)尤為重要 [4]。為了使采集到的影像盡可能接近現(xiàn)實，更符合人眼觀賞的需求，需要預處理操作 ：

(1) 把初始數(shù)據(jù)進行歸類整理，安放在同一個新建文件夾中，打開 Photoshop軟件調(diào)節(jié)影像亮度、飽和度、對比度等參數(shù)，對高光和陰影部分著重細化豐富信息。

(2) 通過橡皮圖章、修補工具等適當調(diào)整以便影像合成時精準定位。

3 基于 PTGui的全景影像拼接

借助全景制作工具 PTGui完成對圖像的拼接，創(chuàng)造出高質(zhì)量的全景圖像。通過加載對準并調(diào)整圖像，配準其鏡頭參數(shù)，可自動拼接融合出較為理想的全景圖 [5]。同時 PTGui具有多種視圖和映射方式，選擇合適的映射方式優(yōu)化圖像，拼接后的全景圖的影像長寬比保證在 2左右，并根據(jù)實際需要選擇性地修改或添加控制點，進一步提高拼接精度。使用PTGui拼接圖像后，明暗度均勻，基本上不會顯示顯著的拼接痕跡。拼接處理后的全景圖如圖 1 所示。

                                                                                                                                                                                             圖 1 PTGui 拼接處理后的全景圖

4 全景圖修補

由于存在拍攝視角黑洞，PTGui 生成的矩形全景圖天空部分是空白的，需要后期進行必要的填補工作。再次借助Photoshop 軟件的修補工具，首先復制天空素材，粘貼到航拍圖的圖層，調(diào)整航拍圖和天空素材圖的圖片屬性為相同大小，此時源區(qū)域與目標區(qū)域的紋理、明暗等做自動匹配處理[6]。下一步的關鍵是圖層蒙版的使用，使用漸變工具對天空素材圖像的圖層蒙板進行填充處理，具體實施步驟為在兩幅圖的疊加位置拉一條豎線，直至畫面過渡效果理想為止。漸變填充時角度要始終保持在 90°，最后得到的全景圖才不會有拼縫。還可借助 Photoshop 的裁剪功能消除鏡頭畸變等，最終填充、調(diào)色等修補工作完成后的效果如圖 2 所示。

                                                                                                                                                                                           圖 2 Photoshop 修補前后的天空圖對比

5 全景漫游地圖的發(fā)布

5.1  基于 Pano2VR 的影像發(fā)布

實 驗 取 景 時 盡 量 使 用 高 像 素 相 機， 在 PTGui 和Pano2VR，720 云平臺中專業(yè)操作實現(xiàn)全景圖時，高清圖像可以降低還原難度并減少 Photoshop 的修補處理工作，最后達到快速加載的目的。以 Pano2VR 作為生成全景圖的方式， 操作比較簡單。打開 Pano2VR 軟件，界面中出現(xiàn)“將圖片拖至此處”提示，可把修補后的全景圖直接拖進來，或在“選擇輸入”的選項卡中找到全景圖的保存路徑，打開即可。圖片正常顯示后，設置輸出文件的位置，文件的后綴名是 *.SWF 格式。然后進入設置參數(shù)面板選項卡，設置圖像質(zhì)量值為100，滑動橫向游標選擇圖片質(zhì)量為高質(zhì)量，并設置窗口尺寸為 4 000×2 000 px，點擊選項卡中的“開啟自動旋轉”“加載完畢后開始旋轉”“窗口被激活時旋轉”選項，提供給用戶各種操作影像的功能。保存之后，播放 360°全景效果圖。

5.2 基于 720 云平臺的影像發(fā)布

全景漫游可通過實地取景后對照片進行一系列技術處理得到理想結果，結合其本身的三維特點，最后還原的效果圖逼真性較高。通過以往的攝影方式獲得的聽覺、觸覺等感官信息較弱，而 720 云平臺制作的全景圖易操作，鼠標所在位置定位在人眼位置，通過拖動鼠標實現(xiàn)視角轉移，消除了視覺盲點，同時結合背景音樂、音頻講解等操作補充用戶的聽覺感受，使其更好地掌握影像信息。全景漫游便于操作者按照自己的意向選擇角度進行個性化操作控制，逐步衍生出人機深度交互 [6]。登錄 720 云平臺，上傳修補后的影像數(shù)據(jù)， 即可生成全景漫游效果，上傳作品時可點擊編輯按鈕進行詳細內(nèi)容的編輯，輸入作品相關信息。相關拓展功能根據(jù)實際需要添加設計，如設置背景音樂、添加熱點、絢麗效果等。本文在農(nóng)田上設置較多熱點，點擊熱點即可查看此塊農(nóng)田的相關信息。對于不同的農(nóng)田設置不同的熱點，也可使瀏覽者了解土地作物的情況，無需每個功能都進行設置才能上傳。最后點擊保存分享到網(wǎng)絡平臺，實現(xiàn)資源共享。在網(wǎng)站上共享的全景漫游圖如圖 3 所示。

                                                                                                                                                                                              圖 3 720 云平臺生成的全景漫游圖

5.3 Pano2VR與 720 云平臺生成全景圖的效果對比分析

Pano2VR 是一種專業(yè)的全景制作軟件，具有諸多拓展功能，使用該軟件，用戶可將三維全景圖與文字、視頻等各種多媒體元素相結合，以及通過添加場景間熱點實現(xiàn)多個場景的虛擬漫游交互展示效果，用戶能夠根據(jù)自己的意愿制作出理想的全景圖，各種參數(shù)的設定也較為詳細。例如，對于輸出格式，Pano2VR 支持FLASH，HTML 等多種格式。相比而言， 720 云平臺具有較簡便的可視化界面，也更易編輯，難度系數(shù)小，實際應用高效便捷，通過簡單學習即可快速制作出一個內(nèi)容詳細、畫面美觀的全景圖。此外，720 云平臺服務用戶的綜合性較高，開發(fā)周期相比 Pano2VR 更短，支持佩戴VR 眼鏡體驗全景影像的漫游效果。

6 結 語

720 全景漫游地圖的設計與實現(xiàn)過程通過無人機獲取低空遙感圖像，結合相關軟件進行實時影像優(yōu)化，實現(xiàn)位置點實景展示，將客觀真實存在的場景通過瀏覽器達到異地虛擬效果，使用戶足不出戶便可游歷景物景點和建筑物內(nèi)部場景。本文結合江蘇鹽城某地區(qū)的圖像，介紹了全景圖制作發(fā)布過程中的相關軟件以及制作方法，對比了不同方法效果的差異。隨著科技的進一步發(fā)展，全景漫游在虛擬農(nóng)業(yè)、虛擬旅游、地圖導航等方面一定會得到進一步的開發(fā)和應用，虛擬現(xiàn)實技術將進一步體現(xiàn)出其推廣應用價值。