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虛擬現(xiàn)實技術(shù)基礎(chǔ)教程
本教材共8章, 前三章為概述、交互設(shè)備、關(guān)鍵技術(shù), 后五章包括VRML語言、三維全景技術(shù)、3ds max建模、Cult3D、VRP基礎(chǔ)。本書在闡明虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點的基礎(chǔ)上, 詳述了虛擬現(xiàn)實技術(shù)方面的最新成就和技術(shù)原理, 并從應(yīng)用角度出發(fā), 講解了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的五種有關(guān)的開發(fā)技術(shù)。
本書系統(tǒng)全面,內(nèi)容新穎,實例豐富,講解具體,深入淺出,實用易懂。
在第1版基礎(chǔ)上與時俱進(jìn),及時更新和展現(xiàn)*新綜合性虛擬現(xiàn)實技術(shù),展示*新發(fā)展成果。
第2版前言
科技發(fā)展一日千里。作為全世界新科技革命的先鋒,現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出令人眼花繚亂的新概念產(chǎn)品、新思維裝備,沖擊著人們原有的社會工作和生活方式,改變著人們的認(rèn)知方法和傳統(tǒng)觀念。放眼虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域,昨天的許多概念還是夢想,今天也許就成為了現(xiàn)實,明天則快速地走向了市場。如此快速的變化節(jié)奏,給我們每一個人都帶來了新的挑戰(zhàn),更帶來了新的機(jī)遇。
科技發(fā)展,教育先行。如果沒有源源不斷的廣大后繼研發(fā)人才,沒有強(qiáng)有力的教育理論和技術(shù)作支撐,科技的發(fā)展就會后勁乏力。面對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的強(qiáng)大發(fā)展勢頭,我們深感第1版《虛擬現(xiàn)實技術(shù)基礎(chǔ)教程》中早期成熟的技術(shù)理論需要進(jìn)一步發(fā)展,新技術(shù)帶來的新思維、新方法、新理論觀念又時時召喚著我們每個人的責(zé)任感。我們要與時俱進(jìn),把虛擬現(xiàn)實技術(shù)的*新成果都記錄下來,介紹給每一個學(xué)習(xí)者,并從理論到技術(shù)實踐方面進(jìn)行探究,促使學(xué)習(xí)者能夠更好地了解虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)原理,以便更深入地掌握其技術(shù)要點和問題重點。
考慮到原書接地氣、通俗性的特色,第2版仍然保留了原書的框架結(jié)構(gòu)體系,并力求做到以下幾點:
新:以*新的虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的成果為實例,進(jìn)行分析和探究。
前:虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身是一門正在快速發(fā)展的新科技,許多技術(shù)并不成熟,但人們不放棄,仍不斷努力,有些技術(shù)的概念也是剛剛起步研究。為此,我們依然介紹技術(shù)的研究情況。
全:三維逼真的環(huán)境與人機(jī)自然交互是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的兩大研究方向,本教程做了重要的講解并彌補(bǔ)了第1版教程的不足。例如,在人機(jī)交互技術(shù)方面,對腦機(jī)接口技術(shù)、嗅覺交互技術(shù)以及多通道交互技術(shù)等都進(jìn)行了有效介紹。
簡:通俗易懂,無須高深的其他學(xué)科的專業(yè)知識,閱讀該教程就能夠較好地了解虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本概念、基本特征、系統(tǒng)組成以及對社會生活的影響現(xiàn)狀、軟硬件技術(shù)的發(fā)展方向等。
作為一門形式多樣、內(nèi)容綜合和快速成長的課程,本教程的內(nèi)容體系體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)性,并具有技術(shù)發(fā)展的前沿性和現(xiàn)代技術(shù)的時代性?梢,虛擬現(xiàn)實技術(shù)的“教”與“學(xué)”在強(qiáng)調(diào)內(nèi)容與時俱進(jìn)的同時,也更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)知識內(nèi)容的實踐操作和實戰(zhàn)應(yīng)用,更加注重虛擬現(xiàn)實技術(shù)思維觀念和實戰(zhàn)技能的訓(xùn)練。
在本書第2版的修訂編寫過程中,我們參閱了國內(nèi)多位專家、學(xué)者的虛擬現(xiàn)實技術(shù)方面的著作或譯著,也參考了同行的相關(guān)教材和課件案例資料,在此表示崇高的敬意和衷心的感謝!由于作者的水平有限,加上時間倉促,書中錯漏和不妥之處仍在所難免,懇請專家、同行和讀者批評指正。如果各位讀者有對本書內(nèi)容改進(jìn)的建議。
作者2017年1月于武漢
第1章虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述1
1.1虛擬現(xiàn)實的基本概念1
1.1.1虛擬現(xiàn)實的概念1
1.1.2虛擬現(xiàn)實的基本特征2
1.1.3虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成4
1.2虛擬現(xiàn)實的分類5
1.2.1桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)5
1.2.2沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)6
1.2.3增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)7
1.2.4分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)12
1.3虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用領(lǐng)域13
1.3.1航空航天領(lǐng)域13
1.3.2軍事領(lǐng)域14
1.3.3醫(yī)學(xué)領(lǐng)域15
1.3.4城市規(guī)劃16
1.3.5文化、藝術(shù)、娛樂領(lǐng)域17
1.3.6教育培訓(xùn)19
1.3.7商務(wù)領(lǐng)域20
1.4虛擬現(xiàn)實的發(fā)展20
1.4.1虛擬現(xiàn)實的發(fā)展歷程20
1.4.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展趨勢22
1.4.3國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究現(xiàn)狀23
1.5虛擬現(xiàn)實的Web3D技術(shù)25
1.5.1Web3D技術(shù)簡介25
1.5.2Web3D的核心技術(shù)及其特征26
1.5.3Web3D的實現(xiàn)技術(shù)27
思考題31第2章虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的人機(jī)交互設(shè)備32
2.1立體顯示設(shè)備32
2.1.1固定式立體顯示設(shè)備33
2.1.2頭盔顯示器38
2.1.3手持式立體顯示設(shè)備38
2.1.4全息投影顯示設(shè)備39
2.2跟蹤定位設(shè)備40
2.2.1電磁波跟蹤器41
2.2.2超聲波跟蹤器41
2.2.3光學(xué)跟蹤器42
2.2.4其他類型跟蹤器43
2.2.5跟蹤傳感設(shè)備的性能參數(shù)44
2.2.6三維跟蹤設(shè)備實例46
2.3虛擬現(xiàn)實聲音系統(tǒng)與設(shè)備49
2.3.1固定式聲音設(shè)備49
2.3.2耳機(jī)式聲音設(shè)備50
2.3.3語音交互設(shè)備50
2.4人機(jī)交互設(shè)備51
2.4.1三維空間跟蹤球51
2.4.2數(shù)據(jù)手套51
2.4.3三維浮動鼠標(biāo)器52
2.4.4數(shù)據(jù)衣53
2.4.5觸覺和力反饋設(shè)備53
2.4.6觸覺與力反饋設(shè)備的應(yīng)用55
2.4.7神經(jīng)/肌肉交互設(shè)備57
2.4.8意念控制設(shè)備58
2.53D建模設(shè)備59
2.5.13D攝像機(jī)59
2.5.23D掃描儀60
2.5.33D打印機(jī)61
2.6虛擬現(xiàn)實硬件系統(tǒng)的集成62
思考題63
第3章虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)和引擎64
3.1立體高清顯示技術(shù)65
3.1.1立體視覺的形成原理65
3.1.2立體圖像再造65
3.1.3其他新型立體顯示技術(shù)67
3.2三維建模技術(shù)70
3.2.1幾何建模70
3.2.2物理建模71
3.2.3運(yùn)動建模72
3.3三維虛擬聲音技術(shù)74
3.3.1三維虛擬聲音的特征74
3.3.2頭部相關(guān)傳遞函數(shù)75
3.3.3語音合成技術(shù)75
3.4體感交互技術(shù)76
3.4.1體感技術(shù)分類76
3.4.2體感技術(shù)框架77
3.5人機(jī)自然交互技術(shù)78
3.5.1手勢識別技術(shù)79
3.5.2面部表情識別技術(shù)82
3.5.3眼動跟蹤技術(shù)84
3.5.4唇讀識別技術(shù)86
3.5.5力觸覺交互技術(shù)89
3.5.6虛擬嗅覺交互技術(shù)91
3.5.7腦機(jī)接口技術(shù)93
3.5.8多模態(tài)融合、多通道的人機(jī)交互技術(shù)97
3.6虛擬現(xiàn)實引擎100
3.6.1虛擬現(xiàn)實引擎概述100
3.6.2虛擬現(xiàn)實引擎架構(gòu)101
3.6.3幾種虛擬現(xiàn)實引擎介紹102
思考題105
第4章虛擬現(xiàn)實建模語言106
4.1VRML概述106
4.1.1VRML的發(fā)展歷史106
4.1.2VRML建模語言的應(yīng)用特征107
4.1.3VRML編輯器108
4.1.4VRML文件瀏覽器111
4.2初識VRML的文件113
4.2.1VRML的通用語法結(jié)構(gòu)113
4.2.2VRML的基本概念114
4.2.3VRML的計量單位和坐標(biāo)系統(tǒng)115
4.3VRML文件的主體內(nèi)容116
4.3.1VRML的節(jié)點116
4.3.2常用的域123
4.4VRML的空間造型126
4.4.1基本造型126
4.4.2空間變換128
4.4.3顯示文本129
4.4.4復(fù)雜造型131
4.5VRML的場景效果132
4.5.1紋理映射133
4.5.2聲音技術(shù)135
4.5.3燈光效果137
4.6VRML的動態(tài)交互139
4.6.1動畫設(shè)計139
4.6.2傳感器交互144
4.6.3腳本應(yīng)用149
4.6.4實例分析152
習(xí)題158
第5章三維全景技術(shù)159
5.1全景技術(shù)概述159
5.1.1全景技術(shù)的特點159
5.1.2全景技術(shù)的分類160
5.1.3全景技術(shù)的應(yīng)用162
5.2全景技術(shù)常用的硬件與軟件164
5.2.1常用的硬件164
5.2.2常用軟件166
5.3全景圖的制作168
5.3.1照片的采集168
5.3.2照片的后期制作169
5.4全景視頻簡介179
5.4.1全景視頻的應(yīng)用179
5.4.2全景視頻的制作181
思考題182
第6章虛擬現(xiàn)實建模工具 3ds Max183
6.13ds Max的基礎(chǔ)知識183
6.1.13D Studio Max的工作界面183
6.1.2視圖區(qū)187
6.1.3命令面板、快捷鍵188
6.1.4石墨建模工具189
6.1.5簡單對象編輯應(yīng)用190
6.2二維圖形與編輯194
6.2.1創(chuàng)建二維圖形194
6.2.2二維圖形的編輯195
6.2.3圖形轉(zhuǎn)換三維模型196
6.3三維建模198
6.3.1建模方法199
6.3.2常用修改器建模201
6.3.3高級修改器建模201
6.4復(fù)合對象建模209
6.5NURBS建模212
6.6材質(zhì)與貼圖214
第5章三維全景技術(shù)全景(Panorama)技術(shù)是目前全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展并逐步流行的一種視覺新技術(shù)。由于它給人們帶來全新的真實現(xiàn)場感和交互式的體驗,因而在互聯(lián)網(wǎng)上得到了廣泛的應(yīng)用。
三維全景圖也稱為360°全景圖、全景環(huán)視圖,是一種運(yùn)用數(shù)碼相機(jī)對現(xiàn)有場景進(jìn)行多角度環(huán)視拍攝之后,再利用計算機(jī)進(jìn)行后期縫合,并加載播放程序來完成的一種三維虛擬展示技術(shù)。它由多角度拍攝數(shù)張照片,使用專業(yè)三維平臺建立數(shù)字模型,然后使用全景工具軟件制作而成?梢允褂脼g覽器或播放軟件在普通計算機(jī)上觀看,并用鼠標(biāo)控制觀察的角度,可任意調(diào)整遠(yuǎn)近,仿佛置身于真實的環(huán)境之中,獲得全新的感受。
從人類的視覺角度出發(fā),人們在觀看三維環(huán)境和三維物體對象時,比之觀看二維平面對象的效果具有更大的真實感,更容易理解和識別,可更好地進(jìn)行判斷和結(jié)論分析。一直以來,人們?yōu)榱双@取三維對象模型,通常采用復(fù)雜的編程技術(shù),或者通過三維建模軟件進(jìn)行仿真建模,但無論采用什么方式,其逼真度都受到技術(shù)的限制,難以達(dá)到照片的表現(xiàn)效果。全景技術(shù)就是利用照相方式,對環(huán)境或物體對象進(jìn)行全方位的攝像,然后將各個角度的照片進(jìn)行后期縫合,使人觀看物體對象時,仿佛身臨其境,并可實時交互,具有*完美的真實感。
5.1全景技術(shù)概述
采用全景技術(shù)制作的全景圖具有獨特的效果和種類各異的多個形式,以及廣泛的適用范圍,成了虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的一個重要分支。
5.1.1全景技術(shù)的特點
(1) 真實感強(qiáng)。通過實景采集獲得的是完全真實的場景。全景圖片不是利用計算機(jī)生成的模擬圖像,而是通過對物體進(jìn)行實地拍攝,對現(xiàn)實場景的處理和再現(xiàn),因而展現(xiàn)的是完全真實的場景。相比于建模得到的虛擬現(xiàn)實效果,它更加真實可信,更能使人產(chǎn)生身臨其境的感覺,從而很好地滿足對場景真實程度要求較高的應(yīng)用(如數(shù)字城市展示、工程驗收、犯罪現(xiàn)場信息采集等)。
(2) 快捷高效的制作流程。全景的制作流程簡單、快捷,免去了技術(shù)復(fù)雜的建模過程,通過對現(xiàn)實場景的采集、處理和渲染,快速生成虛擬的場景。與傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)相比效率提高了十幾倍,具有制作周期短、制作費用低等特點。
(3) 有較好的交互性。使用鼠標(biāo)或鍵盤控制環(huán)視的方向,可以進(jìn)行上下、左右、前后范圍的漫游式瀏覽。
(4) 一般不需要單獨的插件?梢圆捎肍lash文件格式直接在瀏覽器中觀看,有些文件格式的全景照片,可以下載一個很小的插件,通過瀏覽器在Internet上觀看。
5.1.2全景技術(shù)的分類
目前,虛擬全景技術(shù)的發(fā)展異常迅速,依照全景圖的外在形式,全景技術(shù)可以分為柱形全景、球形全景、立方體全景、對象全景和球形視頻等。
1. 柱形全景
柱形全景是*簡單的全景虛擬。柱形全景可以理解為以節(jié)點為中心,具有一定高度的圓柱形平面,平面外部的景物投影在這個平面上。用戶可以在全景圖像中進(jìn)行瀏覽,在水平方向上可左右360°的范圍內(nèi)任意切換視線,也可以在一個視線上改變視角,來取得接近或遠(yuǎn)離的效果。換句話說,就是用戶可以用鼠標(biāo)或鍵盤操作環(huán)水平360°(或某一個大角度)觀看四周的景色,并放大與縮小(推拉鏡頭),但是用鼠標(biāo)進(jìn)行上下拖動時,上下的視野將受到限制,就是習(xí)慣上的說法,上看不到天頂,下也看不到地,如圖5.11 所示。
柱形全景圖的真實感有限,但制作簡單,屬于全景圖的早期模式應(yīng)用。
2. 球形全景
球形全景是指其視角為水平360°,垂直180°,稱為全視角360×180°。觀察球形全景時,觀察者好像位于球的中心,通過鼠標(biāo)、鍵盤的操作,可以觀察到任何一個角度,讓人融入虛擬環(huán)境之中。因為特殊的外形,球形全景照片的制作比較復(fù)雜,首先必須用專業(yè)的魚眼鏡頭拍攝2~6張照片,然后再用專門的軟件把它們拼接起來,做成球面展開的全景圖像,*后把全景照片作品嵌入網(wǎng)頁中。球形全景產(chǎn)生的效果較好,所以有專家認(rèn)為球形全景才是真正意義上的全景。球形全景在技術(shù)上實現(xiàn)較為困難。由于球形全景效果較完美,被作為全景技術(shù)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn),已經(jīng)有很多成熟的軟硬件設(shè)備和技術(shù),如圖5.12所示。
圖5.11柱形全景示意圖
圖5.12球形全景
球形全景會因拍攝效果或軟件縫合時的不同,產(chǎn)生比較大的差異,圖5.13(a)、(b)、(c)所示均為球形全景圖的不同表現(xiàn)形式。
圖5.13球形全景
3. 對象全景
與球形全景觀察景物的視角相反,球形全景是從空間內(nèi)的節(jié)點來看周圍360°的景觀空間所生成的視圖,對象全景是以一件物體為對象中心,觀察者圍繞著對象物體,從360°的球面上的眾多視點來看一件物體,從而生成該對象全方位的圖像信息;谟^察方式的不同,對象全景在應(yīng)用場合上與其他全景圖有所區(qū)別。
對象全景技術(shù)提供了一種在因特網(wǎng)上逼真展示三維物體的新方法。它與其他全景技術(shù)的方法不同: 拍攝時瞄準(zhǔn)對象,然后轉(zhuǎn)動對象,每轉(zhuǎn)動一個角度,就拍攝一張照片,拍攝完成后,如圖5.14所示,需要使用專業(yè)計算機(jī)軟件進(jìn)圖5.14對象全景示意圖
行編輯,用戶就可用鼠標(biāo)來控制物體旋轉(zhuǎn)以及對象的放大與縮小,也可以把它們嵌入網(wǎng)頁中,發(fā)布到網(wǎng)站上,采用對象全景技術(shù)進(jìn)行商品展示,相比其他方式效果更加精彩。
從技術(shù)應(yīng)用的角度看,對象全景技術(shù)更適合在Internet網(wǎng)上的電子商務(wù)(ECommerce)業(yè)務(wù)中。因為在電子商務(wù)的買賣過程中,與實體商店交易相比,其商品圖片缺少對商品真實信息的表述,人們只能通過觀看虛擬圖片來判斷商品的質(zhì)量優(yōu)劣,這一點對許多客戶來說是有顧慮的。而對象全景技術(shù)則可以更全面地表現(xiàn)商品對象的外觀。盡管目前電子商務(wù)依然采用傳統(tǒng)的商品展示方法,即以二維圖片為主,但隨著技術(shù)的進(jìn)步,用對象全景技術(shù)可進(jìn)行三維效果的展示,比傳統(tǒng)模式具有無可比擬的優(yōu)勢。特別是在諸如服裝、工藝品、電子產(chǎn)品、古代與現(xiàn)代藝術(shù)品等方面的展示上。
4. 立方體全景
這是另一種實現(xiàn)全景視角的拼合技術(shù),和球形全景一樣,視角也為水平360°,垂直180°。*與球形全景不同的圖5.15立方體全景示意圖
是,立方體全景保存為一個立方體的6個面。與其他幾種全景圖制作方法相比,立方體全景照片的制作比較復(fù)雜,首先拍攝照片時,要把上、下、前、后、左、右6個面全部拍下來,也可以使用普通數(shù)碼相機(jī)拍攝,只不過普通相機(jī)要拍攝很多張照片(*后拼合成6張照片),然后再用專門的軟件把它們拼接起來,做成立方體展開的全景圖像,*后把全景照片嵌入展示的網(wǎng)頁中,如圖5.15 所示。
5. 球形視頻
球形視頻是目前全景技術(shù)的發(fā)展方向,生成的是動態(tài)的全景視頻。該技術(shù)帶給人們的是一種全新的感受,其效果表現(xiàn)為全動態(tài)、全視角、帶音響的全景虛擬,目前正在快速發(fā)展過程之中。
5.1.3全景技術(shù)的應(yīng)用
三維全景技術(shù)是目前迅速發(fā)展并逐步流行的一個虛擬現(xiàn)實分支,可廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)三維業(yè)務(wù)。由于它的*大特點為圖像清晰,表現(xiàn)視角范圍廣闊,可交互,因此在宣傳產(chǎn)品、引導(dǎo)用戶行為、輔助展示主題方面具有很大的發(fā)展空間,簡單歸納有以下幾個方面。
1. 旅游景點虛擬導(dǎo)覽展示
高清晰度全景三維效果可以真實地展現(xiàn)景區(qū)的優(yōu)美環(huán)境,給觀眾一個身臨其境的體驗。結(jié)合景區(qū)游覽圖導(dǎo)覽,觀眾可以自由穿梭于各景點之間,是旅游景區(qū)、旅游產(chǎn)品宣傳推廣的*佳創(chuàng)新手法。
在利用全景技術(shù)制作旅游景點虛擬導(dǎo)覽時,為了更好地引導(dǎo)觀眾游覽,還可對景區(qū)不同季節(jié)的美景進(jìn)行全方位的圖片拍攝,并以四季中景區(qū)*有代表性的景色予以命名,使觀眾通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽了美景后難抑心中的向往,紛至沓來。
2. 網(wǎng)上酒店三維全景虛擬展示應(yīng)用
在互聯(lián)網(wǎng)訂房已經(jīng)普及的時代,在網(wǎng)站上用全景技術(shù)展示酒店賓館的各種餐飲和住宿設(shè)施,是吸引顧客的好辦法。利用網(wǎng)絡(luò),客戶可遠(yuǎn)程虛擬瀏覽賓館的大樓外景,酒店內(nèi)的大廳、客房、會議廳等各項服務(wù)場所,展現(xiàn)賓館優(yōu)美、舒適的環(huán)境,給客戶以實在感受,促進(jìn)客戶預(yù)訂客房。
客戶通過網(wǎng)站選中了酒店后,還可以直接選擇酒店住房進(jìn)行預(yù)訂,單擊鼠標(biāo)可事前通過全景圖360°觀看各個客房的設(shè)施條件,更方便客戶確認(rèn)和挑選客房。由于有了全景展示,客戶可快速了解酒店大樓布局和火災(zāi)逃生通道,使客戶對酒店服務(wù)迅速建立良好的印象。
3. 房產(chǎn)三維全景虛擬展示應(yīng)用
房產(chǎn)開發(fā)銷售公司可以利用虛擬全景瀏覽技術(shù),展示樓盤的外觀,房屋的結(jié)構(gòu)、布局、室內(nèi)設(shè)計,置于網(wǎng)絡(luò)終端,購房者在家中通過網(wǎng)絡(luò)即可仔細(xì)查看房屋的各個方面,激發(fā)潛在客戶的購買欲望。
目前,許多房產(chǎn)開發(fā)商在推銷房屋的過程中建立一個裝修好的樣本間,引導(dǎo)客戶實地看房,而采用虛擬全景技術(shù)可以將虛擬的樣本間全景圖制作成多媒體光盤贈送給看房者,帶回家與更多人分享,增加客戶的滿意度、忠誠度,做更精準(zhǔn)有效的傳播;也可以制作成觸摸屏或者大屏幕現(xiàn)場演示,給購房者提供方便,節(jié)省交易時間和成本;在房交會現(xiàn)場用全景展示無疑可以使人感受到房產(chǎn)公司技高一籌的宣傳效果。
如果是多期開發(fā),將已有的成品小區(qū)做成全景漫游,對于開發(fā)者而言也是對已有產(chǎn)品的一種數(shù)字化整理歸檔,對于消費者而言,可以增加信任感,促進(jìn)后期購買欲望。因此,采用全景技術(shù)制作的數(shù)字化全景圖是具有*高性價比的房產(chǎn)廣告宣傳新選擇。
4. 公司企業(yè)展示宣傳
在公司企業(yè)招商引資、業(yè)務(wù)洽談、人才交流等場合,如果采用全景展示宣傳企業(yè)公司的環(huán)境和規(guī)模;洽談對象、客戶不是簡單地通過零碎照片或效果圖做出決定,也不需要逐行逐字地研究企業(yè)公司的宣傳文字,新奇的全景展示會一目了然地彰顯出公司的實力和魅力。
5. 商業(yè)空間展示宣傳
有了三維全景虛擬展示,商城中的服裝與日常用品,以及商品的陳列廳、專賣店、旗艦店等相關(guān)空間的展示就不再有時間、地點的限制,三維全景虛擬使得參觀變得更加方便、快捷,只需單擊鼠標(biāo)就可像來到現(xiàn)場一樣,大大節(jié)省成本,提高了效率。
6. 娛樂休閑空間三維全景虛擬展示應(yīng)用
美容會所、健身會所、咖啡廳、酒吧、餐飲等環(huán)境的展示,借助全新的虛擬展示推廣手法,把環(huán)境優(yōu)勢清晰地傳達(dá)給顧客,營造超越競爭對手的有利條件。
7. 汽車三維全景虛擬展示應(yīng)用
汽車內(nèi)景的高質(zhì)量全景展示,展現(xiàn)汽車內(nèi)飾和局部細(xì)節(jié)。汽車外部的全景展示,可以從每個角度觀看汽車外觀,可以在網(wǎng)上構(gòu)建不落幕的車展,并可以進(jìn)行虛擬試駕,使更多人真實感受車的性能,使汽車銷售更輕松、有效。
8. 博物館、展覽館、劇院等三維全景虛擬展示應(yīng)用
在博物館方面,傳統(tǒng)文字圖片往往難以直觀地體現(xiàn)館內(nèi)眾多的信息,文物信息管理并不輕松。通過三維實景技術(shù),可將博物館內(nèi)的文物信息全面、直觀地記錄下來,方便文物信息管理。以博物館建筑或者劇院的平面或三維地圖導(dǎo)航,結(jié)合全景的導(dǎo)覽應(yīng)用,觀眾可以自由穿梭于每個場館之中,只需輕輕單擊鼠標(biāo)即可全方位參觀瀏覽,配以音樂和解說,更加身臨其境。結(jié)合物體三維全景展示技術(shù),游客不僅可以在科博館內(nèi)瀏覽參觀,更可以單獨選擇其感興趣的文物(通過實景拍攝,不方便拍攝的可以利用三維模型軟件來建模),任意旋轉(zhuǎn)并放大、縮小地近距離欣賞。虛擬導(dǎo)覽系統(tǒng)做成光盤,可以作為光盤禮品或宣傳品贈送。同時對博物館加以數(shù)字化的保存,也極富收藏價值。
9. 虛擬校園三維全景虛擬展示應(yīng)用
在學(xué)校的宣傳介紹中,有了三維全景虛擬校園展示,可以實現(xiàn)隨時隨地參觀優(yōu)美的校園環(huán)境,展示學(xué)校的實力,吸引更多的生源?梢园l(fā)布到網(wǎng)絡(luò),也可以做成學(xué)校介紹光盤發(fā)送。學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)電子名片光盤: 將校園的三維實景照片制作成領(lǐng)導(dǎo)的電子名片光盤,學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)在與貴賓交換名片時就可以把學(xué)校的多媒體宣傳介紹交給對方,也提升形象,一舉多得。學(xué)校多媒體教學(xué)應(yīng)用: 三維實景漫游系統(tǒng),亦可助力于學(xué)校教學(xué)應(yīng)用。例如,可對學(xué)校各實驗室制作全景展示,發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽即可提前直觀地了解實驗室的位置、布局、試驗要求安排等信息。
10. 政府開發(fā)區(qū)環(huán)境展示
政府開發(fā)區(qū)投資環(huán)境,做成虛擬導(dǎo)覽,并可發(fā)布到網(wǎng)上進(jìn)行展示?砂验_發(fā)區(qū)的建設(shè)環(huán)境帶到世界各地。將客商的介紹變得一目了然,說服力強(qiáng),可信度高。
全景技術(shù)目前應(yīng)用非常廣泛。例如,在谷歌和百度的地圖搜索中,對我國的大城市就采用了全景技術(shù),通過平面地圖,人們可以搜索到某個地點,然后可切換到三維界面或全景圖界面,極大地方便了人們出行。
客觀地說,全景圖還不是真正意義上的3D技術(shù),其交互性能也十分有限,所以它也并不能算作真正意義上的虛擬現(xiàn)實技術(shù),從這點出發(fā),該技術(shù)還有進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展的必要。
5.2全景技術(shù)常用的硬件與軟件
全景技術(shù)是基于數(shù)字圖像的一門專業(yè)技術(shù),由于其特殊的性能特點,因此全景技術(shù)中所采用的軟、硬件內(nèi)容也擁有自身的特點。
5.2.1常用的硬件
1. 數(shù)碼相機(jī)
數(shù)碼相機(jī)(Digital Camera,DC)是一種利用電子傳感器把光學(xué)影像轉(zhuǎn)換成電子數(shù)據(jù)的照相機(jī)。與傳統(tǒng)膠片相機(jī)比較,它的拍攝成本非常低,成像快,可直接進(jìn)行數(shù)字化編輯,因而廣泛應(yīng)用于全景技術(shù)。另外,現(xiàn)在除了專用的數(shù)碼相機(jī),許多電子設(shè)備也有拍照功能,如手機(jī)等。
數(shù)碼相機(jī)的工作原理: ①經(jīng)過鏡頭光聚焦在CCD或CMOS上; ②CCD或CMOS將光轉(zhuǎn)換成電信號; ③經(jīng)處理器加工,記錄在相機(jī)的內(nèi)存上; ④通過計算機(jī)處理和顯示器的光電轉(zhuǎn)換,形成數(shù)碼影像。
其中,CCD(Charge Coupled Device,電荷耦合裝置)和CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)都是由光敏元件構(gòu)成的具有光電轉(zhuǎn)換和信號放大功能的集成電路塊,是數(shù)碼相機(jī)的核心部件,數(shù)碼相機(jī)的分辨率大小取決于CCD或CMOS元件的性能。一般情況下,CCD芯片的圖像質(zhì)量優(yōu)于CMOS芯片的圖5.21魚眼鏡頭示意圖
圖像質(zhì)量,但拍攝速度慢于CMOS芯片。
2. 魚眼鏡頭
魚眼鏡頭指視角接近或等于180°的鏡頭,視角為眾多鏡頭之冠。絕大部分魚眼鏡頭均是定焦鏡頭,只有少部分是變焦鏡頭。其鏡面似魚眼向外凸出,所視的景物,像魚由水中看水面的效果。魚眼鏡頭一般用來拍攝廣闊的風(fēng)景或在室內(nèi)拍攝,如圖5.21 所示。
魚眼鏡頭與常用的數(shù)碼相機(jī)的廣角鏡頭具有不同的構(gòu)造。魚眼鏡頭又稱全景鏡頭,屬于超廣角鏡頭,視角不小于180°,魚眼鏡頭分兩種,一種是圓形魚眼鏡頭,另一種是對角線魚眼鏡頭。而廣角鏡頭分為托普崗廣角鏡頭、魯沙廣角鏡頭、達(dá)歌廣角鏡頭,它們之間的構(gòu)造均不同。
魚眼鏡頭與廣角鏡頭的差異還表現(xiàn)在: 魚眼鏡頭的焦距變化少,超廣角鏡頭的焦距變化情況多。超廣角與其他鏡頭一樣,竭力校正畫面邊緣出現(xiàn)的畸變,力爭使拍出的畫面與實物相一致。而魚眼鏡頭則有意保留影像的桶形畸變,用以夸張其變形效果,拍出的畫面除了中心部位以外,其他所有的直線都會變成彎曲的弧線。
3. 全景頭
全景頭又名全景云臺,是區(qū)別于普通相機(jī)云臺的高端拍攝設(shè)備。此類云臺都具備兩大功能: ①可以調(diào)節(jié)相機(jī)節(jié)點在一個縱軸線上轉(zhuǎn)動; ②可以讓相機(jī)在水平面上進(jìn)行水平轉(zhuǎn)動拍攝;從而使相機(jī)拍攝節(jié)點在三維空間中的一個固定位圖5.22全景頭示意圖
置進(jìn)行拍攝,保證相機(jī)拍攝出來的圖像可以使用造景師軟件進(jìn)行三維全景的拼合。另外,全景云臺需由三角支架作支撐,全景頭如圖5.22 所示。
從應(yīng)用角度看,全景頭主要應(yīng)用于三維全景展示及虛擬漫游制作的前期拍攝中,另外也可以進(jìn)行普通照片的高端拍攝。
從工作原理上看,首先全景云臺須具備一個具有360°刻度的水平轉(zhuǎn)軸,可以安裝在三腳架上,并對安裝相機(jī)的支架部分進(jìn)行水平360°的旋轉(zhuǎn);其次,全景云臺的支架部分可以對相機(jī)進(jìn)行前面的移動,從而達(dá)到適應(yīng)不同相機(jī)寬度的完美效果,由于相機(jī)的寬度直接影響到全景云臺節(jié)點的位置,所以如果可以調(diào)節(jié)相機(jī)的水平移動位置,那么基本就可以稱之為全景云臺或全景頭。
全景頭可以分為以下兩類。
。1) 專用全景頭。也就是專門為某種型號的相機(jī)而設(shè)計的,如Kaidan的kiwi990就是專門為Nikon Coolpix 990設(shè)計的、上海杰圖軟件的JTS1500是專門為Nikon Coolpix 4500設(shè)計的。
。2) 通用全景頭。如Manfrotto(曼富圖)302 QTVR全景頭是一種三向可調(diào)節(jié)的全景頭,可以根據(jù)不同相機(jī)進(jìn)行具體調(diào)節(jié)。
4. 旋轉(zhuǎn)平臺
要制作對象全景作品,必須獲得對象物體的一系列多個角度圖片。在拍攝時,為了得到較好的效果,通常使用普通數(shù)碼相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī),可采用旋轉(zhuǎn)平臺輔助拍攝,以保證旋轉(zhuǎn)時圍繞著物體的中心,如圖5.23所示。它通常由步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動底盤的轉(zhuǎn)動,拍攝時使物體的中心軸線放在底盤的圓心上,高檔的旋轉(zhuǎn)平臺還可以精密控制旋轉(zhuǎn)的角度,進(jìn)行升降控制。
圖5.23旋轉(zhuǎn)平臺
5. 其他輔助設(shè)備
在拍攝過程中,有時因為需要從空中進(jìn)行圖像拍攝,需要某些特種設(shè)備,如航拍飛行器等,如圖5.24所示。
圖5.24航拍飛行器示意圖
航拍飛行器是一個集單片機(jī)技術(shù)、航拍傳感器技術(shù)、GPS導(dǎo)航航拍技術(shù)、通信航拍服務(wù)技術(shù)、飛行控制技術(shù)、任務(wù)控制技術(shù)、編程技術(shù)等多技術(shù)并依托于硬件的高科技產(chǎn)物,因此要想設(shè)計好一個飛控系統(tǒng),上述技術(shù)一項都不能少。
航拍飛行器的特點是,無人直升機(jī)化、設(shè)備微型化、動力可持續(xù)化、飛控簡單自動化、攝像清晰效果好。
航拍飛行器的發(fā)展趨勢是,無人機(jī)航拍攝影技術(shù)作為一種空間數(shù)據(jù)獲取的重要手段,具有續(xù)航時間長、影像實時傳輸、高危地區(qū)探測成本低、高分辨率、機(jī)動靈活等優(yōu)點,在國內(nèi)外已得到廣泛應(yīng)用。
隨著我國信息化建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展,無人機(jī)的研究發(fā)展在總體設(shè)計、飛行控制、組合導(dǎo)航、中繼數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、圖像傳輸、信息對抗與反對抗、發(fā)射回收、生產(chǎn)制造和實際應(yīng)用等諸多技術(shù)領(lǐng)域都有了長足的進(jìn)步,達(dá)到了很高的實際應(yīng)用水平,產(chǎn)量和種類均居世界前列。
5.2.2常用軟件
目前在全球從事全景技術(shù)開發(fā)的公司有很多,開發(fā)此類軟件的著名軟件公司有Pixround、IPIX、3dvista、Ulead(中國臺灣友立),Iseemedia和Arcsoft(虹軟)等。
1. 國外開發(fā)的常見全景軟件
① 3D Vista Studio。
② Corel PhotoPaint。
、 MGI Photo Vista。
、 Image Assembler。
、 IMoveS.P.S。
、 VR Panoworx。
、 VRToolbox。
、 PTGUI。
、 iPIX。
、 Arcsoft Panorama Maker。
Photoshop Elements。
Photo Vista Panorama。
PixMaker Lite。
PixMaker。
OTVRA.Studio。
REALVRZ Stitcher。
Powerstitch。
PanEdit。
Hotmedia。
2. 國內(nèi)常見的全景軟件
① 杰圖造景師軟件。
② 大連康基數(shù)碼的ReLive。
③ 浙江大學(xué)的Easy Panorama。
④ 北京全景互動科技有限公司的觀景專家與環(huán)視專家。
⑤ 虛擬無忌網(wǎng)站(www.86VR.com)的環(huán)球坊等。
⑥ UleadCool 360(中國臺灣)
3. 代表性的全景技術(shù)軟件介紹
1) QuickTime VR
QTVR(Quick Time Virtual Reality)是美國蘋果公司開發(fā)的跨平臺的虛擬現(xiàn)實技術(shù),支持各種格式的影片、圖片、流媒體、動畫、聲音、虛擬現(xiàn)實以及具有互動效果的文件的虛擬實境技術(shù)。可以說是一種在個人計算機(jī)平臺上使用,基于靜態(tài)圖像處理(Image Base VR)的初級虛擬實境技術(shù)。
QTVR技術(shù)有以下3個基本特征。
① 從三維造型的原理上看,它是一種基于圖像的三維建模與動態(tài)顯示技術(shù)。
、 從功能特點上看,它有視線切換、推拉鏡頭、超媒體鏈接3個基本功能。
③ 從性能上看,它不需要昂貴的硬件設(shè)備就可以產(chǎn)生相當(dāng)程度的VR體驗。
2) iPIX 全景技術(shù)
iPIX全景技術(shù)是由美國iPIX公司(Internet Pictures Corporation)研制開發(fā)的一種圖像瀏覽技術(shù),該技術(shù)原來在美國航空航天上應(yīng)用,后來轉(zhuǎn)為民用。
iPIX全景技術(shù)的整體解決方案是它利用具有iPIX專利技術(shù)的魚眼鏡頭拍攝兩張180°的球形圖片,再通過iPIX World軟件把兩幅圖像拼合起來,制作成一個iPIX 360°的全景圖片,是一款“傻瓜型”制作技術(shù)。其作品可運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)上,產(chǎn)生非常逼真的環(huán)視效果,沉浸感好。
3) PixMaker 全景
PixMaker為拍攝全景圖片提供了完整而簡易的解決方案。在無需昂貴專業(yè)器材或額外瀏覽器插件的情況下,即可在Internet上瀏覽互動的網(wǎng)上虛擬環(huán)境。
PixMaker對相機(jī)型號沒有特別要求,制作者可用普通相機(jī)拍下照片,就可用PixMaker軟件制作全景360°圖片上傳到Internet上。它的*大優(yōu)點是操作的簡易性。制作者只需將一組照片通過拍攝、拼接、發(fā)布3個步驟,即可制作出360°環(huán)繞的畫面,讓網(wǎng)上瀏覽者隨心所欲地利用鼠標(biāo)觀看空間、對象的每一個角落。另外,其發(fā)布形式也多樣化,根據(jù)用戶的需要可以制作成Web、PDA、EXE、JPG等格式。PixMaker工作界面如圖5.25 所示。
圖5.25PixMaker 工作界面
主界面中3個主要圖標(biāo)按鈕功能如下。
Snap: 導(dǎo)入圖片。
Stitch: 拼接圖片。
Publish: 發(fā)布。
5.3全景圖的制作
全景圖的種類多,采集的素材圖片形式不一,因而制作時同樣也有不同的方法,通常情況下,制作軟件可以利用通用的Photoshop,或其他的專業(yè)軟件。
……
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