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多媒体技术与虚拟现实:全景图生成技术

时间:2023-10-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前,用普通相机在固定点拍摄图片,然后拼接生成全景图的研究比较活跃,而全景图生成的核心技术之一的图像拼接算法也是研究重点。360度全景图像有三种类型:圆柱型、立方体型和球型。与标准镜头、长焦镜头和广角镜头相比,鱼眼镜头是最好的全景图像信息采集镜头。PTGui是一款功能强大的全景图片拼接软件。使用PTGui可以快捷方便地制作出360×180度的完整球型全景图片,且其工作流程简便。

多媒体技术与虚拟现实:全景图生成技术

三维全景技术是利用实景照片建立虚拟环境,将相机环360°拍摄的一组照片拼接成一个全景的图像。

1.全景图生成

全景图的生成包括图像采集(照片拍摄)、图像拼接、全景图展示等步骤。

(1)图像采集。要进行图像的采集,主要有两种方法:

一是利用全景拍摄器材设备进行拍摄。该方法比较容易采集图像,但是摄影器材设备价格昂贵,因而影响了其通用性。

二是通过普通相机拍摄后再进行图像拼接。目前,用普通相机在固定点拍摄图片,然后拼接生成全景图的研究比较活跃,而全景图生成的核心技术之一的图像拼接算法也是研究重点。

(2)图像拼接与缝合。现有的全景图像拼接生成算法主要可以分为三类:基于特征的方法、基于流的方法和基于相位相关的方法。在得到拼接好的图像后,还需要对图像重叠部分进行处理,以实现图像的无缝拼接,对此目前大多采用的是线性插值法

(3)全景图展示。得到360度全景图像后,还要将该图像投影到所选择模型的内表面展示,并提供简单的浏览功能。

360度全景图像有三种类型:圆柱型、立方体型和球型。圆柱型是将拼接好的全景图投影到圆柱体的内表面;立方体型是将拼接好的全景图投影到立方体的内表面;球型是将拼接好的全景图投影到球体的内表面。

Pano2VR是一个全景图像发布的应用软件,可以将球面全景和立方体全景图像转换成为Quick Time或者Flash格式的三维全景图像。

2.全景图像的摄影设备

全景图像的拍摄比普通照片的拍摄要求高,主要原因有三点:首先是单幅图像的采集应尽可能使视角范围大;其次在图像采集的过程中要求图像的曝光、色温要有一致性,以方便后期的拼接与合成;最后是图像采集过程中要求围绕镜头的节点进行旋转。(www.xing528.com)

(1)相机。原则上讲,所有的数字相机都可以用于全景图像的采集,但考虑到对于采集图像的质量以及全景图片拼接的要求,专业的单反相机是全景摄影的最佳选择。

(2)拍摄镜头。全景摄影时使用的镜头直接影响着制作三维全景图的质量与效率。因此选择适当的镜头十分重要。

标准镜头的视角与透视关系接近于人类的视觉感受,拍摄的画面具有真实感。长焦镜头比标准镜头的焦距长且视角小。广角镜头比标准镜头的焦距短且视角大。因此,广角镜头的视角涵盖范围比较大,在全景摄影360度景象的采集过程中,相比标准和长焦而言有着更高的效率。在全景摄影拍摄中常采用广角镜头进行图片的采集。

与标准镜头、长焦镜头和广角镜头相比,鱼眼镜头是最好的全景图像信息采集镜头。鱼眼镜头是一种焦距为16mm或更短的且视角接近或等于180度的镜头。鱼眼镜头属于超广角镜头中的一种特殊镜头,它的视角力求达到或超出人眼所能看到的范围。鱼眼镜头不仅视角范围大,而且它的焦距短,能够产生特殊的变形效果;同时景深长,有利于表现照片的大景深效果。

(3)云台。云台是放置相机的专用平台,和普通三脚架上的云台不同,全景图像采集要求相机的旋转始终以镜头的成像点为中心。因此全景云台也是全景摄影必不可少的设备之一。这种云台上有相关刻度、水平仪和一些调节附件,保证拍摄点固定于所拍摄的立体场景的中心已达到最好的拍摄效果。

(4)三脚架。拍摄三维全景图时由于要求在固定一个点拍摄多张照片再做拼接,因此三脚架也是必不可少的设备之一。三脚架的种类和品牌很多,三维摄影用的三脚架要求有良好的稳定性和可靠性

3.全景图拼接软件

实景照片拍摄后,需要经过拼合、切割、融合等一系列处理后,才能观看全景图。全景图的拼接一般用计算机软件来完成,目前全景图制作软件有PTGui、KRPano、720云全景制作软件、VeeR编辑器、造景师、Ulead COOL 360、Autodesk Stitcher等。

Photoshop的Photomerge功能也可以进行全景的拼接。但是其拼接原理较为简单,只有最基本的对齐和融合功能,而且需要拼接的全景图像至少要求有30%的重叠区域。对于复杂图像的扭曲与镜头变形的矫正无能为力。由于这些局限,Photoshop无法作为主力软件完成360全景的拼接工作,其主要是负责拼接之后全景图像的美化工作。

Stitcher是一款高品质专业级的全景图制作工具。它能利用无论是在水平或垂直部分有交互重叠的照片,在很短的时间内建构一个360×360度的高解析度全景影像。用户可以利用一个虚拟的摄影机在全景影像中通过缩放、摇晃、倾斜、旋转等动作来创造一个全新的影片。

PTGui是一款功能强大的全景图片拼接软件。它同时提供手动和自动两种拼接模式,并且两种模式都能取得很好的效果。使用PTGui可以快捷方便地制作出360×180度的完整球型全景图片,且其工作流程简便。

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