基于全景视图的虚拟现实系统研究

【前言】基于全景视图的虚拟现实系统研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。虚拟场景的绘制是虚拟漫游系统的关键，依据不同的场景建模方法，目前主要分为基于图形绘制（GBR）和基于图像绘制（IBR）两种方法。IBR方法与GBR相比具有以下特点：（1）以图片代替3D建模，虚拟场景生成速度快，开发周期短。（2）场景逼真，给人以身临其境的视觉满足感...

摘要：基于图像绘制的虚拟漫游系统，具有数据量小、计算独立于场景复杂度及照片的绘制质量等优点，是当前虚拟现实技术研究的热点。该方法不用专门的硬件加速就能获得真实感很强的图像和实时的交互速度，带给人身临其境的视觉沉浸感，可广泛应用于虚拟旅游、娱乐、虚拟训练和场馆楼盘的三维展示中。本文以柱面全景图为例，对虚拟实景空间创建等进行了研究，并在现有算法基础上实现了景区的全景漫游及导航功能。

关键词：全景图 虚拟现实 图像拼接 导航

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）09-0057-02

1、引言

近年来，随着虚拟现实技术的发展，其应用内容也日趋复杂化。特别是网络图形技术的发展，对具有真实感强的实时虚拟场景绘制方法提出了更高的要求。因而急需在现有计算机平台下研究一种有效的图形绘制算法以进一步加速对复杂场景模型的绘制，然而算法的绘制速度、对象的生成质量及场景复杂度之间的矛盾，己成为计算机图形学领域一个重要的课题。

虚拟场景的绘制是虚拟漫游系统的关键，依据不同的场景建模方法，目前主要分为基于图形绘制（GBR）和基于图像绘制（IBR）两种方法。IBR方法与GBR相比具有以下特点：（1）以图片代替3D建模，虚拟场景生成速度快，开发周期短。（2）场景逼真，给人以身临其境的视觉满足感，可达到照片级的真实感。（3）数据量小，适合网络传输，且视图生成算法计算量小，能够在一般PC机上实时绘制完成。

2、全景图技术

全景（Panorama）技术是目前迅速发展的一门视觉新技术，它可以拓展图片的分辨率和实现信息压缩，目前已广泛应用于宇宙空间探测、医学图像处理、海底勘探等社会领域。全景图可通过多种途径获取，目前多采用图像拼接的方法得到。虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）系统又可称为灵境技术，它可提供一种模拟仿真的互动环境。对于任何一个虚拟现实系统，主要有以下三大特性。（1）沉浸性。（2）交互性。（3）多感知性。

2.1 基于图像的图形绘制技术（IBR技术）

它采用真实的场景图片作为输入，并通过图像处理技术对全景图像进行反投影、插值等运算来绘制虚拟场景。其与传统的基于图形绘制的方法思路完全不同，不再需要繁琐的几何建模，直接由己知场景图像合成新视图。

基于IBR的方法较传统的基于图形绘制的方法，有着以下优势：（1）场景真实，沉浸感强。（2）建模简单快速。（3）数据量小，实时性好。

2.2 立方体全景图技术

立方体全景图可实现360度无视觉死角漫游。视平面与立方体全景图的几何关系如图1所示。

通常可以由两种方法来生成立方体全景图：第一种是用拼接软件的方法对采集的图像进行无缝拼接，并采用立方体投影模型来生成具有6个面的立方体全景。第二种方法是用数码相机严格标定相机的位置，使用90度的广角镜头在上下，前后，左右6个方向依次各拍摄一张照片，并将获取的照片无缝拼接成立方体全景图。

2.3 全景图的生成

基于图像的绘制（IBR）是通过宽视角图像、360°全角度具有三维立体图像对现实中的景象进行建模展示，根据多个静态的图像进行合理的组合来展现实际场地的一种连续查看。随着计算机技术水平的快速发展，为图像的计算机处理提供了更为先进的数字处理方法，我们利用多个现场图像的拼接，通过数字技术实现对其各个拼接点和接触点进行编辑；也可以对每个节点进行不用角度的和远近距离的查看等操作。这种根据多个图像拼接来实现整个场景的展示过程如2图所示：

3、虚拟实景空间系统分析设计

虚拟实景即将现实中的场景通过现有虚拟技术进行表现，由于技术实现复杂度高等条件限制，提出了基于实时序列普通图像采集数据，运用IBR全景技术，将图像数据生成可靠性高，真实度高的虚拟环境的全景图。

虚拟实景空间的数据采集来自于真实的场景照片、围绕人机交互操作这个核心，比传统的虚拟技术在真实性、人机交互等方面有很大的优势，其主要特点体现在以下几点：

（1）原始数据真实性。基于建模的虚拟空间是实景是通过3D几何模型实现，而虚拟实景空间构造使用的是实景图像。 （2）空间。虚拟空间是虚拟场景和视点之间的关系，虚拟实景空间系统是以图片采集点W（X，Y，Z）为唯一视点，在该视点观察者可以进行360°×180°查看空间场景的基本元素，在场景的所表达出的所有时空信息则是真实有效的。（3）虚拟。虚拟是指在图片采集技术的基础上，通过计算机技术，将原始数据转换成直观、易于操作和管理的真实、有效、完整的虚拟数据，可以真切模拟现实场景的信息。（4）交互。虚拟实景技术是基于易于交互和操作的基础发展起来的，交互性是关键所在，由于现有全景技术的技术所限，交互的可控自由度十分有限，但理论上空间操纵的自由度仍有很大的空间可以提升。

4、全景图自动拼接系统实现

全景图的实现是经过对图片一系列的处理，如拍摄、拼接、融合等一些关键步骤，从而形成一副从视觉上观察是一副完整并且连续的一系列图像的有机、有序的组合。

将拍摄得到的图片分组拼接时，每组图像都没有一个固定合理的排列顺序，这些图片中包含了构成全景图的部分子集图像和不属于全景图像子集的噪声图像。而漫游系统中全景图是自动生成的。

系统实现。下图为对某景点全景图的虚拟漫游的实现，图3，图4为对景点的拼接后的全景图。

上图中，左上角是系统的导航系统，用户可以根据自己的需要选择其他景点。根据选择景点的不同，系统所呈现的景点信息也会随之发生不同变化。用户通过鼠标可以直接定位感兴趣的范围，然后通过键盘上的上、下、左、右键选择去向，也可以选择全屏观看，对全景图像进行旋转等功能，大大提高了系统的灵活度。

5、结语

本论文运用图像拼接、图像融合理论，编程实现全景图的拼接及融合过程，结合虚拟漫游技术实现了虚拟场景漫游及导航、半视点360×360度无视觉死角浏览、全方位地漫游整个景点区域场景的功能；也方便地实现全景图的漫游、实景展示的功能，使用户体验更加真实有效。

实验结果表明，该系统在全景图的漫游及导航功能在效率和精确度方面都有良好的可用性。系统的实现，为旅游业的发展提供了有力支持。

参考文献

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