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虚拟
基于静态图像的虚拟现实技术是一种提供初步VR体验的虚拟现实技术，其最鲜明的特点就是开发、研制成本低廉，使用过程简单方便，并不需要专用的诸如头戴镜、数据手套等昂贵的设备，仅需要一台多媒体电脑就可以了。
由于这样的特点，使得以往需要复杂昂贵的专门设备支持的虚拟现实技术在现实生活中以及教育领域中的广泛应用成为可能。
本文QTVR为例，介绍了基于静态图像的虚拟现实技术的工作原理、基本特色、开发系统的组成及其在教育领域中的典型应用。
一、虚拟现实的基本概念
虚拟现实（简称VR：
VirtualReality）,又称临境技术，是指用立体眼镜的传感手套等一系列传感辅助设施来实现的一种三维现实，人们通过这些设施以自然的方式（如头的转动、手的运动等）向计算机送入各种动作信息，并且通过视觉、听觉以及触觉设施使人们得到三维的视觉、听觉及触觉等感觉世界。
随着人们不同的动作，这些感觉也随之改变。
目前，与虚拟现实相关的内容已经扩大到了与之相关的许多方面，像“人工现实（ArtificialReality）”、“遥现”（Telepresence）、“虚拟环境”（VirtualEnvironment）、“赛伯空间”（Cyberspace）等，都可以认为是虚拟现实的不同术语或形式。
事实上,虚拟实现技术不仅仅是指那些戴着头盔和手套的技术，而且还应该包括一切与之有关的具有自然模拟、逼真体验的技术与方法。
它要创建一个酷似客观环境又超越客观时空、能沉浸其中又能驾驭其一的和谐人机环境，也就是由多维信息所构成的可操纵的空间。
它的最重要的目标就是真实的体验和方便自然的人机交互，能够达到或者部分达到这样目标的系统就称为虚拟现实系统。
二、基于静态图像的虚拟现实技术：
QTVR
1．什么是QTVR
QTVR是QuickTimeVirtualReality的简称,它是美国苹果公司开发的新一代虚拟现实技术。
概括地讲是一种基于静态图象处理的,在微机平台上能够实现的初级虚拟现实技术。
QTVR属于桌面虚拟现实的一种。
虽然它是初级的虚拟现实技术,但是它有其自身的特色与优势.它的出现使得往专业实验室中的成本昂贵的虚拟现实技术的应用普及有了广阔的前景.
假定我们在一室空间进行观擦，室内空间一般有六个表面，如果我们获取了这六个表面的许多不同距离，不同方位的实景照片并将他们按照相互的关系有机连接起来就可以在视觉上形成这个房间整个空间的整体认识，这就是全景概念。
在观察时。
我们可以任意的转动观看，也可以改变视点，或是走近仔细观看，由于这些照片是相互连接的，所以只要照片足的精细连接得紧密正确，我们就可以获得空间的感觉。
同样无论无论我们是野外海边，还是在复杂如迷宫的博物馆，办公室或航空母舰上，通过建立以实景为基础的全景图象，就可以对我们的周围进行观擦，如果辅以声音，也可以获得较好的随意观察、交互访问的效果。
这就是QTVR工作的基本原理。
3.QTVR与其它技术的比较
与传统影视媒体的比较：
与传统虚拟现实技术的比较：
与多媒体软件的比较：
多媒体在感知领域的应用不及VR广泛，且多媒体技术所操纵的对象都是二维的，QTVR技术拥有比多媒体技术更强的真实感.QTVR不需要特殊的硬件和附属设备,在普通的PC机或Macintosh机上即可实现虚拟现实的效果。
QTVR可以应用照片、录象或数字图象来创建虚拟环境，这就不同于静止的CAD或GIS制作，使它较之传统的虚拟现实技术有着更高的真实感、更丰富的图象和更鲜明的细节特征。
传统影视媒体只能按照录制的顺序播放,参与者不可改变其播放顺序缺乏交互性;而QTVR技术使参与者可以自己控制体验的进程和顺序,可以挑选自己感兴趣的环节而略过其他部分。
三、QTVR开发系统的构成
1．图象采集设备
QTVR主要通过静态的图像来构建三维空间与三维模型，因此，必须要有相应的图象采集设备。
QTVR图像的拍摄可以用普通的照相机或者摄像机，如果是用照相机拍摄图片，那就还需要一个扫描仪将照片数字化，形成图像文件；如果是用摄像机拍摄，那就还需要一个图像采集卡，将连续动态的视频离散成一幅幅图像文件。
因为QTVR要求的是拍摄360度范围内的全景图像，直接拍摄全景的相机过于昂贵，所以一般是用普通的相机辅以专用的三角架设备，在空间环绕360度拍摄，然后利用软件将拍摄到的一幅幅图像拼合成一幅全景图像。
普通三角架可以用于拍摄，但难以保证轴心一致，故制作出的全景有跳跃感，真实性不强；而用专用的三角架，可以拍摄出轴心非常一、真实感很强的全景，而且拍摄过程非常简单。
目前美国的KAIDAN公司专门生产用于拍摄全景的三角架。
2.软件组成
QTVR软件包括两大组成部分：
创作软件与播放软件。
创作软件：
播放软件：
QTVR制作成功后，我们就可以利用一个QTVR播放软件来体验它所提供的虚拟环境，进入虚拟的空间，操纵虚拟的物体。
播放软件可运行于Macintosh和Windows的环境。
创作软件主要功能是将离散的图像拼合成全景图像，再将全景图像制作成QTVR格式的文件。
美国的Apple公司已经发行了QTVR的创作软件：
QTVRAuthorStudio1.0，它只能运行在Apple公司的Macintosh系统上。
由于Apple公司的Macintosh系统比较昂贵，在我国的普及面较小，因此，限制了它的进一步的应用。
目前，我所正在研究基于普通PC机和Windows平台的创作系统（SpinVR系统），目前已取得阶段性成果，它的研制成功，将大大拓宽QTVR的应用面。
五、QTVR在教育领域的应用
QTVR有着独特的技术特色，它以极低的制作成本获得一定程度的虚拟现实体验，它在立体空间的展示，立体物体的展示，展品的介绍，虚拟空间的营造与构建，虚拟场景的构造等方面有着作独特的优势。
教育过程中的很重要的一个过程就是呈献知识信息，而QTVR在呈献知识信息方面有着独特的优势，它可以在广泛的科目领域提供无限的VR体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程，因此它在教育领域的有着十分广泛的应用前景；而且由于不需要特殊的硬件和附属设备，从而使其在教育领域中的广泛应用成为可能。
QTVR典型的教育应用包括：
∙建筑工程学：
交互性的参观还未完工的办公大楼，找寻装饰的构思；或参观房屋模型，学习建筑原理。
参观世界各地经典建筑，寻找建筑设计的灵感。
∙考古学：
参观世界上你不可能到达的博物馆，研究从未对公众开放过的私人收藏的绘画或雕塑。
∙医学教育：
学生可以通过解剖一具虚拟的尸体来学习解剖学，也可以观看血细胞通过心脏的全过程。
医生用从实际病人身上收集来的数据进行仿真，对手术或其它过程进行周密的计划，例如：
观看胃镜的过程，了解病变组织的特征。
∙导游培训：
让学生参观世界各地虚拟的风景名胜，并学习这些名胜的历史、特点、文化内函等等。
∙生物教育：
操纵分子模型，观察不同药物的立体结构图象；或沿着丛林小溪来研究海狸的习性。
∙历史教育：
进入别的世纪，如参观商代的集市，或参加唐代的盛典。
∙化学和物理教育：
昂贵实验仪器的介绍与展示，参观你不可能进入的实验空间，如核反应堆，粒子对撞空间等等。
∙社会科学：
参观世界各地的社会风情，了解各地生活形态与习性。
由于QTVR技术的出现，使得所有这些VR体验在个人机上都可以实现。
当然，随着QTVR技术研究和开发的深入进行，在教育领域中的应用也会随着这个过程而进一步加深和拓宽。
对QTVR的研究也必然会促进虚拟现实技术的传播和应用。
六、教育应用示例
目前我所正在与北京武警总医院合作，利用QuickTimeVR技术开发一个内消化道的病变诊断教学软件。
该软件能学生实地参观内消化道，学生可以延着内消化道慢慢前进，也可以在任何地点停下来，环绕四周观察，对于可能发生病变的地方，可以放大观察，就象使用放大镜一样。
当学生观察到了病变症状后，便可对其实施各种治疗措施，并能观察到这种治疗措施最可能产生的各种后果。
此软件开发的基本技术思路是：
利用内窥镜拍摄出内消化道的全景录像，再利用图像采集卡采集成数字图像，并利用QTVR处理软件将这些图像处理成一个个场景，供学生进行虚拟探索。
软件的主体控制开发采用Director6.0，它将全景场景以及诊断的交互性完美地集成在一个教学软件之中。
摘要:
基于静态图像的虚拟全景技术是一种在微机平台上能够实现的初级虚拟现实技术。
它让人们在网上能够进行360度全景观察,从而体验三维的VR视觉世界。
本文介绍了基于静态图像的虚拟全景技术、全景摄影的技巧、无缝拼接处理技巧、网络发布技巧以及其在行业中的应用等。
关键词:
静态图像,虚拟全景,制作技术,应用
基于静态图像的虚拟全景技术是一种在微机平台上能够实现的初级虚拟现实技术。
它具有开发成本低廉,但应用又很广泛的特点,因此越来越受到人们的关注。
特别是随着网络技术的发展,其优越性更加突出。
它改变了传统网络平淡的特点,让人们在网上能够进行360度全景观察,而且通过交互操作,可以实现自由浏览,从而体验三维的VR视觉世界。
本文详细介绍了基于静态图像的虚拟全景技术、全景摄影的技巧、无缝拼接处理技巧、网络发布技巧以及其在行业中的典型应用等。
一、虚拟全景技术概述
（一）全景摄影与虚拟全景
全景图像,是指大于双眼正常有效视角（大约水平90度,垂直70度）或双眼余光视角（大约水平180度,垂直90度）,乃至360度完整场景范围的照片。
全景摄影是指把相机环360度拍摄的一组照片通过无缝处理,所拼接成的一张全景图像。
现在随着人们的实际需要,全景摄影的内涵也发生了变化,把相机环某一个大角度（不一定为360度）拍摄的一组照片或环360度拍摄的一组照片,经过处理所拼接成的一张图像,都称作全景图像。
然后运用一定的网络技术将全景图像在互联网上显示,并具有较强的互动性,使您能用鼠标控制环视的方向,可左可右,可上可下,可近可远,可大可小,使您有身临其境的感觉,称之为虚拟全景。
（二）虚拟全景技术的分类
几年来,虚拟全景技术已经从简单的柱形全景,发展到球形全景,对象全景等。
柱形全景:
柱形全景是最为简单的全景虚拟。
所谓柱形全景,您可以环水平360度（或某一个大角度）观看四周的景色,但是如果用鼠标上下拖动时,上下的视野将受到限制,您看不到天顶,也看不到地底。
这是因为用普通相机拍摄照片的纵向视角小于180度。
显然这种照片的真实感不理想。
球形全景:
球形全景视角是水平360度,垂直180度,全视角。
可以说您已经融入了虚拟环境之中了。
球形全景照片的制作比较专业,首先必须用专业鱼眼镜头拍摄两张照片,然后再用专用的软件把它们拼接起来,做成球面展开的全景图像,最后把全景照片嵌入您的网页中。
在美国,也不是所有的制作软件都支持球形全景。
有的专业公司提供球形全景制作的全套软硬件设备,但价格昂贵。
立方体全景:
是另外一种实现全景视角的拼合技术,它打破了原有单一球型全景的拼合技术,使您能拼合出更高精度和更高储存效率的全景。
立方体全景照片的制作也比较复杂,首先拍摄照片时,要把上下前后左右全部拍下来,但是可以使用普通数码相机拍摄,只不过普通相机要拍摄很多张照片（最后拼合成六张照片）,然后再用专用的软件（如3Dvista商业版）把它们拼接起来,做成立方体展开的全景图像,最后把全景照片嵌入您的网页中。
对象全景:
对象全景是瞄准互联网上的电子商务的。
它与风景全景的主要区别是:
拍摄时瞄准对象（如你要拍摄汽车,汽车就是对象）,转动对象,每转动一个角度,拍摄一张,顺序完成。
然后选用对象全景的播放软件,并把它们嵌入你的网页中,发布到您的网站上。
球形视频:
这是一种全动态,全视角,带音响的全景虚拟,美国已有公司推出其顶尖产品（如pixmakerpro商业版、3Dvista商业版支持视频合成）,效果很不错,只可惜,目前的网络带宽不足,几十M的下载使人无法忍耐。
（三）虚拟全景显示插件的比较
JavaApplet:
其优点是无须下载插件,文件尺寸小而且下载快,是最常用的全景显示插件。
但是它也有缺点,就是幅面较小,图像质量稍差,动态显示时有跳动感,不很连续,不支持WindowsXP。
QTVR:
其优点是图像质量最好,与其他Web3D或视频播放共用插件,支持cubic全景。
其缺点是需要下载插件Quicktime,适于在本地主机上演示,有专用文件格式（.MOV）,制作工具软件专用,需quicktimeVRauthoringstudio,但使用极为普遍。
Shockwave3d:
其优点是图像质量好,文件尺寸小,能与其他Web3D共用插件。
缺点是需要下载插件ShockwavePlayer、ShockwaveDirectorplayer和Flashplayer。
虽需下载插件,但使用极普遍。
Imove:
其优点是图像质量好,可做大幅面全景。
缺点是需要下载插件,文件尺寸稍大。
其全景是专用文件格式,3DMAX或3DVIZ可输出此文件格式（.PAN）。
二、虚拟全景照片的拍摄与技巧
虚拟全景的拍摄虽然并不复杂,但也需要一定技巧。
在文章［1］中,郭老师已经详细的介绍了有关镜头的选择、光圈与曝光的选择、分辨率的选择等有关知识,本文将结合自己的工作实践,介绍一些拍摄的技巧及应该注意的事项,让你一次拍摄出精彩的照片。
（一）拍摄器材的准备
数码相机:
虽然有人介绍拍摄全景照片使用传统的相机,但是笔者认为,还是使用数码相机较好。
近几年,随着数码技术的发展,数码相机基本上得到了普及,而且价位也不算高。
使用数码相机,可以省去冲洗照片、扫描以及对扫描后的图像进行技术处理的麻烦。
但是选择数码相机,要确保至少能够拍摄出640×480解析度的照片。
解析度越高,拍摄出的照片质量越高。
但是随着解析度的增加,你所要拼接的图像越大,增加了拼接的工作量。
三脚架:
三脚架是拍摄全景照片必不可少的工具之一。
由于在拍摄的过程中,要不断的旋转照相机进行拍摄,所以一定要选择一个稳固结实的三脚架。
赤道仪:
对于制作实体实物的虚拟（如:
汽车、家用电器、仪器设备等）,还要选择一个可以旋转的平台。
有条件的话,可以直接购买一个赤道仪;没有条件的,自己做一个可以旋转的平台,这样就可以直接虚拟一些稍小的实物与实体（我自己做了一个“赤道仪”,可以承重200公斤,很实用）。
对于象汽车这样的大的实物实体,如果没有赤道仪,可以采选旋转拍摄的方法,但是要注意旋转角度要均匀,拍摄时基本要在同一个水平面。
这样在拼接的时候,可以减少工作量,提高作品的质量。
专业云台:
有条件的话,可以直接购买一个全景摄影的专业云台,以保证拍摄时的位置水平。
没有条件的,可以在拍摄的时候尽量保持水平,在拼接后做适当的技术处理。
（二）拍摄时间的选择
最佳的拍摄时间是上午的10～11点。
如果是拍摄户外照片,需选择有阳光的日子。
如果必要,可以延后拍摄时间。
第一次做得好些,总比因操作不当而不得不重来一次要好得多。
如果是室内拍摄,尝试在较暗的地方使用闪光灯,这是为了保持所有的图像的亮度和对比度相互一致。
这样在拼接的时候比较容易地拼接在一起。
（三）拍摄方式选择
全景照片的拍摄方式取决于你所要的场景。
如果你想要较大的横向场景,你可以采取水平旋转拍摄方式;如果你想要较大的纵向场景,你可以采取纵向拍摄方式,以获得较大的纵向场景范围。
（四）相机镜头的选择
目前市面上有各种各样的镜头,大体可以分为以下三类:
普通型线形镜头:
这是一种普通数码相机所佩带的镜头。
这样的镜头最大的好处是所拍摄的照片与实际场景非常近似。
缺点是拍摄的照片要多一些,增加了拼接的工作量。
专业（超）广角镜头:
这是一种专业的数码相机可以佩带的镜头。
由于镜头的取景范围较大,因此拍摄同样的全景只需要几张照片即可。
但是,像片中的物体变小,距离也比实际的远;同时远离焦点的部分有轻微的变形,需要在拼接的时候做技术处理。
特殊鱼眼镜头:
这是一种专业的数码相机（如尼康）佩带的镜头。
这种镜头一般是在做球形全景时使用。
其最大的好处是做一个球形全景,只需要两张照片。
但是这种拼合,需要特殊的软件,而且这种相机和软件都较为昂贵,不适合一般爱好者使用。
（五）使用正确的拍摄技巧
不同的场景需要运用不同的拍摄技巧。
1、拍摄一个360度全景或部分角度的场景（如图1所示）
要点是:
拍摄时站立于一个固定位置,按顺时针等角度水平旋转拍摄。
旋转的角度可以根据需要来定,大约在10度～30度。
旋转的角度值越小,拍摄的照片越多,但是拼接以后的图像在移动时越平滑。
2、拍摄一个纵向的部分全景（如图2所示）
要点是:
拍摄时站立于一个固定位置,从上至下等角度（旋转的角度可以根据需要来定）拍摄。
3、拍摄一个平面场景（如图3所示）
要点是:
从左至右、等距离拍摄。
其中,“等距离“包括相机与物体之间的距离尽量等距离和左右平移的距离尽量相等两方面的含义。
这种情况一般用于超大超宽建筑物或需要横向展示的平面场景的拍摄。
4、实物实体的虚拟拍摄（如图4－1、图4－2所示）
对于没有条件购买赤道仪的用户,拍摄实物实体时,可以采用图4－1所示方法;对于已经购买了赤道仪的用户拍摄实物实体时,可以采用图4－2所示方法。
要点是:
如果采图4－1所示方法,需要顺时针等角度围绕实物实体旋转拍摄;如果采用图4－2所示方法,需要逆时针等角度旋转平台（实物实体）进行拍摄。
拍摄完照片以后,就可以将数码相机拍摄的照片直接传输到电脑里面进行储存使用。
最后请务必记住:
所拍摄的照片越多,由此而产生的“张影片段丢失”越少,所得到的虚拟全景的移动越平滑。
三、虚拟全景照片无缝制作技巧
拍摄完了系列照片,剩下的就是如何缝合和拼接了。
对于照片的无缝拼接,我的经验是:
先采用专业的无缝拼接软件（pixmaker、3Dvista等,这些软件既有免费试用版,也有商业版,可以根据工作需要进行购买）进行拼接,然后再用图像处理软件（如AdobePhotoshop）进行技术处理,最终得到完美的虚拟全景图片。
下面我以pixmaker1.0简体中文商业版为例,介绍如何无缝合成和拼接我们所拍摄的系列照片。
第一步:
启动pixmaker,按照软件的提示,点击“①Snap（抓拍）”,电脑提示从哪儿抓拍,选择“我的电脑”,点击“确定”。
根据电脑提示,选择你储存数码照片的“硬盘目录”,然后点击你所拍摄的第一张照片,按住shift,点击所拍摄的最后一张照片,再点击“打开”,此时你选中的所有照片全部在电脑上显示。
此时你可以根据你的需要进行图像的简单处理。
第二步:
点击“②Stitch（拼接）”,pixmaker软件将自动进行镜头的测试和拼接。
拼接完以后,直接显示虚拟全景预览。
第三步:
点击“③publish（发布）”,pixmaker软件将提示让你选择发布的模式,包括场景模式（.jpeg）、网页模式（.html）和明信片模式（.exe）。
我们选择第二种模式──网页模式（.html）,软件将提示你进行网页模板的选择等,一路按照中文提示,直到最后保存即可。
这样pixmaker软件自动生成了一个完整的虚拟全景网页和一张全景静态图像memoryimage.jpeg。
第四步:
如果在第二步预览中,你感觉所虚拟的全景图有不满意的地方,找到你保存的目录中图像名为memoryimage.jpeg的图像,用图像处理软件（如AdobePhotoshop）打开,进行专业修饰和完善。
处理完以后,保存成memoryimage.jpeg即可。
这样一个完善的网页格式的虚拟全景图就制作成功了,你可以直接点击aa.html（假定你保存的文件名是aa.html）进行浏览了。
四、全景照片网络发布技巧
实际上,在上一步已经生成了一个完善的虚拟全景图网页。
但是在实际中,根据需要,可以在别的网页中进行编排。
这时候你只需要使用网页制作软件（建议用Dreamweaver4.02简体中文版）打开aa.Html并切换到代码视图,找到这一段代码:
（定义浏览视窗的宽度和高度）
（给浏览视窗加上提示标题）
（标题的位置,参数:
0、1、2、3、4）
（全景的类型,参数:
1－2D、2－3D）
（设置张影片的延误值）
0－普通品质、1－高品质）
（网页打开是否自动平滑移动）
（全景平滑移动的速度）
（标题文字颜色）
（标题背景颜色）
（标题边框颜色）
（全景开始侧转角度）
（全景开始斜转角度）
（全景开始取景范围）
（全景是360度还是非360度）
（全景的最大取景范围）
（联接的静态全景图像名称）
然后将这一段代码,粘贴在相应的网页文件中的相应位置即可。
上面语句中,后面括号里面的是作者的注释语句。
粘贴时,要去掉下划线和注释语句。
其中,上面语句中包括的以下五句代码,是后来根据实际需要加上的,在默认生成的网页源代码中没有这几句。
五、虚拟全景技术的应用
（一）教育领域的应用
虚拟全景技术以较低的制作成本获得一定程度的虚拟现实体验,它在立体空间的展示,立体物体的展示,展品的介绍,虚拟场景的构造等方面有着作独特的优势。
教育过程中的很重要的一个过程就是呈献知识信息,而虚拟全景技术在呈献知识信息方面有着独特的优势,它可以在广泛的科目领域提供无限的VR体验,从而加速和巩固学生学习知识的过程,因而它在教育领域的有着十分广泛的应用前景,特别是在建筑工程学、考古学、医学教育、导游培训、历史教育、化学和物理教育、社会科学等方面具有很大的发展空间。
（二）商业领域的应用
全景摄影是一种比较实用的技术
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