旅游景区三维全景虚拟展示研究

鄢志武　马祥山　吴　丽

摘要：随着互联网的普及和应用，虚拟现实技术的迅猛发展，网络虚拟展示应运而生，并迅速扩展到旅游业领域，旅游景区景点虚拟展示也随之兴起。本文从我国旅游电子商务的发展现状和基于图像的虚拟现实技术的特点入手，分析了旅游景区网站建立三维全景虚拟展示的可行性和有效性，并在此基础上详细阐述了全景图的生成原理和三维虚拟空间场景的实现，最后再结合我国第一家使用这种展示方式的地质公园景区进行例证分析——云南石林世界地质公园。

关键词：三维全景； 虚拟展示； 地质公园

中图分类号：F592.3；F626.5 文献标识码：Ａ 文章编号：1004-0544(2009)04-0114-03

一、 引言

迪米特力奥斯·包利斯指出:“信息技术革命对旅游产业的管理有着深刻的影响”,因为“信息是旅游产业的血脉”。[1]互联网的交互性、实时性和便捷性等优势促使传统旅游业迅速融入网络经济的浪潮之中，预计到 2010年全球旅游网上交易将超过1250 亿美元。[2]

当然,因特网不等于电子商务。伊恩·查斯顿指出:“因特网让企业认识到,开拓新技术远比在线放一个小册子要意义深远”。[3]电子商务的本质是虚拟交易。企业围绕因特网开展电子商务的目的是交易成本的节约与交易效率的提高和交易范围的拓展。电子商务广泛地应用于各行各业，其中，旅游业、金融、软件、出版物并列为电子商务的四大应用领域。

我国旅游电子商务企业的发展很迅速。iResearch艾瑞咨询在即将推出的《2008-2009年中国网上旅行预订行业发展报告》统计显示，2008年中国网上旅行预订市场规模为27.89亿元，相比2007年的22.73亿元同比增长22.7%；网上旅行预订用户的规模达到600万，同比增长33.3%。[4]

可以预见，未来旅游电子商务有很大的发展空间，前景广阔。但目前所实现的旅游电子商务还限于各种票据、住宿预定、旅游线路预定及发送电子邮件等，只有1%的网站实现了网上付款的方式。也就是说总体上仍停留在上网查询和预订，下网进行交易和结算的阶段，在内容提供、服务方式和网络技术等方面与旅游电子商务尚有很大差距，用电子商务的概念来衡量，我国的旅游电子商务尚处于初级阶段。

随着我国旅游电子商务的发展，许多地质公园也开始陆续在网络中做文章，但是对我国上百家国家地质公园的旅游网站调查中发现，国家地质公园基本上都没有自己的官方网站，它们大多在一些旅游门户网站上做基本的宣传，如景区介绍、路线介绍及交通情况的介绍，而这些对广大潜在旅游者吸引力不够。旅游景点三维全景虚拟展示是旅游电子商务的一个发展分支，同时也是旅游景区网站实现虚拟展示的必备之选，它可以实现360°旋转，任意观看各个方向的旅游景点的场景，还可以提供网上实景虚拟漫游，给潜在旅游者提供身临其境的体验之感。

国内学者对这一领域的研究涉及较少，仅有的几篇文章只是在论述其它问题时对虚拟体验进行简单的提及。例如孔旭红认为，景点网站应该通过影像采集、数字处理、压缩技术等实现景观、景物的三维动画, 建立虚拟现实剧场。鄢志武，杨茜认为，利用网络大力宣传地质公园的特色，并依据地质公园自身的特点建立 “3D 三维在线体验”频道来引起游客对该景区的兴趣。本文在总结前人研究成果的基础上进行深入挖掘，详细论述了基于图像的虚拟现实技术及其三维全景虚拟展示的实现原理，并结合实例进行阐述。

二、 虚拟现实的概述

虚拟现实（Virtual Reality）是20世纪90年代以来兴起的一种新型信息技术。作为人与计算机生成的虚拟环境进行交互作用的一种手段，人们将虚拟现实技术看作是仅次于互联网的改变世界未来的重要技术，认为它不但将改变人类从事科学研究、技术设计和生产实践的方式，而且为促进人的认识能力的全面发展提供了新的工具。

1. 虚拟现实的基本特征

虚拟现实的核心正如美国科学家Burdea G在和Philippe Coiffet在1993年的Electro93国际会议上发表的“Virtual Reality System and Application”一文中曾提出的那样，可以用一个由三个“I”：Immersion-Interaction-Imagination(沉浸——交互——构想)所构成的三角形来形象地描述，如图1所示。

图1虚拟现实的基本特性

（1）沉浸性。用户作为主角存在于虚拟环境中，能够在这个虚拟环境中有目的地观察、聆听、触摸、嗅闻虚拟对象的特征，可视场景随视点的变化而变化，使用户忘记自身所处的外部真实环境，产生一种似乎成为了所研究的虚拟环境的组成部分的感受。

（2）交互性。用户对虚拟环境内的物体可以进行操作并得到实时的自然反馈。

（3）想象性。用户沉浸在多维信息虚拟空间中，依靠自己的感知和认知能力全方位的获取知识，发挥主观能动性，寻求答案并做出判断。

2. 虚拟现实的分类

根据用户参与虚拟现实的不同形式以及沉浸的程度不同，虚拟现实技术可分为三类。

（1）沉浸式虚拟现实。沉浸式虚拟现实系统是一套比较复杂的系统，用户有置身于虚拟境界之中的感觉。使用者通过头盔、数据手套等设备与虚拟环境进行交流。该系统虽然可让使用者完全沉浸到虚拟世界中去，但由于其价格昂贵，难以推广。

（2）分布式虚拟现实。分布式虚拟现实系统是由多个用户通过计算机网络连接在一起，处于不同地理位置的用户如同进入到同一个真实环境中，通过姿势、声音或文字等在一起进行交流、学习、训练、娱乐，甚至协同完成同一件产品的设计或进行同一任务的演练。

（3）桌面虚拟现实。桌面虚拟现实系统利用个人计算机和低档工作站进行仿真，将计算机屏幕作为用户观察虚拟环境的窗口，通过各种输入设备与虚拟现实世界充分交互。这种系统会受到周围现实环境的干扰，不能完全沉浸于虚拟环境中，缺乏真实的现实体验。但是结构简单，价格低廉，易于普及推广。本文三维全景虚拟展示研究就是属于这种虚拟现实技术。

3. 基于图像的虚拟现实

基于图像的虚拟现实是以实际场景的照片为素材，采用图像拼合和插值技术，建立具有照片质量真实感的虚拟场景。

虚拟场景是按以下步骤生成的:首先利用采集的离散图像或连续的视频图像序列作为基础数据，经过处理形成全景图像；然后通过合适的空间模型把多幅全景图像组织为虚拟全景空间。用户在这个空间中可以进行前进、后退、仰视、俯视、360度环视等操作。基于图像的虚拟现实技术主要有以下优点。

（1）开发成本低廉。不需要专用虚拟现实硬件设备，如头盔显示器、数据手套、数据衣等，仅需要一台普通电脑就足够了。尤其是针对大型机械的虚拟展示来说，塑造真实的场景是一个耗资巨大的工程，运用基于图像的方法则可大大节约成本。

（2）逼真感强。由于素材是实际场景的照片，因此，只要图片的大小达到一定的要求，基于图像的虚拟场景则会有数码照片质量的真实感。

（3）避免了复杂的几何建模。建立几何模型是一个费时又费力的繁复工作，基于图像的虚拟场景实际是由照片拼合而成的封闭空间，不需要复杂的几何建模。

（4）实时性好。出于场景建模复杂度独立于场景复杂度之外，场景数据量只与照片数据量有关，数据量较小，因此，虚拟场景实时性好，这有利于对场景进行虚拟浏览。

三、旅游景点虚拟展示及其全景图的生成原理

旅游产品的产地消费性和事前决策性决定旅游者在旅游前获取信息的重要性，旅游景区网站上旅游景点展示会吸引更多的潜在旅游者浏览景区风光。而这种展示不单单是几幅图片和几段视频就能达到比较好的宣传效果，需要借助更先进的技术手段，三维全景虚拟展示为旅游景区带来了全新的展示手法，把景点的真实场景虚拟化，旅游者轻松点击鼠标就可以上下、左右、走近、退远的观看景区风光，还可以360度旋转，如同亲临现场。多幅全景图链接起来构成一个场景，旅游者可以在此场景中漫游。根据视点的不同，包括全景漫游、热点追踪以及局部动作的放大，从而形成一个可由旅游者选择的任意漫游的场景。

1． 旅游景点虚拟展示应用优点

（1）吸引客户。旅游者和投资商通过三维全景虚拟展示，对旅游风景区有更直观真切的了解，方便客户对选择和吸引客户和投资。

（2）提高人气。通过三维全景的宣传，提高风景区名气，风景区站点的人气和访问量，提高城市形象。

（3）规划方便。对风景和旅游设施，地理环境进行三维全景的记录和存档，方便规划和保护、管理。

（4）利于推广。吸引客户流量，利于网站推广，提高网站和风景区的知名度。

2． 全景图的生成原理

所谓全景图，就是视点位置固定而视线环视一周所观察到的所有帧经过处理后所构成的图。全景图空间以全景图作为基本组成单位，在一个视点处存储多幅不同深度的全景图。多幅全景图之间漫游，是通过不同视点间的“平滑跳动”来实现的。全景图可用全景相机拍摄或用普通相机拍摄后再加以镶嵌。此方法无须繁琐的场景建模工作，能实时地显示构建的环境，因而不用专门的硬件加速就可获得真实感很强的图像和实时的交互速度。

全景图是其中最简单的形式：试点固定、波长不变和时间不变。全景图技术的核心是图像拼接技术。全景图技术实现简单，对计算量和存储量要求都很低，非常适合应用于旅游景点虚拟展示系统。它是先依据真实的旅游景点，然后建造虚拟环境，以摄影技术为基础，可以提供照片级别的细节，如图2所示。

图2 ： 基于图像的旅游景点虚拟空间生成系统模型

（1）节点的选取实际上是确定拍摄距离、角度方案，即以多大的间隔拍摄，每个节点如何拍摄。

（2）全景图的生成有以下途径。a、用全景相机直接拍摄其优点是容易得到全景图且不需要复杂的建模工作。其缺点是需要昂贵的专门设备。b、用普通相机或者拍摄出一系列相互重叠的照片，然后将它们镶嵌成全景图。其优点是可做成任何形状的全景图，而不需要专门设备，可对每幅相片进行曝光控制，因此得到的全景图光强分布比较平衡。

（3）链接与链接是把得到的全景图按照空间中视点的位置关系组织起来，供交互显示用，且把运动物体镶嵌到全景图中去，使用户可以对它们进行交互控制。

四、 旅游景点三维虚拟空间场景的实现

1． 全景浏览的流程

研究中，整个三维全景浏览的实现的过程如图3所示。

图3 全景浏览流程

2．素材准备

要制作旅游景点全景图象首先要拍摄景点的照片素材。采集照片序列原始图像的质量好坏将直接影响到最后的拼接结果，所以对拍摄的局部景点照片应满足如下要求。

（1）相机大致固定在景点中心位置，并且拍摄角度恰当；

（2）尽量使每幅照片的水平线要保持水平；

（3）利用三脚架拍摄。相机固定在三角架上在水平面上旋转，尽量避免镜头偏斜和俯仰且尽量保持相同的焦距；

（4）保证一定的重叠范围（9-12张图片）；

（5）尽量避免相邻照片一的亮度、色度、对比度有较大差异；

（6）景点原始图像应为静态图像。

3． 全景图合成

可使用一些商业软件，比如如Panoram Maker、QuickTime、Cool360、Hot Media、Realviz Stitcher等。这些软件都能将在同一视点环绕拍摄的数码照片无缝连接成一幅长度很宽的柱面全景图。景点全景图像表示的是人站在景点某个地方观察空间，视点不动而观察方向改变，所以在拍摄时将照相机固定在支架上，尽量避免转动时镜头的偏斜和俯仰，并以镜头为轴转动一周连续拍摄。

4． 虚拟场景的构建

当柱面全景制作好后，所得到的仅仅是景点单个视点的浏览，并不能称之为是真正的虚拟现实实景，必须对制作好的景点全景图像进行合理地空间编辑和组织。

五、云南石林世界地质公园三维全景虚拟展示例证

云南石林世界地质公园网站由新闻、旅游体验、预订中心、目的地指南、旅游论坛、帮助中心六大板块构成。其中旅游体验是最有特色的板块，其它的五个板块是我国大部分旅游景点网站都具备的。点击“体验石林”，用户可以查看到以下几种体验方式：美术作品、图游石林、音乐欣赏、彩绘石林、三维全景、视频石林、游记石林。点击“三维全景”菜单，用户就进入了“石林3D虚拟实景系统”，主要包括了石林风景区、黑松岩风景区、飞龙瀑风景区和长湖风景区，进入其中任何一个风景区，里面分布着主要的风景点，再点击任意风景区的图标，就可以进行前进、后退、、仰视、俯视、360度环视等操作，实现三维全景虚拟体验，这种三维全景体验在我国地质公园虚拟体验中是一种全新的方式，到目前为止，只有石林一家应用这种基于图像的三维全景虚拟展示技术。

这种虚拟展示给潜在旅游者强烈的视觉冲击，如同置身真实场景之中。

1． 跟平面图像比较

三维全景通过全景播放程序的特殊透视处理，带给潜在旅游者强烈的立体感，良好的交互性，沉浸感强烈，而平面图像相对较呆板，缺少交互性；在单张全景图上可以表现360°范围的场景信息，而平面图只能表现很小范围内的局部信息。

2. 相对于视频文件而言

三维全景生成文件小，这种基于图像的虚拟现实技术制作生成简单，更适合网络应用，交互性强，视频文件制作复杂，费用昂贵，交互性不强，文件太大，不适合网络应用，场景图像精度比不上三维全景。

参考文献：

[1]Dimitrios Bauhalis,“Srategic use of information technologies in the tourism industry”， Tourism management，Vol.19，No.5.p411， 2001.

[2]张凌云.中国旅游互联网的现状和发展趋势[M].北京:中国旅游出版社，2000.

[3]伊恩·查斯顿.营销e术[M].北京:社会科学文献出版社,2003.

[4]2008年中国网上旅行预订市场规模达28亿[DB/OL].艾瑞咨询网.www.iresearch.com.cn，2009（1）.

责任编辑 杨小明