虚拟漫游技术在矿政三维动态管理中的应用

摘要：目前，全景照片虚拟漫游技术现已在国家军事、学生教学、科研和影视娱乐方面得到了广泛应用，这项技术可以使用户以自然的方式进行与虚拟环境对象的交互工作，让用户体会到近似真实环境的体验和感受，在贴近用户增值服务和整合图片资源方面具有强大优势。文章就全景照片虚拟漫游技术在矿政信息及三维动态管理中的应用进行了阐述。

关键词：全景图；虚拟漫游技术；矿政信息；三维动态管理；虚拟环境 文献标识码：A

中图分类号：TD178 文章编号：1009-2374（2016）19-0150-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.072

现如今，信息技术日新月异，人们更希望通过听觉、视觉和手势等信息充分参与到信息处理的环境中，身临其境地完成信息处理的过程，而不仅仅是对信息处理的结果进行外部观察，这便催生了全景照片虚拟漫游技术在信息处理方面的应用。虚拟现实技术在我国属于新兴产业，该产业所属的科技领域具有高难度、投资大的特点，与发达国家相比，我国在该行业没有形成成熟的产业链，相关运营企业普遍缺乏国际竞争力。科学家和政府有关部门已经加大了对虚拟现实技术的研发力度，投入了更多的资金和精力。作为虚拟现实技术的重要组成部分，虚拟漫游技术在这股科技浪潮中蓬勃发展，该技术在矿政信息处理和三维动态管理工作中正在逐步得到应用。

1 全景照片虚拟漫游技术研究

1.1 全景模型研究

全景模型根据不同的全景图投影展示方式，分为三种模式：圆柱模式、球面模式和立方体模式。这三种模式的不同点就是全景图的投影方式，圆柱模式就是将拼接好的全景图投影到圆柱体内表面，球面模式就是将全景图投影到球体内表面，立方体模式就是将全景图投影到立方体内表面，在进行模型展示时，全景图像中的相应部分根据视域的方向进行反投影，即可得到视域处的视图。

1.2 全景虚拟漫游交互技术

进行全景虚拟漫游的前提就是要构造出一个逼真的特定场景的虚拟现实空间，虚拟现实空间可以由真实空间构成，也可以是实时仿真虚拟的假象空间，用户在这个虚拟现实空间中自然地漫游需要借助特定的装备，在空间中可以对虚拟对象从各个角度进行观察，产生身临其境的感觉，并可以进一步进行规划和操作。场景中存在热点，热点能够和用户在虚拟场景中进行交互，热点又分为静态热点和动态热点，静态热点一直静止不动，不能随着全景图像来回移动，比较适合做一些特定操作的按钮。动态热点可以实现不同场景的切换，可以随着交互者视角的改变而改变。在进行大型复杂场景的浏览时，地图导航可以向交互者提供直观简明的全局地图信息，并可以提示交互者当前所在位置，可以使交互者获得清晰的全景概念。

1.3 全景图显示技术

在进行虚拟漫游过程中，能直接影响用户体验的，就是根据参数生成的显示在屏幕上的图像，这个图像是根据视角等参数动态生成的，生成过程中的性能和效果是成像效果好坏的主要因素。为了保证交互者视觉的一致性，我们在交互过程中采用了一系列技术来保证交互者视点转移时场景的平滑过渡，这些技术包括视点空间缓冲预调、全景图数据预调、视图差值、视图变形、图像平滑过渡和场景透视感加强等，使交互者在虚拟现实空间中产生实景空间的感觉。

1.4 动画贴图技术

将全景图作为背景，在交互者虚拟漫游场景中的某区域加载一段Flash动画或动态视频，将浏览者感兴趣的信息提供出来，可以使虚拟漫游场景更加逼真。

2 应用实例——西川矿业有限公司非重点矿山的数据采集与处理

2.1 西川矿区情况简介

西川铁矿位于宽城满族自治县峪耳崖镇，西川村大野鸡峪，地处东经118°27′46″～118°29′03″，北纬40°29′57″～40°30′42″，中朝准地台（Ⅰ2）、燕山台褶带（Ⅱ23）、马兰峪复式背斜（Ⅲ27）核部的宽城凹褶束（Ⅳ224）东段。海拔高度为340～830m，境内山峦起伏，山高坡陡，沟川较窄。矿区的地层主要为太古界迁西群上亚群拉马沟组（Arl），出露于矿区大部分地区，走向北东65°左右，倾向北西，倾角为70°～80°，主要岩石类型有角闪斜长片麻岩和石英角闪斜长片麻岩。矿区片麻岩以单斜构造形式产出，总体产状北倾。矿区内构造不发育，仅有一些小裂隙，对矿体无影响。

西川矿业有限公司隶属承德兆丰钢铁集团公司，开采方式以平硐、斜井、竖井开拓为主的多中段地下开采方式，生产规模为4.5万吨/年，矿区面积为0.7542平方公里。矿山井下作业一般上午凿岩掘进，对岩石进行装载转运，下午、晚上爆破排烟。由于西川铁矿7个中段通过天井进行通气排烟，排气孔上下联通，井下尘霾、油烟污浊，给井下测量、影像采集带来很大的难度；矿道走向较复杂，有若干废巷、采空区、斗川，巷道内柴油机车“四不像”穿行其间，斗川溜井内时有溜矿作业，对井下测量、全景影像数据采集影响较大；中段水平相隔50m，接近中午，时有放炮声传来，存在一定的安全隐患。

2.2 全景照片制作过程及相关要求

全景照片的拍摄采用尼康D90单反相机配合Nikon10.0mm鱼眼（超广角）镜头，使用全景云台拍摄单站宽幅广角数码照片，然后再用造景师软件进行全景合成影像图。

全景拍摄过程中执行了如下要求：（1）全景拍摄采用尼康D90单反相机，该相机像素1230万，满足全景拍摄像素要求；（2）尼康D90单反相机配备Nikon10.0mm鱼眼镜头，该镜头等效焦距10mm，拍摄6张鱼眼照片便可制作出有质量保证的全景图；（3）拍摄全景照片使用了专业360°全景云台，该云台是承载相机等拍摄设备的装置，其关键作用在于将镜头节点固定在云台的旋转中心上，能够保证在旋转相机拍摄的时候，每张相片在一点上拍摄，拼合的全景图相当完美；（4）为了保证全景拍摄的稳定性，使用了专用三脚架；（5）为保证矿山数据虚拟浏览画面流畅且不失真并保证全景照片无漏洞，设站间距不大于10m；（6）拍摄的单张相片清晰、光照充足；（7）全景相片的缝合没有明显的“裂隙”和明显的色差；（8）多站的链接初始方向保持了一致，初始视角一致；（9）井下的主要地物没有漏拍。

2.3 全景照片的发布及成像效果

应用上海杰图软件，使用杰图—造景师软件拼合球形全景图，再用杰图—漫游大师软件创建虚拟漫游效果，然后打包发布为Flash格式，用以在系统平台上进行浏览，全景影像成果获得了无需亲临现场便有身临其境的感受。

3 生成全景影像过程中的关键步骤

3.1 全景图的生成

虚拟全景漫游场景的制作是我们在制作全景图过程中遇到的第一个难题，全景图如果制作不好，生成虚拟全景漫游场景的任务就几乎可以宣告失败。我们采用的是采集视点四周景物图像的方式进行全景图的对应，然后拼接成全景图。

3.2 全景图的实时显示

为了给用户提供最直接直观的视觉感受，我们制作的全景虚拟漫游场景是实时绘制的，而且绘制实时性很强，提高了用户在体验虚拟场景时的真实感。绘制的画面没有出现失真的情况，画面过渡过程流畅且自然，提升了用户体验。

3.3 动态视频和静态虚拟模拟场景的融合

全景图是静态的，我们利用漫游子系统的处理，还原了矿区全景图部分区域的三维信息，并在指定区域添加了视频动画，增加了场景的表达能力，让用户体验到了更加真实的模拟场景。

4 结语

在本次西山矿区矿政信息及三维动态管理过程中，我们充分利用了全景照片虚拟漫游技术，实实在在地体会到了这项技术在用户体验和信息处理方面的优势，真切地感受到了科技发展带给各行各业进行工作的便利，希望有关部门能大力推广这项技术在其他项目上的应用，让先进的科学成果为社会进步做出更大的贡献。

参考文献

[1]张浩，郑隆威，陆亚琴.虚拟现实技术在数字博物

馆开发中的应用研究[J].软件导刊·教育技术，

2010，（12）.

[2]黄显兵.基于全景技术的景观在线漫游的设计与实现

[D].上海交通大学，2012.

[3]郝旗.基于普通图像的全景漫游系统关键技术研究

[D].兰州交通大学，2013.

作者简介：张国起（1969-），男，河北人，河北省地矿局国土资源勘查中心国土测绘队技术负责，工程师，研究方向：测绘工程。

（责任编辑：秦逊玉）