轻三维时代的720全景VR在线展示设计

罗恒 南京信息职业技术学院

1 引言

随着计算机技术、数字图像技术和虚拟现实技术的迅速发展，数字多媒体所包含的范围也越来越广，所能呈现的效果也越来越多样，而大部分观者对于展示方式的要求早已不仅仅局限于一些比较传统的表现方式。平面图片展示、动态视频展示和三维效果展示作为传统表现方式中三种主流的展示手段，各具优缺点。其中，平面图片展示是静态的展示方式，只能提供某一角度场景的图像，即使是广角镜头，也不能全面有效的进行场景表现。而动态视频展示虽然能够让观者对场景有较全面的了解，但图像视角仍然受限于拍摄者的拍摄方式和角度，不能自由操控变换视角。三维效果展示利用三维建模技术可以解决平面图片展示和动态视频展示都不全面、不可操控和代入感差的问题，但是制作往往耗时耗力、需要美术和程序的良好配合、成本很高，而且运行速度慢，文件大，不便于传输。

轻三维时代的展示方式需要兼具以下几点：制作快捷简便、操作容易、格式多样、具有普适性、可推广度高，并尽可能的脱离较沉重的VR展示和体验设备。720全景技术的融入，不仅满足了以上要求，还使得VR在线展示设计不再局限于技术和设备。

全景技术是目前全球范围内迅速发展并逐步流行的一种视觉新技术，720全景以其真实感强、深沉、方便快捷的特点受到广泛的关注。随着数字图像技术的发展和市场需求的日益扩大，以720全景技术逐步普及为突破口，基于图像的VR展示设计逐渐脱颖而出。如何在VR在线展示设计中更好地利用720全景技术，帮助人们在虚拟世界中重建现实、体验现实和改造现实；如何将720全景技术引入课堂、融入教于学之中，激发学生兴趣、促进自主学习；是新时代高职艺术教育工作者所面临的课题。

2 720全景技术解析

2.1 概念：

720：水平360度和垂直360度环视（360度×360度）的效果，即上、下、左、右全方位的球形视角。

全：全面的、全方位的展示720度范围内所有场景；并可以通过鼠标或手指控制视角，在场景中观看每个方向。

景：真实的场景或三维虚拟场景，无论是在照片基础之上拼合得到的图像，还是通过三维建模渲染出的虚拟图像，都尽可能的让观者体验到场景的真实性。

720全景：指人在三维模型中以全方位的720视角进行观察的效果图。720度全景图虽然是平面的图像，但通过软件处理之后得到的是三维立体的空间感受，观者会产生很强的置入感，如临其境。

VR展示设计：是将虚拟现实技术与图像处理技术等多媒体技术相结合的一种新型信息多媒体展示手段。作为一种实时交互式的三维图形界面，具有很强的交互性、沉浸性和构想性，使观者在虚拟现实空间内仿佛身在其中。这种新型信息展示方式具有和谐的人机交互能力，能够给与观者一种酷似客观环境但又超越客观时空，并能浸入其中有效驾驭之感。

2.2 应用

720全景真实感强，可真实逼真的还原展示；数据量小，播放设备硬件要求低，普通电脑均可播放，无需专门工作站，用户只需上网打开网页或是扫描二维码便可观看；开发周期短，开发成本低，时效性强；与Flash等技术可以无缝结合，交互性、导览性较强；全屏场景画面清晰度高，画面细节展示精细全面。与VR展示相结合，令观者产生较高的置入感、沉浸感、以及身临其境的交互体验。因此，基于720全景的VR展示可以应用于多个展览展示领域和虚拟教育，如：室内外环境展示、环境模拟、商业展示和创意产品展示。

2.3 实现手段及技术

目前主流720全景VR在线展示的实现手段及技术可分为两种。一种是通过鱼眼相机或专业的全景相机拍摄得到全景照片，利用软件进行拼合，将真实的场景还原；另一种是三维建模，通过渲染得到全景图片，构建出虚拟的场景。在制作上，有实景的情况下，可以通过使用鱼眼相机、全景相机、节点云台和三角架等设备拍摄的方式来制作实景全景图；但在没有实景的情况下，如：古建复原、虚拟场景等，就需要用三维软件来制作场景导出全景图。在展示方式上，两种方法最终都可以在互联网上显示，或生成二维码在手机和平板电脑上显示。

第一种通过专业相机、云台、鱼眼镜头，环720度全景捕捉整个场景的图像信息，在每个采集点，水平方向上，以正北为第一张，每隔90度拍摄1张照片，共4张。垂直向上、向下各拍摄1张。每次拍摄需要保证相片亮度一致。在1米以上的距离，采用鱼眼镜头或全景相机拍摄的图片可达到180度视角，景深可至无限远；可使被摄体在画面中显示出非常鲜明的纵深效果。再利用软件专业进行图片拼合、无缝处理，进行分层及切分处理等合成处理，发布为3D全景文件，所显示场景即为真实场景，比平面图片更能表达出更多的图像信息。

第二种是运用三维设计理念， 结合3Ds Max等三维制作软件及插件进行虚拟场景的构建。其一，可在3Ds Max中使用自带的全景导出器导出全景图。①在3Ds Max中制作好场景后，在合适的观察位置设置一个目标摄像机；②在渲染菜单里找到全景导出器，简单的设置后就能渲染出全景图。特点是：这个方法是使用3Ds Max自带的线扫描方式渲染的，应该是导出全景最快的一种方法了，渲染时直接输出一张全景图。但使用这种方法渲染出的全景图的质量不高，渲染的图片如果有一点大就容易出现问题，导致渲染失败。方法二，使用V-ray插件渲染全景图。①在3Ds Max中合适的场景位置上，创建自由摄像机；②在渲染设置中将输出宽高比设置为2：1，否则无法直接使用，要用Photoshop重新调整为2：1比例 ；③摄影机类型应为球形，覆盖视野的参数为360度；④点击渲染就可以直接输出成全景图；为了达到比较好的视觉效果，输出分辨率应至少在3000以上，在5000左右最为合适。全景图必须要是扭曲的，否则肯定是哪里设置出现了错误。特点是：用这种方式输出的全景图会受到机器速度的影响，基本上输出6000分辨率以下的一般是没问题的，但超过6000分辨率可能会出错误，而且只有一张成品。

由此可见，使用相机拍摄得到的全景图像是真实场景的再现，优点是获得图像的方法快捷简便，缺点是拍摄的角度和空间受到局限。例如：拍摄一组室外场景，相机只能进行横向360度的拍摄；要想获得纵向360度的图像，就需要借助无人机等辅助设备进行拍摄。而且对所拍摄的图片质量要求非常高，同一个角度需要反复若干次的拍摄，才能够得到符合制作要求的照片。接下来在Pano2vr中进行照片拼合、无缝处理等操作，需要耗费一定时间将照片进行点对点的对齐。而通过三维建模渲染得到的全景图除了可以再现真实场景，还可以进行古建复原、规划设计等虚拟场景的展示。其清晰度高、真实感、可操控性强，无视角死区，能够充分展示场景细节。

3 720全景VR在线展示设计与制作

根据项目设计进行调研，统一设计指标，形成第一手资料。共同讨论创意构思，利用网络和书本知识，完善研究所涉及的软件技术及硬件设备。以CAD图为依据，在3Ds Max中创建场景模型，添加材质，架设相机，渲染时将V-ray摄像机设置为球形，视野调整为360度，再导入Pano2vr软件中合成720全景图。具体如下：

3.1 前期准备

(1）收集整理相关素材。主要工作是进行数据和图像的收集处理，为后续工作打好基础。①地形的规划。建筑物内部的地形平坦，工作区划分明显，因此只需对其长宽比例进行设定。②收集建模素材。根据三维建模的要求收集素材，通过拍照、摄像等手段采集。③纹理准备。3Ds Max中，纹理贴图对于虚拟世界建设速度、运行效率都有着重要的作用，决定着是否能够生成具有逼真效果和沉浸感的三维场景，是一个十分重要的环节。我们采用数码相机实地拍摄的方法，得到相关物体、地貌的纹理。

(2）确定制作格式及规范。①CAD文件要按照原来尺寸1：1 单位使用米为佳，导入3Ds Max，导入的CAD 图线要根据用途确定位置，并以此作为描图的根本依据。②3DS MAX统一使用MAX2014版本，内部单位和显示尺寸单位设定为米。③流程中所有模型，贴图，输出文件命名要统一使用字母、数字，不使用中文，且命名长度以8位为限。贴图与模型成品不能分散存放于其他目录，要存放在同一目录下进行归档。

3.2 中期制作

(1）创建模型。三维模型是720云景视图的基础，模型的好坏直接影响视觉效果和场景真实度。本项目我们采用了3Ds Max进行建模，用其建立的模型有很强的仿真立体效果。虚拟模型能够表现出主体结构就可以了，配合贴图来完成整体效果和部分细节的展示，以精简模型为主。这就需要在确保模型精度的前提下，尽可能的协调建模精度与实时渲染要求之间的平衡，减小场景规模。建模之前，根据场景中的空间位置以及模型之间的相互关系，合理的命名与分组，由学生负责人进行整体协调和分配。场景中模型可使用SPINE/POLYGON 编辑工具进行建模和布线，减少体块堆积的建模方式，必须呈单面空壳状态，不得出现残缺和裂缝，视野内看不见的面需要删除。这样做也能够控制个体数量，并减少模型面数，便于后期的运行。

(2）模型整合。模型制作完成后不得将所有物体塌陷，需保留制作过程，特别是贴图坐标部分，以方便下一环节制作人员修改。模型制作完成后，必须删除模型中所有的杂线，并将GROUP打散，按建筑结一个大的GROUP，取好相对应的物体名称，并将GROUP的重心移至Z轴零点位置。

(3）Max中架设摄影机，渲染生成全景图。导入数据，使用软件加载图像、对准图像、进行图片拼合、无缝处理，进行分层及切分处理，形成一张全景图像，比平面图片更能表达更多的图像信息。

3.3 作品整合发布

将二维的全景图导入相关全景制作软件，生成虚拟的三维空间；并在相应的位置添加热点，实现交互功能。既模拟再现了场景的真实环境的效果，又为观者提供操纵图像的各种功能，可以调整观看场景的各个方向，根据需求缩放和移动。

4 结语

通过对720全景VR在线展示设计的研究，引导课题组成员深入学习720全景成像理论，不断更新VR展示的技术理念，提高课题组成员的实战技术水平与社会和前沿技术接轨。利用720全景技术更好地进行VR展示设计，帮助人们在虚拟世界中更好地重建现实、体验现实和改造现实。作品发布实现了格式多样，制作成本低，文件小，传输方便，适用于手机、电脑等大众化播放终端，适合各种形式的应用。技术可操作性强、可推广度高，适应于各类展示、各项专业赛事、研究性学习和“大学生实践创新计划项目”等。

在高职艺术类教学设计中，将720全景VR在线展示设计作为案例或项目，引入课堂和实训中，学生能够快速的理解并掌握相关技能技巧进行制作，作品呈现效果较好，能够举一反三。通过制作，学生的专业能力、问题解决能力、沟通协作能力和创新能力均有所提升。