自由虚拟实景空间(Free Image-Based Virtual Space)是以照相机或摄象机拍摄的实景图象为基本数据，经处理后建立起的能够自由漫游的虚拟实景空间。 与传统的基于几何模型构造的虚拟空间相比，虚拟实景空间具有场景构造方便、逼真，绘制速度快等优点。但是由于使用图象作为基本数据，所以虚拟实景空间的自由度受到很大限制。如何在虚拟实景空间中自由漫游，是自由虚拟实景空间研究的关键问题。本文围绕这个问题开展工作，主要的研究成果如下： (1)提出了一种实现自由漫游的虚拟实景空间理论和方法。研究了这种虚拟实景空间的特点、分类、组成结构以及空间的组织和操纵方式，解决了虚拟实景空间中自由漫游、操纵虚拟实景对象以及获取场景中各种多媒体信息的问题。 (2)研究了球面虚拟实景空间的构造方法，解决了柱面虚拟实景空间中视域范围受限制的问题，实现了对虚拟空间的全方位观察。以3D合成场景为背景，研究了场景的拍摄，球面全景图象的构造、存储和漫游方法，构造了虚拟空间，满足了漫游时对仰视和俯视的要求。对于真实场景，研究了用鱼眼镜头拍摄场景的方法，分析了鱼眼镜头的投影模型，提出了利用鱼眼图象构造球面全景图象的方法，构造出了球面虚拟实景空间。 (3)在同心拼图法的基础上，提出了新的基于球面的同心球拼图法，解决了同心拼图法在自由漫游时视域范围很有限的缺陷，实现了自由漫游时全方位观察场景。分别以3D合成场景和真实场景为背景，研究了同心球拼图法的场景拍摄、同心球拼图构造以及在虚拟空间中自由漫游的方法，构造出了同心球拼图，实现了自由漫游，满足了全方位观察场景的需要。分析了同心球拼图法存在的问题，提出了解决的办法。此外，同心球拼图法所用的数据量相当大，因此研究了相应的压缩算法，解决了自由漫游时场景实时绘制的问题。 (4)建立了动态虚拟实景空间中运动虚拟对象与视点之间的时空关系模型。研究了动态虚拟实景空间的构造方法，以及运动的3D虚拟对象与用户视点之间的时空关系，建立了时空关系模型，为动态虚拟实景空间的自由漫游建立理论基础。 (5)设计并实现了自由漫游的虚拟实景空间原型系统FVS。运用FVS系统，用户不但能够建立虚拟实景空间，交互式地操纵虚拟实景空间，实现自由漫游，全方位地观察虚拟场景，而且还可以感受场景中物体之间的遮挡关系和光照变化的情况。