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摘要：虚拟漫游在虚拟现实领域中的应用是个热点。虚拟漫游是基于图像的虚拟建模技术，是可直接使用真实世界的图像来表达现实世界的丰富细节，省去了绘制细节所进行的大量的多边形计算，是一种在微机平台上能够实现的性价比极高的虚拟现实解决方案。
关键词： PTGui；全景图像；虚拟漫游
中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）19-0212-03
Design and Implementation of Virtual Roaming System — Based on the Haikou Aromatic-world Manor
SANG Jun
（Hainan Vocational College of Political Science and Law， Haikou 571100 ， China）
Abstract： Virtual roaming is a focus in the application of virtual reality .Virtual roaming is Image Based Rendering ， directly using the images originate from the actual world to present the rich details of the real world， sparing a lot of polygon calculation required by drawing details， and solving this problem with high quality based on a micro-computer platform.
Key words： PTGui； panoramic image； virtual roaming
1 虚拟漫游的概述
虚拟旅游的应用得益于虚拟现实技术的发展。俗话说“百闻不如一见”，身临其境的浏览比起文字图片的宣传更有说服力。虚拟漫游的自主交互性与传统的被动观看，有着很大的不同。科技的进步一旦运用于现实生活中，它将强制性改变我们的思维模式，给问题带来新的解决方法，当然也会为虚拟旅游建设带来新的变革。
所谓虚拟旅游是指在当前现实景区的基础上，利用虚拟现实技术构建的三维立体旅游环境，依托互联网络，足不出户，便能在三维虚拟的环境中饱览世界各地。虚拟景观漫游与传统二维的文字图片相比更加直观、生动、逼真。目前海口香世界庄园的网站依然限于文字、图片和少量的视频，无法展示海岛独有的生态环境与热带地域气息。虚拟景观漫游则将景区的自然环境、人文环境重现于屏幕上， 使游客置身于景区，全面地了解景区的地理位置、风土人情、人文气息等。
2 虚拟漫游技术介绍
2.1 Adobe Photoshop
Adobe Photoshop，简称“PS”，是由Adobe Systems开发和发行的图像处理软件。其中拼接选项photo merge的原理也相对简单，只有最基本的对齐与融合功能，对复杂的图片扭曲、镜头变形补偿就无能为力。因此，使用photo merge拼接图片时对拍摄方法有诸多限制。为达到比较理想的效果，每一张图片之间至少要有30%的重合区域。所有照片使用同一曝光度。另外还要尽量避免广角镜头造成的照片变形，建议使用50mm以上的中长焦距拍摄。因此其专长在于对拼接后的图像处理与美化，而不是图像拼接，作为配角来增添光彩。
2.2 Autodesk Stitcher Unlimited
Stitcher 是一款专业级的全景工具，该软件支持镜头EXIF信息识别，并以此为参数作为计算图片变形和混合辅助数据，进一步增强了拼接的准确度。另外针对鱼眼镜头视角广但变形剧烈的特点，Autodesk在购并Stitcher Unlimited之后，增加了专门的算法，以处理鱼眼镜头拍摄的照片。但随着深入的研究和比较，该软件的拼接速度和渲染速度都明显偏慢，特别是打开高级渲染选项后，一篇比较大的作品渲染时间要在40分钟至90分钟左右，导入图片时要求一组照片的尺寸保持一致。在专业的批量处理工作中，这就成了一个很大的问题。总的来说，Stitcher Unlimited最终给人的映像是，庞大、专业、昂贵，但缺乏灵活性。
2.3 PTGui
PTGui的名称是由Panorama Tools的图形用户界面（Pano Toolsˊgraphic user interface）缩写组合而成。PTGui通过为全景制作工具（Panorama Tools）提供可视化界面来实现对图像的拼接，从而创造出高质量的全景图象。但复杂而又简陋的用户界面，使得Panorama Tools在很长时间里没办法推广使用。直到2006年12月PTGui6.0版本问世，这才使得PTGui在全景领域中异军突起。从6.0版本的功能开发清单中，以前繁琐的手工调整工作全部变为自动完成。例如校准镜头型号，由于每款镜头拍出的都会有不同程度的变型，且不同镜头的畸变特征也是截然不同的，特别是鱼眼镜头更会产生夸张的变型效果。
如今，PTGui已经可以通过照片中的EXIF信息来自动完成这个枯燥的校准过程。当采集照片时，相机会自动记录一系列和你拍摄有关的信息到照片之中。当按下快门的那一瞬间，相机已经把机身型号、镜头焦距、光圈值、快门速度、测光模式、曝光补偿值、色温以及拍摄时间全都记录在了照片之中。如果相机外接了GPS模块，照片中还会保存拍摄地点的经纬度。将来，这个数据通过程序自动在google map上标出每一套全景作品的拍摄位置。
由于PTGui中有一套关联各种硬件信息和照片的变形数据库，通过这个强有力的工具，终于让繁琐的镜头校准工作成了历史。目前，PTGui已经升级到了10.0版本，也是制作完成海口香世界庄园全景图像的主要工具。 3 海口香世界庄园虚拟漫游的需求分析与设计
海口香世界庄园虚拟漫游系统的构建，以全方位的展示香世界庄园环境、各类热带香草植物为目的。为此采取简单快捷的360度柱面全景映射法，通过鼠标和按钮控制在庄园漫游的行程，进而实现不同场景的切换与选择，从而获得真实的存在感。在香草植物园全景中，通过添加热区，展示了我国香草的分布区域、种类区别，还展示了香世界庄园自主研发的香草系列产品，又变成一堂传播香草知识的课堂。
基于静态图像及互联网环境下的海口香世界庄园虚拟漫游系统的创建过程如图1所示。
4 虚拟香世界庄园漫游系统的实现
视点选项、交互方式、场景选择、庄园介绍是庄园漫游的必备功能，也是基于用户的实际需要。如表1所示。
表1 虚拟庄园漫游系统功能简表
[视点控制 最佳：将最合适的全景位置把它定义到全景图切换时的最佳观察位置。
重置：将庄园图像的移动视角直接返回最佳初始位置。
自动：自动旋转与手动旋转观看的功能切换命令。 交互操作 控制运用鼠标、键盘等输入设备，完成庄园内全景图像查看和交互漫游功能。 场景切换 通过地图的导览、热点的连接、快速通道的方式自由的连接切换到相应的全景场景查看。 庄园简介 既有对香世界庄园整体情况的介绍，也有对庄园分区全景节点漫游的介绍。 ]
4.1香世界庄园漫游的结构
在设计香世界庄园漫游主界面时，以庄园入口为出发点，庄园各个分区有序排列，以顺序漫游的方式作为组织结构，在重要位置区域（比如香草植物园）通过热区的制作，进行二级页面的连接。
4.2 香世界庄园漫游的实现
实现香世界庄园漫游三个流程：一是庄园内部分区图像的采集，这是实现香世界庄园漫游的前提与基础；二是庄园漫游空间的设计编排，合理的编排利于体验者任意自主漫游在庄园各个角落；三是设计便于体验者游览的庄园漫游界面，合理的界面布局，方便体验者选择偏好的虚拟场景，让体验者有着良好的虚拟交互感。
4.3香世界庄园全景图像的生成
4.3.1全景图像的采集
鱼眼镜头取景范围大，不仅有效减少了采集图片的数量，而且还提高了制作全景影像的效率高，但相应的设备较为昂贵，且操作较为复杂，不适合广大爱好者。由于采取柱面映射法，直接选取普通数码单反相机在同一视点间隔30度顺序旋转拍摄一组图片，即可满足全景图像的拼接需要。
4.3.2 全景图像的拼接
PTgui的主界面简洁、拼接流程清晰，各类标识清楚。左上角三个按钮对应全景生成流程中的三个步骤：加载图像、对准图像、创建全景图。
4.3.3 三维全景图像的发布
Pano2VR 是一个全景图像发布的应用软件，可以把生成的柱面全景图转换成Flash 格式的三维全景图像，并且可以定制全景图像播放的皮肤，在漫游的交互上有着强大的功能。制作生成的Flash格式全景图像，如图2所示。
4.4 香世界全景漫游浏览器的设计
根据香世界庄园的实际需求，浏览界面布局为：全景导航、全景展示和快速浏览通道，在导航地图的适当位置设置对应的热点连接节点，点击导航地图中的热点，即可自由进入到香世界庄园的各个全景角落，如图3所示。
5 结语
实践应用是理论研究的目的，虚拟漫游在虚拟现实技术中的应用是个热点，以海口香世界庄园虚拟漫游为例制作一个具有简单交互功能的虚拟漫游，是基于图像绘制的三维虚拟漫游，可以在浏览海南热带农庄时具有真实感和沉浸感。
参考文献：
[1] 李鸥，赵梦. 三维全景摄影专家技法[J].电脑报电子音像出版社. 2009
[2] 叶萍萍，罗宏.基于PTGui Pro、Pano2VR的三维全景图制作方法与应用[J].城市勘测，2012，18（4）：66-69.
[3] 帖经炜.基于虚拟现实技术的数字旅游研究与应用[D]. 太原：山西大学，2011.
[4] 秦国防.基于虚拟现实的数字三维全景技术的研究与实现[D].西安：电子科技大学，2011.
关键词： PTGui；全景图像；虚拟漫游
中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）19-0212-03
Design and Implementation of Virtual Roaming System — Based on the Haikou Aromatic-world Manor
SANG Jun
（Hainan Vocational College of Political Science and Law， Haikou 571100 ， China）
Abstract： Virtual roaming is a focus in the application of virtual reality .Virtual roaming is Image Based Rendering ， directly using the images originate from the actual world to present the rich details of the real world， sparing a lot of polygon calculation required by drawing details， and solving this problem with high quality based on a micro-computer platform.
Key words： PTGui； panoramic image； virtual roaming
1 虚拟漫游的概述
虚拟旅游的应用得益于虚拟现实技术的发展。俗话说“百闻不如一见”，身临其境的浏览比起文字图片的宣传更有说服力。虚拟漫游的自主交互性与传统的被动观看，有着很大的不同。科技的进步一旦运用于现实生活中，它将强制性改变我们的思维模式，给问题带来新的解决方法，当然也会为虚拟旅游建设带来新的变革。
所谓虚拟旅游是指在当前现实景区的基础上，利用虚拟现实技术构建的三维立体旅游环境，依托互联网络，足不出户，便能在三维虚拟的环境中饱览世界各地。虚拟景观漫游与传统二维的文字图片相比更加直观、生动、逼真。目前海口香世界庄园的网站依然限于文字、图片和少量的视频，无法展示海岛独有的生态环境与热带地域气息。虚拟景观漫游则将景区的自然环境、人文环境重现于屏幕上， 使游客置身于景区，全面地了解景区的地理位置、风土人情、人文气息等。
2 虚拟漫游技术介绍
2.1 Adobe Photoshop
Adobe Photoshop，简称“PS”，是由Adobe Systems开发和发行的图像处理软件。其中拼接选项photo merge的原理也相对简单，只有最基本的对齐与融合功能，对复杂的图片扭曲、镜头变形补偿就无能为力。因此，使用photo merge拼接图片时对拍摄方法有诸多限制。为达到比较理想的效果，每一张图片之间至少要有30%的重合区域。所有照片使用同一曝光度。另外还要尽量避免广角镜头造成的照片变形，建议使用50mm以上的中长焦距拍摄。因此其专长在于对拼接后的图像处理与美化，而不是图像拼接，作为配角来增添光彩。
2.2 Autodesk Stitcher Unlimited
Stitcher 是一款专业级的全景工具，该软件支持镜头EXIF信息识别，并以此为参数作为计算图片变形和混合辅助数据，进一步增强了拼接的准确度。另外针对鱼眼镜头视角广但变形剧烈的特点，Autodesk在购并Stitcher Unlimited之后，增加了专门的算法，以处理鱼眼镜头拍摄的照片。但随着深入的研究和比较，该软件的拼接速度和渲染速度都明显偏慢，特别是打开高级渲染选项后，一篇比较大的作品渲染时间要在40分钟至90分钟左右，导入图片时要求一组照片的尺寸保持一致。在专业的批量处理工作中，这就成了一个很大的问题。总的来说，Stitcher Unlimited最终给人的映像是，庞大、专业、昂贵，但缺乏灵活性。
2.3 PTGui
PTGui的名称是由Panorama Tools的图形用户界面（Pano Toolsˊgraphic user interface）缩写组合而成。PTGui通过为全景制作工具（Panorama Tools）提供可视化界面来实现对图像的拼接，从而创造出高质量的全景图象。但复杂而又简陋的用户界面，使得Panorama Tools在很长时间里没办法推广使用。直到2006年12月PTGui6.0版本问世，这才使得PTGui在全景领域中异军突起。从6.0版本的功能开发清单中，以前繁琐的手工调整工作全部变为自动完成。例如校准镜头型号，由于每款镜头拍出的都会有不同程度的变型，且不同镜头的畸变特征也是截然不同的，特别是鱼眼镜头更会产生夸张的变型效果。
如今，PTGui已经可以通过照片中的EXIF信息来自动完成这个枯燥的校准过程。当采集照片时，相机会自动记录一系列和你拍摄有关的信息到照片之中。当按下快门的那一瞬间，相机已经把机身型号、镜头焦距、光圈值、快门速度、测光模式、曝光补偿值、色温以及拍摄时间全都记录在了照片之中。如果相机外接了GPS模块，照片中还会保存拍摄地点的经纬度。将来，这个数据通过程序自动在google map上标出每一套全景作品的拍摄位置。
由于PTGui中有一套关联各种硬件信息和照片的变形数据库，通过这个强有力的工具，终于让繁琐的镜头校准工作成了历史。目前，PTGui已经升级到了10.0版本，也是制作完成海口香世界庄园全景图像的主要工具。 3 海口香世界庄园虚拟漫游的需求分析与设计
海口香世界庄园虚拟漫游系统的构建，以全方位的展示香世界庄园环境、各类热带香草植物为目的。为此采取简单快捷的360度柱面全景映射法，通过鼠标和按钮控制在庄园漫游的行程，进而实现不同场景的切换与选择，从而获得真实的存在感。在香草植物园全景中，通过添加热区，展示了我国香草的分布区域、种类区别，还展示了香世界庄园自主研发的香草系列产品，又变成一堂传播香草知识的课堂。
基于静态图像及互联网环境下的海口香世界庄园虚拟漫游系统的创建过程如图1所示。
4 虚拟香世界庄园漫游系统的实现
视点选项、交互方式、场景选择、庄园介绍是庄园漫游的必备功能，也是基于用户的实际需要。如表1所示。
表1 虚拟庄园漫游系统功能简表
[视点控制 最佳：将最合适的全景位置把它定义到全景图切换时的最佳观察位置。
重置：将庄园图像的移动视角直接返回最佳初始位置。
自动：自动旋转与手动旋转观看的功能切换命令。 交互操作 控制运用鼠标、键盘等输入设备，完成庄园内全景图像查看和交互漫游功能。 场景切换 通过地图的导览、热点的连接、快速通道的方式自由的连接切换到相应的全景场景查看。 庄园简介 既有对香世界庄园整体情况的介绍，也有对庄园分区全景节点漫游的介绍。 ]
4.1香世界庄园漫游的结构
在设计香世界庄园漫游主界面时，以庄园入口为出发点，庄园各个分区有序排列，以顺序漫游的方式作为组织结构，在重要位置区域（比如香草植物园）通过热区的制作，进行二级页面的连接。
4.2 香世界庄园漫游的实现
实现香世界庄园漫游三个流程：一是庄园内部分区图像的采集，这是实现香世界庄园漫游的前提与基础；二是庄园漫游空间的设计编排，合理的编排利于体验者任意自主漫游在庄园各个角落；三是设计便于体验者游览的庄园漫游界面，合理的界面布局，方便体验者选择偏好的虚拟场景，让体验者有着良好的虚拟交互感。
4.3香世界庄园全景图像的生成
4.3.1全景图像的采集
鱼眼镜头取景范围大，不仅有效减少了采集图片的数量，而且还提高了制作全景影像的效率高，但相应的设备较为昂贵，且操作较为复杂，不适合广大爱好者。由于采取柱面映射法，直接选取普通数码单反相机在同一视点间隔30度顺序旋转拍摄一组图片，即可满足全景图像的拼接需要。
4.3.2 全景图像的拼接
PTgui的主界面简洁、拼接流程清晰，各类标识清楚。左上角三个按钮对应全景生成流程中的三个步骤：加载图像、对准图像、创建全景图。
4.3.3 三维全景图像的发布
Pano2VR 是一个全景图像发布的应用软件，可以把生成的柱面全景图转换成Flash 格式的三维全景图像，并且可以定制全景图像播放的皮肤，在漫游的交互上有着强大的功能。制作生成的Flash格式全景图像，如图2所示。
4.4 香世界全景漫游浏览器的设计
根据香世界庄园的实际需求，浏览界面布局为：全景导航、全景展示和快速浏览通道，在导航地图的适当位置设置对应的热点连接节点，点击导航地图中的热点，即可自由进入到香世界庄园的各个全景角落，如图3所示。
5 结语
实践应用是理论研究的目的，虚拟漫游在虚拟现实技术中的应用是个热点，以海口香世界庄园虚拟漫游为例制作一个具有简单交互功能的虚拟漫游，是基于图像绘制的三维虚拟漫游，可以在浏览海南热带农庄时具有真实感和沉浸感。
参考文献：
[1] 李鸥，赵梦. 三维全景摄影专家技法[J].电脑报电子音像出版社. 2009
[2] 叶萍萍，罗宏.基于PTGui Pro、Pano2VR的三维全景图制作方法与应用[J].城市勘测，2012，18（4）：66-69.
[3] 帖经炜.基于虚拟现实技术的数字旅游研究与应用[D]. 太原：山西大学，2011.
[4] 秦国防.基于虚拟现实的数字三维全景技术的研究与实现[D].西安：电子科技大学，2011.