全景摄影,已起舞于Internet

时间：2023-07-03 07:54:01 | 来源：网站运营

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全景摄影,已起舞于Internet：

这里发表的《全景摄影,已起舞于Internet》原载于"微电脑世界" 2003年13 期，作者:刘运增，




全景摄影,已起舞于Internet

全景摄影的英文名称是Panorama，五年前我用这个关键字在互联网上搜索,找到了2000多条索引，而当时国内几乎没有人知道它。今年再次用它搜索,居然找到了323万条相关的索引地址(当然其中有一部分索引与全景摄影无关)，同时国内也建立了相当数量的商业网站。从这个简单的对比中可以看出：全景摄影技术在国内外的发展都是比较快的。相对而言基于建模的Web3d技术进展缓慢。

什么是全景摄影？

全景摄影就是把相机环360 度拍摄的一组照片拼接成一个变形的全景图像，用一个专用的播放软件在互联网上显示，从而使您能用鼠标控制环视的方向，可左,可右,可上,可下，可近,可远。使您感到就在环境当中，您好像在一个窗口中浏览外面的大好风光。全景摄影并不是新东西，在过去，价格昂贵的全景摄影机可以拍摄360度的高质量全景照片，但它却没有展示自己场地，只有计算机和互联网才使她有了全新的含义和广泛的应用，这就是Internet的魅力。 现在,您可以到下面的网址看一个全景照片。例一这张全景照片的全部文件只有200K左右，不管您是使用拨号上网还是使用宽带，几秒钟的下载时间都是可以接受的。这种用鼠标可拖动浏览的全景照片是仿真相机转动拍摄的动态照片。

为什么全景摄影发展的比较快呢？原因有

* 实地拍摄，真实感强

* 文件尺寸小，下载快，不需要单独下载插件

* 具有有限的3D虚拟现实特性—场景漫游，观看者可以用鼠标拖动,仿真摄像机摇镜头的 特技，这种人机的互动性类似游戏，给人以进入虚拟环境的感觉

上述三个特点，除了第三条，基于建模的Web3d技术都无法与全景摄影相比。

全景摄影的分类:

在互联网上最常见的全景有:

* 柱形全景：把拍摄的照片投影到以视点为中心的有限高度的圆柱上，从而水平360度观看四周的景色，但是如果用鼠标向上下拖动时，上下的视野将受到限制，您看不到天顶，也看不到地底。即垂直视角小于180度。

* 球形全景：把拍摄的照片投影到以视点为中心的圆球上从而使您能水平360度，垂直180度，即全视角360X180观看全景照片。可以说您已经融入了虚拟环境之中了。球形全景照片的制作比较复杂：首先必须全视角拍摄，即要把上下前后左右全部拍下来，普通相机要拍摄很多张照片。然后再用专用的软件把它们拼接起来，做成球面展开的全景图像，最后选用播放软件，把全景照片嵌入您的网页。

* 对象全景（Object Panorama): 对象全景的目的是展示对象（如你要拍摄汽车，汽车就是对象）的3D形象,拍摄时瞄准对象，转动对象，而不是转动相机，每转动一个角度，拍摄一张，顺序完成。然后选用对象全景的播放软件，使您能用鼠标拖动对象做水平360度转动,展示对象的3D全貌,您也会有3D的感觉,最后把它嵌入你的网页，发布到您的网站上。对象全景也有很广的应用范围：商品和玩具展示，文物观赏，艺术和工艺品展示等等。。

* 立方体全景(cubic Panorama)： 这种全景照片是由前，后，左，右，上，下6张照片无缝拼接而成。相机位于立方体的中心，也是全视角,实际效果与球形全景类似。请看实例四 (这个实例是mov文件,要观看这个全景必须安装Quicktime5,请先下载Donwloiad QuickTime)

网页全景照片的制作:

为了在互联网上展示您的全景摄影作品,必须经过:拍摄,照片的数字化,全景照片的合成,选用播放软件并把它嵌入网页几个步骤,现分别说明如下:

* 拍摄: 全景摄影与一般摄影相同,但由于全景摄影必须全视角拍摄,其特点如下:

1 相机必需准确可靠定位: 由于相机的视角大多小于360度,因此必须拍摄多张照片才能记录全视角图像信息, 为了使多张照片光滑地连接成全景投影图像,相机必需准确可靠定位在一个中心点上,有专用设备可供选购,可以准确定位相机.许多爱好者仅仅使用三角架也能拍出好的全景照片。

2 最好选用超广角镜头: 为了拍摄全360度的全景照片,相机镜头的视角越小,拍摄的照片就越多,后处理就越复杂。因此最好选用小于18MM的鱼眼镜头.比如选用18MM的镜头需要拍8---10张(照片之间应有适当的重叠),而选用8MM的鱼眼镜头只需拍2-3张。当然,现在也能买到按一次快门就可以拍下全360度的专业相机,但价格昂贵。

3 取景与用光:取景不仅要兼顾水平四面八方,而且要兼顾顶天和立地,球形和立方体全景顶天和立地的巧妙取景可以产生融入三维环境的效果。用光则是全景拍摄的难点,由于是360度的拍摄,您无法回避直射的阳光,反差之大难以控制,这是与普通摄影的差别。但是因为全景摄影就是摄影,因此摄影的用光和拍摄技巧全部可以用在全景的拍摄中。

图一8mm鱼眼镜头拍的180度广角照片

* 数字化: 为了把照片输入计算机必须数字化,您有两种选择:

1 选用数字相机:直接输入计算机。

2 选用胶片照相机:用扫描仪数字化照片后输入计算机。

两种方法各有优劣,

* 合成全景照片: 把拍摄的多张照片合成一个全景照片是全景制作的重点。柱形全景的合成 是最简单的,本文不再赘述。球形和立方体全景则必须经过几何变换才能合成,请看图二是合成的全景图像:

图二 合成后的全景图像

您现在看到的照片,直线变成了曲线,一个点变成了一条线,特别是接近天顶和地底处完全变得面目全非,这是因为:这张JPG图像是由球形曲面平展开投影到一个平面上形成的。从几张普通的照片到合成这样一张全景照片就完成了制作过程,这个变换只能由计算机来完成,我们在下面将介绍几种最常用的全景照片的合成软件。

* 后期的润饰: 由多张照片合成的全景照片往往在照片之间对比度,色彩,清晰度,层次上有许多差异,必须有图像处理软件编辑和修改,最常用的软件当然是Photoshop。

* 全景照片在互联网上的显示:正如您在本文中所看到的,全景照片是在嵌入网页后,借助于一个浏览器的插件在互联网上显示的。这个插件可以是JAVA小程序,也可以是一个IE的ActiveX控件。JAVA小程序是自动下载和自动执行的,其功能就是显示全景照片,并使您能用鼠标拖动观看,这种互动功能是依靠这个小小的插件来实现的。

几种常用的显示插件及其性能:

1 Java Applet: 最常用的显示插件,优点是文件尺寸小,下载快(只有20-50K),自动下载自动安装。 常用的Applet有:lpjpano或ptviewer,支持球形,柱形,立方体。目前几乎有80%的全景使用Java Applet。缺点是: 幅面小,图像质量差,动态显示有跳动感,不连续,站用系统的资源较多,不支持Windows XP。

2 QTVR: QTVR美国苹果公司的专业全景技术,它的显示插件是: Quicktime, 是在互联网上早期使用最多的专用插件,现在也使用ActiveX控件。 Quicktime是一个通用的视频音频播放器,它支持多达200多种文件格式。全世界有据说1亿人安装了它,它也支持苹果公司QTVR全景技术。 Quicktime文件尺寸比较大(甚至于达到10M),需要下载,不能自动安装。

QTVR的优点是: 幅面大,图像质量好,即可以在互联网上,也可以在本地主机上显示高质量全景,如果您已经安装了 Quicktime,这是观看高质量全景的最好选择。Quicktime在早期仅能显示柱形全景,上下视野受到了限制,自从推出Quicktime 5以后,它支持立方体全景(cubic),现在越来越多的人开始使用Quicktime的文件格式(.mov)制作和显示高质量全景,由于Quicktime主要用于视频音频播放,许多人已经安装了Quicktime,因此也不必再下载插件。你可以在这个网站上: http://web3d.vip.sina.com看到许多大幅面的全景照片。图三是用Quicktime观看QTVR全景照片。

3 Imove:是美国Imove专业全景制作公司使用的专用插件, 图像质量好,可做大幅面全景,适于在本地主机上演示,需要下载插件 (插件0.99M), 文件尺寸稍大,全景专用文件格式,3DMAX或VIZ可输出此文件格式(.PAN)。

图三 用Quicktime 5 显示QTVR全景

全景照片的制作软件:

有几十种软件可供选用，有的价格昂贵,有的价格适中,也有免费软件。有的软件是与硬件搭配销售的。软件如此之多，以至于不管您是一个业余爱好者还是一个专业制作人员都可以找到自己需要的软件。向您介绍一个网站: www.panoguide.com 在这里可以找到您所需要的一切。此处仅介绍几种最常用的软件:

Panorama Tools:这是德国数学教授Helmut Dersch研发的免费软件,它是一个Photoshop的插件，软件使用比较复杂,但由于它是免费的，故得到了广泛的应用。应该说这个软件是功能最齐全的,我用过很多软件,相当多的软件功能有限，而该软件为您提供了一切。尤其是它是一个Photoshop的插件,因此您可以借助于Photoshop的强大功能,对全景照片做无限制的编辑和修改。该软件是基于透视几何原理实现图像的几何变换，将实地拍摄照片无缝粘贴建立球形（或立方体）全景照片。它提供的图像变换功能考虑了相机和镜头各种实际参数和失真校正。

该软件可以免费下载，在Helmut Dersch教授的网站上您不仅可以下载完全免费软件，而且可以找到相关的资源，但该网站由于专业全景设备制作公司IPIX追究其鱼眼镜头专利纠纷而被关闭。

REALVIZ Stitcher :这是一款专业级的全景照片合成软件,它建立高分辨率,全视角(360X180)的全景照片,支持球形,柱形,立方体全景。可以输出QuickTime, VRML, and Shockwave文件。

该软件使用直观的3D图形用户界面,用鼠标的拖拉功能就可以快速定位每幅照片在全景投影中的位置,自动化校正相机焦距与失真,自动化修正每幅照片间的色彩,对比度的差异,从而保证全景照片的一致性。图四显示该软件图形用户界面

图四 Stitcher直观的3D图形用户界面

QuickTime VR Authoring Studio: 美国苹果公司建立QuickTime VR场景专业级软件(该公司把它们的全景技术称作虚拟现实)。该软件在专业图形苹果机Mac OS上运行,软件的功能包括:照片的粘贴与无缝合成,全景照片到QuickTime VR场景的变换,对象全景的建立,建立热点连接实现虚拟场景的切换。软件输出mov文件,可以通过QuickTime在互联网或本地播放。

全景摄影的应用

全景摄影可以说是互联网上发展最快的图像技术之一,虽然不能说它是全3D的图形技术,但是由于它实地拍摄接近真实环境,可以用鼠标拖动仿真摄像机的摇镜头的功能，具有有限的虚拟场景漫游功能,使全景摄影有了相当广泛的应用,包括:建筑,城市景观,园林,旅游,文化艺术,商业,游戏,科学技术等。从互联网上的全景网站分布来看,主要的应用有下述几个方面:

1建筑与城市景观:越来越多的网站采用全景摄影介绍地区和城市景观,几乎世界上所有的著名城市都有专业网站使用全景摄影吸引世界各地的访问者。此类网站大多采用GIS或平面布置与全景照片,文字介绍直接链接的方式,全面介绍地区或城市的建筑,园林,市区风光等人文地理信息。如有名澳大利亚悉尼歌剧院采用flash动画与柱形全景链接,详细介绍了几十个位置风光建筑,与2D图片比较,更直观,更具吸引力。

2 虚拟旅游:旅游网站把景点的平面布置与全景照片做成热点连接,可以从一个景点(全景照片)直接进入下一个景点,引导游客实现网上虚拟旅游。使您足不出户就可游历千里之外的着名风景。更有很多探险家,摄影记者把他们在冰山,极地,火山,草原,深海的景观用全景照片记录下来,展示大自然的神奇。只要您有耐心,您就可以在互联网上找到许多常规摄影所不能表达的全景照片。如一个探险家在火山喷发时拍下了火山岩浆流动的壮丽景观。

3 文化艺术:在文化领域,使用全景最多的是艺术,科技,自然,考古博物馆,画廊等网站。它们不仅使用柱形或球形全景介绍其场馆建筑,而且用对象全景做工艺美术,绘画,雕塑,文物等3D对象的360度展示,轻轻拖动鼠标您就可以围观目标对象的全貌。您也可以从一个场馆到另一个场馆漫步,同时360度观看各种展品。

4 商业与工业科技:商业网站用对象全景作商品,玩具展示,建立虚拟商场,房地产商用全景展示建筑艺术与室内外装修,汽车销售商用全景展示最新型汽车内3D外景观等等。此类商业网站,在全景的应用中也占有相当的比例,它们的直接目的就是促进商品销售。在科学技术研究领域,使用全景显示科技最新成果,如火星探测者2号,采用遥控拍摄了火星表面的柱形全景,这是一张十分珍贵的全景照片。

无法统计当今世界上多少个全景网站,除了以赢利为目的商业网站(其中包括销售全景摄影软硬件设备厂商)以外,有大量公众服务型网站,它们不以赢利为目的,不仅免费提供全景制作的各种软件和经验,也提供高质量的全景作品,其中不乏极具创新精神的精品。

虽然许多全景摄影的爱好者大都是记者或摄影家,全景摄影仍然没有列入摄影的行列,原因在于全景照片的质量,受网络带宽,PC机处理器的性能及全景制作设备和播放插件的限制, 全景照片在分辨率,图像质量上都比不上常规摄影作品。但是,相信不会太久,全景照片的图像质量可以与常规摄影媲美。

全景摄影的发展前景

从技术上看,全景在未来会有好的发展前景,全景摄影技术也会不断创新进步:

1 首先要提高全景照片的图像质量: 到目前为止,互联网上的全景照片的图像尺寸大多只有400X300 pixel,图幅比较小,图像的分辨率比较低,图像质量差。这主要是因为使用了Java Applet作为播放器,这种播放器自动下载自动安装,免去了安装插件的麻烦,在早期网络带宽不宽裕的情况下Java Applet对全景摄影的发展起到重要的作用,但是它占用较多的系统资源,显示速度慢,无法加大图像的幅度,改进图像的质量。苹果公司的QuickTime 5推出使全景照片的图像质量有了很大的提高, QuickTime 5支持大幅面的立方体全景,全景照片的显示尺寸不再受任何限制。最近国际上流行的全屏全景(full screen panorama)可以使全景照片充满显示器的全屏,由于原图的分辨率有了很大的提高(5000X2500) ,看起来更加逼真清晰。而全景照片的尺寸大约只有500K左右,对于使用宽带网的用户已经完全可以接受,但是您必须先安装QuickTime 5。如果您已经安装了QuickTime 5请看例五 全屏全景(如果没有安装QuickTime 5,请先下载Donwloiad QuickTime),目前的网络带宽和PC机处理器速度都还不能满足全屏全景的需要。不过,请相信,不久您就可以在网上看到流畅大幅面全屏全景。

2 全景视频技术:到目前为止全景还只是静态的,就是场景内的景像是静止的。随着网络带宽和PC机CPU技术的进步,全景视频技术将将在互联网上出现: 用专业的全视角相机连续拍摄360X180度全景照片,并用专业的播放器在主机或互联网上显示动态的全景。全景视频不仅使您能全视角观看虚拟场景,而且场景中的一切都是动态的。 现在已经有了专业公司提供从制作到观看的全套软硬件设备,使您可用全景视频技术全视角记录大型集会,运动比赛动态全视角景观等等。而观看者可用鼠标调节观看方向,从任意角度观看真实的视频全景电影。当然,全景视频需要网络带宽的支持,就目前的网络带宽而言,显然还不能满足全景视频的要求。

3IBR(是英文Image based rendering的缩写):美国的苹果公司把它的Quicktime全景叫做Quicktime VR或QTVR,这里的VR是指虚拟现实,全景与基于建模的虚拟现实比较起来仍有许多不足: 它的交互性有限, 相机只能固定在场景中某一点,不能在场景中任意移动,因而不能实现虚拟场景漫游。IBR的中文含义是:基于图像的渲染(或基于图像的绘制),顾名思义它首先是一种渲染技术,rendering一词来自3D图形,意思是:根据已建好的场景模型,相机位置,灯光等绘制出一幅2D视图图像。因此IBR实际上针对建模技术提出来的:不需要建立过于复杂的模型,它是使用一组在场景中拍摄的照片,建立新视点(即不在这组照片拍摄的相机位置上)的2D视图图像。这种思路是可行的,因为如果在场景中两个相邻的位置拍摄两张照片,显然可以用插值的方法求出在两个相机位置的连线上的任意位置的2D图像。只要使用每张照片上的每个像素插值即可。这也是一个全新的思路:它避开了越来越复杂的建模障碍,从实地拍摄照片中建立能在场景中任意漫游的虚拟环境。甚至于实现实时虚拟漫游。微软中国研究院沈向洋博士建立的IBR演示,它不仅十分真实(基于建模的VR做不到),而且有真三维的沉浸入场景的感觉(基于图像处理的全景做不到)。从IBR的观点上看,全景只不过是一种最简单的IBR技术。IBR技术将能解决上面提到的全景摄影存在的种种不足。只要拍摄足够多的场景照片,就可实现真正意义上的虚拟场景漫游,其真实程度远远超过基于建模技术的VR。IBR为全景摄影开辟新的发展前景。

(本文原载于"微电脑世界"2003年13期)

作者:刘运增