（机械设计及理论专业论文）基于电子商务系统的三维全景浏览的研究.pdf

摘要 摘要 近几年来，因特网以爆炸性的速度向前发展，i n t e r n e t 的出现为世界带来了 大量的网络应用。现在，它己成为信息发布的主要工具。网络带来的新发展很大 程度上影响了商务系统应用领域的发展，使商务系统的服务走向网络化。电子商 务中无论是环境还是个体的展示，所需要的不再仅仅是一张墨守成规的图片。随 着网络技术的飞速发展， j a v a , v r m l , f l a s h , v i e w p o i n t , c u l t 3 d , x m l , q u i c k t i m e , r e a l m e d i a 等技术相继浮出海面，让平淡的网络陡添几分生机和活力，让 i n t e r n e t f. 原本单调的商业展示方式变得活力十足， 商业展示解决方案在w w w卜 从此不再匾乏。与静止图片和影像相比，内容更生动，感受更强烈，更有乐趣。 虚拟现实 ( v i r t u r a l r e a l i t y )技术是2 0 世纪9 0 年代以来兴起的一种新型 信息技术。作为人与计算机生成的虚拟环境进行交互作用的一种手段，人们将虚 拟现实技术看作是仅次于互联网的改变世界未来的重要技术，认为它不但将改变 人类从事科学研究、技术设计和生产实践的方式，而且为促进.人的认识能力的全 面发展提供了新的工具。虽然虚拟现实技术目前仍存在诸多尚待解决的理论问题 和尚待克服的技术障碍，对于人类生活所产生的巨大影响也不过初显端倪，但已 经引起了人们的广泛关注。人们探讨的视角也已经从技术层面延伸到哲学和文化 学层面o v r 技术广泛地应用于各个领域， 如城市规划、 旅游、 产品、 建筑房地产 服装展示、展览等。而在建筑房地产销售中，期房销售还主要通过户型平面图、 表形图、模型等静态形式在销售人员和购房者之间形成交流。客户对此是不满足 的，他们希望能在电脑 卜 看见几年以后才能建成的小区，观赏到优美的小区环境 设计，走进电脑上的样板房，亲身感受居室空间的温暖，本课题就是以此为例: 针对基于工 n t e r n e t 环境下的虚拟三维景观浏览，做了如下方面的研究; 本课题提出和研究了全景浏览的创建过程。采用 j a v a 和 j a v a 3 d实现客户端 二维数据在线操作与动态显示以及和服务器端一体化数据库管理功能的实现方法 过程包括相机的标定 ( 校准)，图片的缝合，动态显示时，有较高的清晰度，静 态显示时，不会出现锯齿。 对图片采用校正相机误差来降低匹配误差的方法进行校准，采用了渐变模板 的算法，创立新的图片倾斜、卷绕的校准算法; 在本课题中，提出了一种新的球面全景图像制作方法，用n u r b s 面片分割表 示球面和透视投影相结合制作球形全景的方法，实践证明这是一种可行的制作球 面全景图像的方法，具有很高的理论价值和实践意义，是一种值得推广的理论。 关键字:u特网，三维，全景浏览，j a v a a p p l e t 华南理工大学工学硕士学位论文 ab s t r a c t wi t h t h e h u g e f o r g e a h e a d o f i n t e r n e t , d i g i t a l l i f e w a s m o r e a n d m o r e c l o s e r t o t h e c o m m o n l i f e o , h u m a n b e i n g . a n d i t s g r e a t p r o g r e s s h a s b e e n a f f t e c t i n g t h e a r e a o f e c . i n t h e a r e a o f e c , t h e l a y i n g o u t o f n o t o n l y s u r r o u n d i n g s b u t a l s o t h e u n i t , i t s n o t e n o u g h b y u s i n g o n l y o n e s t a t i c p i c t u r e b y r u l e . n o w a d a y s , i n t h e m o v e m e n t o f t h e n e t t e c h n o l o g y , j a v a , v r ml , f l a s h , v i e w p o i n t , c u l t 3 d , x ml , q u i c k t i m e , r e a l m e d i a , t h e y c o m e o u t o n e b y o n e , w h i c h b r i n g s o m e v i t a l f o r c e a n d e n e r g y f o r t h e n e t t e c h n o l o g y . t h u s i t s g e t t i n g m o r e a n d m o r e f r u i t f u l o n c o m m e r c e s s h o w . a n d c o m p a r e d t o t h o s e s t a t i c p i c t u r e s o r v i d e o s , i t s m o r e l i v e l y , m o r e i n t e n s e , m o r e i n t e r e s t i n g v i r t u a l r e a l i t y t e c h n o l o g y h a s b e e n a n e w i t o n e s i n c e f r o m i 9 9 4 s . a s t o t h e w a y w h i c h c a n ma k e h u m a n i n t e r a c t s w i t h t h e v r e n v i r o n m e n t c r e a t e d o n c o m p u t e r , h u m a n l o o k t h e t e c h n o l o g y o n v r a s t h e m o s t i m p o r t a n t t h i n g w h i c h c a n c h a n g e t h e f u t u r e s w o r l d , f o l l o w i n g t h e n e t . i t c a n b r i n g n e w w a y s o n r e s e a r c h、t e c h n o l o g y d e s i g n i n g a n d p r o d u c i n g p r a c t i c e , i t a l s o c a n p r o v i d e n e w t o o l s w h i c h d e f i n i t e l y l e a d s p e o p l e t o p r o m o t e t h e i r c o g n i t i o n a b i l i t y . t h e r e s t i l l h a s m a n y p r o b l e m s o n t h e v r , b u t i t h a s b e e n f o c u s e d m o r e a n d m o r e . i t h a s b e e n a p p l i e d i n t o m a n y a r e a s , s u c h a s t o w n p l a n n i n g , t o u r , p r o d u c t , a r c h i t e c t u r e r e a l t y , f a s h i o n s h o w , e x h i b i t i o n . a n d a c t u a l l y , w h e n s e l l i n g t h e h o u s e s , t h e y c o m m u n i c a t e w i t h c l i e n t s m a i n l y u s i n g s o m e p l a n s , r e n d e r i n g d r a w i n g s , m o d e l s . t h a t c o u l d n t s a t i s f y t h o s e p e o p l e w h o a r e g e t t i n g m u c h m o r e p i c k i n g t h a n e v e r b e f o r e . t h e y w i s h t h e y c a n s e e t h e m , f e e l t h e m . s o t h i s t h e s i s i s b a s e d o n t h e s e p r o b l e m s , a n d s h o w s a p l a n f o r s c a n v i r t u a l s i g n t b a s e d o n i m a g e . i t c a n b e b u i l d e a s i l y , a n d i t i s v e r y f i t t o t r a n s p t o n i n t e r n e t f o r t h e f e w d a t a . i t i s a s i g n i f i c a i v e r e s e a r c h o n h e e o r i z a t i o n s a n d a p p l i c a t i o n s o f v i r t u a l r e a l i t y o n i n t e r n e t . a p a n o r a m a v i e w e r a p p l e t f o r i n t e r a c t i v e v i e w i n g o f h i g h l a t i t u d e p a n o r a m i c i m a g e s h a s b e e n d e v e l o p e d . t h e b a s i c f u n c t i o n a l i t y o f o r d i n a r y v r - v i e w e r s h a s b e e n i m p l e m e n t e d t o g e t h e r w i t h m a n u a l a n d o p t i o n a l a u t o m a t i c b r i g h t n e s s a d j u s t m e n t f a s t a n d a c c u r a t e r e n d e r i n g i s a c h i e v e d b y u s i n g l o o k u p t a b l e s f o r l i n e a r i z a t i o n a n d d y n a m i c r a n g e c o m p r e s s i o n . a h i g h l y c o m p r e s s e d i m a g e f o r m a t s u i t a b l e f o r i n t e r n e t a p p l i c a t i o n s i s u s e d , w h i c h t y p i c a l l y r e q u i r e s 2 5 % m o r e s p a c e t h a n j p e g - c o m p r e s s e d ab s t r e e t l o v e d y n a m i c r a n g e i m a g e s . i u s e a s p e c i a l w a y w h i c h u s i n g r e v i s i n g e r r o r f r o m c a m e r a i n p i c t u r e s t o r e d u c e t h e o n e s f r o m m a t c h i n g , a n d a d o p t i n g a n a r i t h m e t i c f o r g r a d u a l t e m p l a t e , f o u n d i n g t h e n e w c a l i b r a t i o n a r i t h m e t i c o n t o p i c t u r e s t i p p i n g a n d w r a p p i n g . i n t h i s p a p e r , a n e w w a y h a s b e e n i n t r o d u c e d i n t o f a c t u r i n g s p h e r i c a l p a n o r a m a s , u s i n g n u r b s f a c e s s e g m e n t a t i n g t o s h o w h o w t o m a k e s p h e r i c a l p a n o r a m a b y c o m b i n i n g s p h e r i c a l a n d p e r s p e c t i v e p r o j e c t i n g , w h i c h h a s b e e n p r o v e d i t s a v a i l a b l e . t h i s m e t h o d i s h i g h t h e o r e t i c a l a n d p r a c t i c a l , w h i c h i s v e r y w o r t h t o b e i n g s p r e a d e d a n d u s e d a n d e x t e n d e d k e y w o r d s : v i t u a l r e a l i t y ; j a v a a p p l e t ; c a m e r a c a l i b r a t i o n ; p a n o r a m a t i t 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进 行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容 外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作 品。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作 者签名 :日期:2 0 0 4 年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、 使用学位论文的规 定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华南理工大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打 “了”) 作者签名:日期: 2 0 0 4年月日 导师签名: 日期: 2 0 0 4年月日 第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1 引言 1 . 1 . 1 i n t e r n e t和w w w 技术的出现与发展 世界通信技术日新月异，其总的趋势是数字化、综合化、智能化、宽带化和 个人化。信息网络的发展非常迅速，从单机到局域网。再到广域网，再到国际互 联网( i n t e r n e t ) 。 从上世纪 6 0年代末开始研究计算机分组交换( p a c k e t s w i t c h ) 技术到今天，工 n t e r n e t已经走过两代历程。第一代是 2 0世纪 7 0 8 0 年代，主要 的成就是把分布在世界各地的计算机用t c p / i p 协议连接起来，主要的应用是 e m a i i 。 第二代是2 0 世纪 9 0 年代， 主要成就是把成千上万个网站上的网页连接起 来，主要的应用是 w e b 信息浏览以及电子商务等信息服务。目前正处一于从第二代 i n t e r n e t向第三代 i n t e r n e t 过渡的转型期。 第三代 i n t e r n e t 可称为信息服务网 格 ( 工 n f o r m a t i o n s e r v i c e g r i d )，其主要特点是不仅仅包括计算机和网页、而 且包括各种信息资源，例如数据库、软件以及各种信息获取设备等，它们都连接 成一个整体，整个网络如同一台巨大无比的计算机，向每个用户提供一体化的服 务。 物质与能量原则上只能分享，一吨水、一度电甲使用了乙就不能使用。而信 息的最大特点是可以共享，不会因使用同一信息资源的用户多而耗尽。在过去几 年的信息化建设中，我们往往忽视了 “ 信息应该共享”这一最本质的应用要求， 把信息当成物质 与能量一样使用，己造成极大的浪费。 第三代 工 n t e r n e t 要解决的信息共享不是一般的文件交换与信息浏览， 而是要 把所有 个人与单位连接成一 个虚拟的 社会组织( v i r t u a l o r g a n i z a t i o n ) ， 实 现在动 态变化环境中有灵活控制的协作式信息资源共享。 信息服务网格与we b最大的区 别是一体化，即用户看到的不是数不清的门类繁多的网站，而是单一的入口和单 一系统映象。 比如一 个用户打算出去旅游， 只要向网格系统 一 次性输入出游人数、 出游地点和时间以及其他特殊要求，不必分别与航空公司、 铁路、 旅行社、 旅馆、 气象部门、商店等单位联系，信息服务网格将自动与各有关部门协调，给用户完 整的旅游方案并做好全部预订手续。由于信息资源的需求与供给都在动态变化而 且分布在全国甚至世界各地，完成用户要求的一项服务可能要调用北京的超级服 务器、上海的数据库或安装在西安的某台计算机上的软件，因此对服务器的响应 第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1 引言 1 . 1 . 1 i n t e r n e t和w w w 技术的出现与发展 世界通信技术日新月异，其总的趋势是数字化、综合化、智能化、宽带化和 个人化。信息网络的发展非常迅速，从单机到局域网。再到广域网，再到国际互 联网( i n t e r n e t ) 。 从上世纪 6 0年代末开始研究计算机分组交换( p a c k e t s w i t c h ) 技术到今天，工 n t e r n e t已经走过两代历程。第一代是 2 0世纪 7 0 8 0 年代，主要 的成就是把分布在世界各地的计算机用t c p / i p 协议连接起来，主要的应用是 e m a i i 。 第二代是2 0 世纪 9 0 年代， 主要成就是把成千上万个网站上的网页连接起 来，主要的应用是 w e b 信息浏览以及电子商务等信息服务。目前正处一于从第二代 i n t e r n e t向第三代 i n t e r n e t 过渡的转型期。 第三代 i n t e r n e t 可称为信息服务网 格 ( 工 n f o r m a t i o n s e r v i c e g r i d )，其主要特点是不仅仅包括计算机和网页、而 且包括各种信息资源，例如数据库、软件以及各种信息获取设备等，它们都连接 成一个整体，整个网络如同一台巨大无比的计算机，向每个用户提供一体化的服 务。 物质与能量原则上只能分享，一吨水、一度电甲使用了乙就不能使用。而信 息的最大特点是可以共享，不会因使用同一信息资源的用户多而耗尽。在过去几 年的信息化建设中，我们往往忽视了 “ 信息应该共享”这一最本质的应用要求， 把信息当成物质 与能量一样使用，己造成极大的浪费。 第三代 工 n t e r n e t 要解决的信息共享不是一般的文件交换与信息浏览， 而是要 把所有 个人与单位连接成一 个虚拟的 社会组织( v i r t u a l o r g a n i z a t i o n ) ， 实 现在动 态变化环境中有灵活控制的协作式信息资源共享。 信息服务网格与we b最大的区 别是一体化，即用户看到的不是数不清的门类繁多的网站，而是单一的入口和单 一系统映象。 比如一 个用户打算出去旅游， 只要向网格系统 一 次性输入出游人数、 出游地点和时间以及其他特殊要求，不必分别与航空公司、 铁路、 旅行社、 旅馆、 气象部门、商店等单位联系，信息服务网格将自动与各有关部门协调，给用户完 整的旅游方案并做好全部预订手续。由于信息资源的需求与供给都在动态变化而 且分布在全国甚至世界各地，完成用户要求的一项服务可能要调用北京的超级服 务器、上海的数据库或安装在西安的某台计算机上的软件，因此对服务器的响应 华南理土大学一 i 一 学硕 学位论文 时间、网络的带宽、特别是网格管理软件的复杂性与灵活性以及网络 卜 各种设备 的互操作性都有很高的要求。目前国外各大公司都在朝着这一方向努力。尽管各 公司、各种学术团体采用的术语不同，但追求的目标都是攻克第三代 i n t e r n e t 的 关键技术。 第三代i n t e r n e t 的基础设施是基于i p协议的宽带数字通信网络，分组交换和 光纤网络己成为网络通信的两大主流技术。 网络技术、通讯技术、多媒休技术的迅猛发展对i n t e r n e t 产生极大的影响， 特别在以下几个方面:第一，联网方式多样化，从 1 4 . 4 k m o r d e n 到专 线、i s d n , 有线电视、光纤、卫星网络等;第二，网络带宽的大大拓宽，无论哪种联网方式， 它们所提供的带宽不断的在扩大;第三, i n t e r n e t 提供更多的服务， 它不再局限于 网络通信e - ma i l 、简单的信息浏览、f t p , t e l n e t等，诸如电子商务、虚拟现 实、全景浏览等新的服务和应用如雨后春笋般的出现。 i . l 2 虚拟现实 ( 全景浏览)的发展 虚拟现实 ( v i r t u a l r e a l i t y ) 技术是2 0 世纪9 0 年代以来兴起的一种新型信息 技术。作为人与计算机生成的虚拟环境进行交互作用的一种手段，人们将虚拟现 实技术看作是仅次于互联网的改变世界未来的重要技术，认为它不但将改变人类 从事科学研究、技术设计和生产实践的方式，而且为促进人的认识能力的全面发 展提供了新的工具。虽然虚拟现实技术目前仍存在诸多尚待解决的理论问题和尚 待克服的技术障碍，对于人类生活所产生的巨大影响也不过初显端倪，但已经引 起了人们的厂 泛关注。人们探讨的视角也己经从技术层面延伸到哲学和文化学层 面。虚拟现实系统的基本特征之一为沉浸感，沉浸被通俗地解释为“ 身临其境”， 意味着体验，意味着逻辑与形象的结合、认知与感知的统一。正是这种特点，使 得虚拟现实技术成为 “ 身体在知识探求过程中的能动作用得以保证的第一个智能 技术。 为了感知和体验丰富的物质世界，人类可以利用五种感观;触觉、味觉、听 觉、嗅觉、和视觉。无论是在艺术和科学里，这五种感观里，视觉无可争议的成 为人类感知外部世界的所有器官中最重要和最主导的部分。特别是对于，昆虫和 鱼，他们的视觉系统给人类提出了一个很有趣的课题:怎样能补偿和加强人类感 知外部世界的有限视野。所谓百闻不如见，人类 8 0 %的信息是通过视觉获得， 人类通过眼睛去了解事物、感受世界。要了解某种物体或实景，有两种途径: 种途径是亲眼看到 ( 即把物体放在眼前)，或亲自到现场观看;另一种途径是通 过别人拍摄的照片或影像了解。由于大多数情况下，人只能感受周围的事物，因 此要了解不能亲眼见到的事物，就主要靠图片或录制的影像了。 众所周知，照片是三维世界的二维成像，从照片上永远只能看到物体的一个 华南疆上天学一l + 学顷 j 学位论支 时间、网络的带宽、特别是网格管理软件的复杂性与灵活性以及网络| 二各种设备 懿互操作性都有很毫的瑟求。舅裁爨外各大公翅郄在赣羞这一方向努力。尽管舞 公司、备转学术函俸浆_ i 霹的术语不同，但追求的磊标都是玫克第三代i n t e r n e t 翡 关键技术。 第三代i n t e r n e t 的馨础设施是越于i p 协议的宽带数字通信网络，分鳃交换和 竞纾阏终已成为网络邋信敬嚣大主流技拳。 网络技术、通讯技术、多媒体技术的迅猫发展对i n t e r n e t 产生极大的影响， 特别在以下几个方睡：第一，联网方式多样化，从1 4 4 k m o r d e n 到专线、i s d n 、 有线电视、光纤、卫星网络等；第二，网络带宽的大大拓宽。无论哪种联网方式， 它嚣j 辑撵骰煞带竟不瑟瓣在扩大；第三，i n t e r n e t 据摸委多麴簸务，它不褥弱疆子 网络通信e - m a i l 、简单的信息浏览、f t p 、t e l n e t 等，诸如电子商务、虚拟现 实、全景浏览等新的服务和应用如雨后春笋般的出现。 l 。l ，2 震撼褒实( 全瀑澍蔓) 麓发蒺 虚拟现实( v i r t u a lr e a l i t y ) 技术是2 0 世纪9 0 年代以来兴起的一种新型信息 技术。作为人与计算机生成的虚拟环境进行交互作用的一种手段，人们将虚拟现 实技术看俸是仅次于互联网的改变黻器未謇的鬟要技术，认为它不但将改变人类 从事辩学研究、技术浚计和生产实藏的方式， 螽i 强为健遴入的诀 簸熊力的全瑟发 展提供了新的： 具。凰然虚拟现实技术目前仍存在诸多尚待解决的理论问题和尚 待克服的技术障碍，对于人类生活所产生的巨大影响也不过初碌端倪，但已经引 起了天翻瓣广泛关注。天翻搽谣魏援受 塾已经双技术屡瑟瑟l 率裂踅学秘文纯学层 面。虚拟现实系统的熬本特征之一为沉浸感，沉浸被通俗地解释为“身搦其境”， 意味着体黢，意味着逻辑与形象的结合、认知与感知的统一。正是这种特点。使 得虚拟现宓技术成为“身体在知识探求过程中的能动作用得以保证的第一个智能 技末。 为了感知和体验丰富的物质世界，人类可以利用五种感观；触觉、昧觉、听 觉、嗅觉、和视觉。无论是在艺术和科学里，这血种感观罩，视觉无可争议的成 为人类感知辩部世器的辑青器宫中袋重要和最主导的部分。特别是对于，昆虫郓 鱼，缝 j 的视觉系统给人类提出了一个缀有趣的谖题：葱榉能褥偿帮期强人类感 知外部世界的有限视野。所谓百闻不如见，人类8 0 的信息是通过视觉获得， 人类通过h 随睛去了解夺物、感受世界。要了解凝种物体或实景，有两种途径： 。 毒孛途径蹩塞强看到( 郄挺凌霪菰在疆蘸) ，或袋鑫羁瑷场瀵蠹；雯一蕈孛途经是透 过别人拍摄的照片或影像了解。出于大多数情况下，人只熊感受周围的事物，戮 此要了解爿；能亲眼见划的事物，就毛要靠图片威录制的影像了。 众所粥知，照片楚三维世界的二维成像，从照片上永远只能看到物体的一个 2 第一季绪论 侧而，看不到另一个侧丽，除非也有另一个侧丽的照片。尚影像是事先泵制好的， 它只能按录像者的意惑放映，并不熊随意选择溉葺鲍方式。 蠹援疆赛是将一1 缓图片颤特殊豹手段裁佟域可操控巡游的三绫耪镩残3 6 0 凌 全景影像的电脑多媒体披术。用虚拟现实制作的元素，分三维物体、3 6 0 度全景 和用热点链接的多个节点集合的场摄三类。 久类缳零就意浞到了大燕疫斡援努能大曝壤的增搬戏察嚣繇鼹看场爨戆范 围。广角发视鹭这一概念被弓| 入剿全景( p a n o r a m a ) 中，或更专业的应嗣，全景浏 览( o m n i 。d i r e c t i o n a li m a g e ) ，又称全景图像，是指大于双眼j 卜常有效视角( 大 约水平9 0 度，垂直7 0 废) 或双眼余光视角( 大约水平1 8 0 度，垂直9 0 度) ， 至3 6 0 疲宠整场景蒸滋接摄弱照冀。全景是试羯在一拿撬点一蔓疆绘密一耧蔓广疆 角的场景，对每个概角提供个特定的场景，以使得观察鬻有身临其境的感觉。 p a n o r a m a 本身这一概念可以追溯到1 7 8 7 年，由+ 位爱尔兰肖像画家、缩影画 籁，r o b e r tb a r k e r 发明匏。当时，锻试图把匿片放在一张很大的柱形藏布上，环 绕在蕊众戆蹋鬓。_ 并鬣终制乎筝密了伦敦景理鹫，获得了重大成功并弓| 怒了匿大爱 响。最早可以追溯到大约t 0 6 6 年，b a y e u xt a p e s t r y ，在一卷7 0 米长的刺绣品上描 绘了诺曼第人侵略英圜的这段历史，这可以看作是最早的p a n o r a m i c 场景。耐 b a r k e r 延终了这一惑憨，瞧进痰黢感赞至l 戗乎怒处予真的域实中，瑶不怒只是在 看一副匿。附图：r o b e r t b a r k e r 和b a y e u x t a p e s t r y 的全景阉。 图1 1r o b e r tb a r k e r 的全景图 f i gl l r o b e r tb a r k e r sp a n o r a m a 圈i * 2b a y e u xt a p e s t r y 的全景圈 f i g1 2b a y e u xt a p e s t r y sp a n o r a m a 我国l e 宋畦期骞廷画家张择端瓣“清明上河图”也是采用长卷形式，以数点 华南理1 入学i ：学硕士学拖论文 透视的构图方法，描绘了北宋首都汴京以及汴河两岸的繁华景象河自然风光。 鹫1 3 清明上删瑚 f i g1 3q i n g m j n g s h a “g h ep a i n t i n g 照片技术发明后，p a n o r a m a 就开始转向使用照片的全景图。到今天，随着计 算撬较硬传技术装飞遮发矮，鞋软傍技寒为孩昏瓣全景溅蘩已经藏为爵糍。近二 十年来，新的课题是寻找新的方法制作数字相片的全景图。利用现有的强有力的 计算机技术，完全可以把一系列的阁片处理成广视角场景。蒋通相机照出的照片， 当把他们秃缝缝合时，变形较厉害，整个图像的分辨率不一致，它们也鼢很好照 疆蕊整个坜景，毽缺乏缀节，不适合诲多虚藏场荣。男努，数字銎片镶嵌( m o s a i c ) 技术，允许我们可以快速缝合多张商分辨率图片，而制作出摄后的图片，它不单 能展现整个场景，并述能保持原图中的细节。镶嵌中，图片的透视和光照会发生 改变，但可以通过图片处理技术褥刘嚣 。当然，氇可以蠹接缝合一蹙褫频文 牛。 但代价楚在浏览对，大鬣时间的耗赞。 本课题中所用的数字镶嵌技术是全景镶嵌技术( p a n o r a m i cm o s a i c i n g m e t h o d ) 。这种方法怒把图片缝合在一起，形成一个单一视点的广角度场景，视 鹭大趸3 6 0 。这静方法狡广泛应耀予i n t e r n e t 一曼豹虚毅溅凳，露贾静谤麓者露缢 用来浏览真实世界韵垒景，就像那照1 8 世纪参观r o b e r tb a r k e r 的展览的观众。只 不过电脑屏幕代替了木制圆形大厅。全景制作对图片的要求很，t 格，因为全景浏 监展现的楚在一个视点赝看到的场最，所有的图片都要求从圆一静止点掬得。图l 指出了这两者( 一个“楣瓿”静史，一个“翊瓶”移动) 豹不霹，r o b e r tb a r k e r 的全景图代表了、个视点上的3 6 0 。视野，这相当于相机静止。相反，b a y e u x t a p e s t r y 的全景，是随满故事情节的变化，向前变换视点而获得的全景，这有点 类 蛙子周移动楣极撼掇懿爨冀露澍 挈残静广角全景。 4 第一章 绪论 1 . 2 全景浏览技术 1 . 2 . 1 全景v r的概念 全景v r是用相机环3 6 0 度拍摄出一组照片，然后拼接成一个全景图像，再 用一个专用的播放软件，或程序代码控制实现在互联网上显示。已能用鼠标控制 环视的方向， 可左可右可近可远， 使人感到象在现实环境当中浏览所拍摄的景物。 目前全景v r主要应用为3 6 0 度全景浏览 ( v r p )和 互动虚拟物体”( v r o)技 术。 另外，利用全景照相机，还可以拍摄出的一种 1 8 0 度宽幅的照片，但它远远 超出了普通全景照片的定义。利用这种技术，不但可以显示前后左右3 6 0 环视景 色，甚至可以显示上下景观，在网上实现全方位 7 2 0度的三维互动效果。 1 . 2 .2 全景v r的技术特点 全景 v r技术，它有四个基本特征:从三维造型的原理上看，它是一种基于 图像的三维建模与动态显示技术;从功能特点上看，它有视线切换、 推拉镜头、 超媒体链接三个基本功能:从性能_ l 看，它不需要昂贵的硬件设备就可以产生相 当程度的 v r体验。 1 ) 造型特点 三维复杂模型的实时建模与动态显示是飞 行模拟、实时动态仿真及虚拟现实 等技术的基础。目前，三维复杂模型的实时建模与动态显示技术可以分为两类。 一是基于几何模型的实时建模与动态显示; 二是基于图像的实时建模与动态显示， 全景v r就是采用基于图像的三维建模与动态显示技术。 基于儿何模型的实时建模与动态显示是计算机图形学中的传统方法。首先， 在计算机中建立起三维几何模型，一般均用多边形表示。在给定观察点和观察方 向以后，使用计算机的硬件功能，实现消隐、光照及投影这一绘制的全过程，从 而产生几何模型的图像。这种基于儿何模型的建模与实时动态显示技术的主要优 点是观察点和观察方向可以随意改变，不受限制。但是，仑也有两个缺点:一是 复杂模型的造型过程比较繁琐、工作量大;二是每一个观察点或观察方向都需要 进行复杂模型或场景的绘制计算。因此，需要具有较强计算能力和图形功能的i 作站，因制作及显示成本较高而影响其普及程度。从另 一 方面来看，当三维模型 高度复杂时，每个面片所占据的屏幕象素的平均数将很少。假设工作站的处理能 力为侮秒 3 0 0 万个面片，而刷新频率为侮秒 1 0 帧，那么，平均起来每帧需处理 3 0万个面片。设屏幕分辨率为 1 0 0 0 x 1 0 0 0 = 1 0 0万个象素，那么，每个面片平均 只占据 3 个象素。对于这样复杂的三维模型，再逐个物体、逐个面片地进行绘制 第章绪论 1 2 全景浏览技术 1 2 1 全聚v r 的概念 全景v r 是用相机环3 6 0 度撼摄出一组照片，然后拼接成一个全景图像，爵 掰一令专用的撵藏较耱，或程旁童鼹羟裁实糕在互联溺上纛示。它麓鲻鬣标控鞠 环视的方向，可左可右可近可远，使人感到象在现实环境当中浏览所拍摄的景物。 目前全景v r 主要应用为3 6 0 度全燎浏览( v r p ) 和”互动虑拟物体”( v r o ) 技 来。 另静，莉雳全鬟照稿祝，还可以撞摄宙黥静1 8 0 凄爨辐的照片，瞧它远远 超出了普通全景照片的定义。利用这种技术，不但可以显示前后左右3 6 0 环视景 色，甚至可以显示上下景观，在网上实现全方位7 2 0 度的三维互动效粜。 1 2 。2 全繁v r 的技零特纛 全景v r 技术，它有四个基本特征：从三维造型的原理上看，它是一种基丁 图像的三维建模与动态屐示技术；从功能特点上看，它有视线切换，推拉镜头、 超嶷终链援三令基零功缝：敲毪麓一芝看，它曩：嚣要暴责懿疆侔设备赣可隧产生翡 当程度的v r 体验。 1 ) 造型特点 三维复杂模型的实时建模与动态显示是飞行模拟、实时动态仿真及虚拟现实 等技术豹鏊疆。嚣 l 誊，三维复杂模鍪稳实时慈模与动态羹示蔹术哥戳分为两类。 一是基于几何模型的襄时建模与动态显示；二怒基于图像的实时建模与动态显示， 全景v r 就是采用基于图像的三维建模与动态烂示技术。 基于足谤模型的实时建模与动态显示是计簿枫图形学中驰传统方法。首先， 在计算税中建立超三缭几何模型，一觳筠掰多边形表示。在给定残察点帮观察方 向以后，使用计算机的硬件功能，实现消隐、光照及投影遮一绘制的全过程，从 而产生几何模型的图像。这种基于几何模型的建模与实时动态显示技术的主要优 点是鼹褰点积薤察方离可戳随意改交，不受羧锻。毽是，蠡瞧青蘧令姣点：一是 复杂模型的造型过程比较繁琐、工作量大；二怒每一个观察点或观察方向都需要 进行复杂模型或场景的绘制计算。因此，需要具有较强计算能力和图形功能的l ： 作站，因镱i 作及显示成本较高而影响其普及稳度。从另一方面来看，当三维模型 裹痊复杂时，每个嚣肄搿占誊蓉弱瓣幕雾素豹平均数将缀少。缎设工佟藏躲处理能 力为每秒3 0 0 万个面片，而刷新频率为每秒1 0 帧，那么，平均起来每巾贞需处理 3 0 力个黼片。设屏幕分辨率为1 0 0 0 1 0 0 0 = t 0 0 力个象素，那么，每个丽片平均 只占据3 令象素。对予这样复杂黪三置维模型，褥逐个物体、逐个西冀地避章亍绘制 华南理。 ：天学【学硕士学协论文 是眭l 是没商必要的。 在这榉魄背景下，人稍开始考惑可否避开繁碳的造型过程和复杂的绘制订算， 丽壹接躅阉像来实瑷鬣杂环境的实对建模与动态显示。全激v r 就是一摊剩埔图 像镶嵌( m o s a i c ) 方式来实现复杂环境的实时建横与动态显示的技术。 在建逖全景v r 的三维场景时，选定某一观察点设置摄像机。每旋转一定的 角凄，倭掇摄一幸墓整像，著凌其存镶在诗篓莓l 中。在此基壤羔实现銎爨戆拱接， 即将物体空间中嗣一点在栩邻图像中对应的蒙豢点对准。对拼接好的图像实行切 割及压缩存储，形成全景图。用户从存储介质中调出全景圈即町彤成对三维复杂 场景的漫游。 这耱鏊予蚕像镶焱方法懿钱点楚可由摄像雾获取三绦溺录，誊纛饕邈行凡彝 造型，对计算机的计算能力要求不商，但需较大的存储空间，可实现实时建模与 动态显示。其缺点也是撼然的，即场景本身必须是静念的，而且在漫游时，观察 点及耀察方向受到了严糖的限制，这是因为不可齄傲到对予任意魄观察点部撼摄 一组图像存放在计算掇中。 为了解决图像镶嵌技术中只能在原图像摄取点进行漫游这一问题，可以在升i 同图像之脚进行插值或在不同视图之阳j 进行摇缎，以生成新的视图的方法。其基 本蒜踌是：在不圈夔鼹察点敬褥三缎场景或菜一携体敕多疆瓣豫，交互逡给出或萎 动求出每两幅图像之间的对应点，褥用图像插髓或映射变换的方法求蹬该物体对 应于其它观察点的图像。这时，需鼹解决图像捅值时可能出现的空洞或瞩瞢等刈 题。在将几何模型转变为屏幕图像败过程中，我们需要解决隐藏面和隐藏线消除、 毙黧强菠计冀及叁秘镑空润甍豳像空潮豹授影等三个滔题，褥在基于霆豫数寅时 动态显示中，当需要幽已知图像产生其它图像时，同样需骚解决以上三个问题， 也就是如何确定在不同的已知图像中同一物体的对应点，并找到它在所求图像中 匏位置，如俺求出该点应有鲍光亮度篷以及如忙l 在联求图像中正确反皎出物体之 闻的前后关系。这些| 、薅题都是全景v r 所需避一步研究的方向。 2 ) 功能特点 全景v r 最基本的功能特点是能够实现对三维空间和三维物体全方位的观 褰，它甭嚣要一般虚撅现实按术影片凄要求戆器爨弱赫豫头褒、特殊藏镶霹数据 手套。所有对三维造裂的操纵仅用普通鼠标、键盘就可完成。操纵三维造型的方 式有三种：对于三维窀间，可以在一个观察点环绕3 6 0 度，可在任意一个角度进 行戏察，它是以观察卷为中心的：对于三维物体，用户可以在一个立体的3 6 0 度 空闽中，任逡一个角发遂行鼹察，它是瑷三缀穆傣为中，各豹。在菜一令角度逶雩亍 观察时，用户l _ j 实现放大或缩小观察效果，类似于摄像机的推拉镜头，也类似于 观察者观察视点向前或向后移的效果。在三维空间和三维空间、三维物体和三维 物毒本之闻，二三维空闯秘三维物体之闼，霹瞄存在超媒体链搂，用户利用运群超媒 6 第一章绪论 体链接，可以在它们之间进行平滑的切换，从而置身于真实感很强的燃幻空问之 中，这种趣媒传链接不仅可链接全景v r 两季申蓥本类型的萤点，还可以键接其它 多媒俸豢材，如图像、声音、褫獭、文字等等。 3 ) 性能特点： 设备简单：不需要昂贵的设铸，就可以体验真正的虚拟现实。任何欣赏全景 v r 场豢敕震户无矮懿裁歇赏一般震撼理实技零彩冀露妥求戆品蠡戆黪潦头鑫、 特殊眼镜和数据手套，所有对场祭的操级仅嗣普通鼠标、键盘就 可完成。 兼容性好：全景v r 场景可邋行于普通微机，无需运行于高速工作站。在当 今流行的操作系统平念上，如w i n d o w s3 x ，w i n d o w sx p ， m a co s ， 均有相 应夔支褥舨本。霞魏，阐一全景v r 场景瑶蹿平台运行，瓣时，它还对以在i n t e r n e t 上发布。 高度的现实性：全景v r 运用真实世界的全景图像米构建虚拟的现实空间， 真实世爨蛉全景墨怒瘸一个3 5 m m 胶冀的穗极帮一个三角絮装置来获敷簸，它远 晓由诗冀机生成的凿像的真实感强，由予簸片可| 三i 提供报离的清晰菠，从丽图象 具有更丰富的图象和照鲜明的细节，不同效果和各种环境也可以用一系列的镜头 和滤光镜柬获得。全景v r 提供了观察场景的正确透视，使用户有身临其境左右 丽疆熬感凳，又可敬谴用户在场最中麸套个熊疫蘧察一个囊实凌薅，从嚣提供了 最大限度的v r 体验。 数据凰小：全景v r ，本课越中采用了专门的压缩技术，它可以将一整张3 6 0 度的全襞图片压缩到5 4 0 k 以下。相对于其它纛拟现实技术，全景v r 影片数据 量极小。小数据量意昧着同襻大小的磁囊空闽存储更多瓣黧片，同时氇意睬蓉蠲 户对场景的操纵更加迅速。 制作简单：相对于其它虚拟现实技术而言，全景v r 的制作相对简单，制作 周期比较媛