基于全景图的虚拟现实技术在数字博物馆中的研究与应用.doc

基于全景图的虚拟现实技术在数字博物馆中的研究与应用山西电子技术2011年第1期研究与探讨文章编号:16744578(2011)01007502基于全景图的虚拟现实技术在数字博物馆中的研究与应用王桐,王亮,马楠(北京联合大学信息学院,北京100101)摘要:介绍了虚拟现实技术和全景图的概念及其在数字博物馆中的实现方法及其应用技术,结合实例说明了文物全景图在英特网中真实展示的实现方法,阐述了虚拟现实技术应用于数字博物馆的意义及实用性.关键词:虚拟现实技术;全景图;数字博物馆中图分类号:TP391.9;G264文献标识码:AO引言博物馆是一个地区甚至国家文明发展程度的重要标志,现代博物馆不再是简单的文物标本的收藏,展示,研究机构,而是应该成为面向社会,服务于公众的文化教育机构和信息资料咨询机构.这就凸显出一个重要的技术问题一数字化保护与展示.随着国家教育信息化建设的推进,信息技术革命突破了人类活动的时空障碍,空间与时间的阻隔在互联网面前灰飞烟灭.此时数字博物馆恰好迎合了当代社会的发展要求,如何通过网络把博物馆内的文物以及相关设施更好地呈献给用户成了数字博物馆建设者必须认真思考的问题J.虚拟现实技术为文物的保护,修复以及研究提供了新的方法与技术.通过全景图的使用,使技术可行性得到了提高,既不需要昂贵的仪器以及维护费用,也不需要硬性的专业知识,就可以实现全景图的拍摄于拼接,实现了文物360.的虚拟全景展示.l虚拟现实技术相关理论研究1.1虚拟现实技术的概念虚拟现实,英文名称是VirtualReality,简称VR技术,这一名词是由美国VPL公司创建人拉尼尔(JaronLanier)在20世纪80年代初提出的,也称灵境技术或人工环境.Virtual的英文本意是表现上具有真实事物的某些属性,但本质上是虚幻的L2J.Reality的英文本义是”真实”而不是”现实”.VirtualReality英文本义是”真实世界的一个映像”(aimageofrealworld).虚拟现实是利用计算机模拟生成一个逼真的,具有三维视觉,触觉等多种感知的虚拟环境,使用户仿佛置身于一个生动,形象,具有视,听,触觉的感观世界,可以直接观察周围环境及事物的内在变化,并能与之发生”交互”,产生与真实世界相同的反馈信息,获得与真实世界同样的感受,使人和计算机很好地”融为一体”.虚拟现实技术是一门新兴的跨学科新技术,是集三维图形技术,人机交互技术,传感技术,仿真技术,显示技术,人工智能,网络并行处理等技术的最新发展成果为一体的综合集成技术,是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统,其中计算机生成的,可交互的三维环境称为虚拟环境(VirtualEnvironment,简称VE).1.2虚拟现实技术的特征1993年,Burdea等将虚拟现实技术的特征概括为:沉浸感(Immersion),交互性(Interaetivity),想象性(Imagination)E3.该技术的特点在于计算机生成一个以视觉感受为主,也包括听觉,触觉的综合可感知的,逼真的三维虚拟环境,用户可以通过计算机进入这个环境用自然方式与虚拟环境中的对象进行交互操作,与之产生互动,进行交流,改变了过去人类除了亲身经历,就只能间接了解环境的模式,有效地扩展了认知手段和领域,从而使用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉,给用户带来身临其境的感受.通过虚拟现实技术的实时三维空间表现能力,人机交互式的操作环境,用户沉浸在多维信息空问中.使以往只能借助传统沙盘的设计模式提升到数字化的即看即所得的完美境界,并依靠人本身对事物的感知和认知能力,全方位地获取环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息.身临其境的沉浸感和人机互动的交互性是虚拟现实的实质特征,对时空环境的现实构想(即启发思维,获取信息的过程)是虚拟现实的最终目的.2虚拟展示技术2.IVVlL三维建模VRML(VirtualRealityModelingLanguage)即虚拟现实建模语言,是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构的三维世界的场景建模语言,具有与平台无关性,是目前Internet上基于wwW的三维互动网站制作的主流语言.VRML是虚拟现实造型语言(VirtualRealityModelingLanguage)的简称,本质上是一种面向web,面向对象的三维造型语言,而且它是一种解释性语言J.VRML的对象称为结点,子结点的集合可以构成复杂的景物.结点可以通过实例得到复用,对它们赋以名字,进行定义后,即可建立动态的VR(虚拟世界).2.2虚拟全景技术虚拟全景又称三维全景虚拟现实(也称实景虚拟),是基于全景图像的真实场景虚拟现实技术.全景(英文名称是Panorama)是把相机环360度拍摄的一组或多组照片拼接成一个全景图像,通过计算机技术实现全方位互动式观看真实场景.通过对以上两个技术进行一定的了解,考虑到技术的可行性以及再现真实的程度,我们决定选用虚拟全景技术,收稿日期:20101127作者简介:王桐(1989一),男,北京人,北京联合大学信息学院学生,主要研究方向为数据库应用系统设计.马楠(1978一),女,北京人,讲师,博士研究生,本文通讯作者.主要研究方向:web信息存储优化,知识发现与商业智能等,Email:.en76山西电子技术2011年通过Object2VR制作.3虚拟全景技术概述3.1全景图的概念全景图是虚拟实景的一种表现形式,会让使用者有进入照片中的场景的感觉.360度的高质量的全景图主要有三个特点:(1)全:全方位,全面的展示了360度球型范围内的所有景致,可在例子中用鼠标左键按住拖动,观看场景的各个方向.(2)景:实景,真实的场景,三维全景大多是在照片基础之上拼合得到的图像,最大限度地保留了场景的真实性.(3)三维:三维立体的效果,虽然照片都是平面的,但是通过软件处理之后得到的三维全景,却能给人以三维立体的空间感觉,使观者犹如身在其中J.在浏览器端,基于播放插件(通常是Java,QuickTime,ActiveX,Flash等)的支持下,使用鼠标控制环视的方向,可左,可右,可近,可远,实现全景图的浏览.3.2全景摄影的介绍全景摄影就是把相机环绕360度拍摄的一组照片拼接成一个经过变换的平面全景图像,用一个专用的播放软件在互联网上显示,从而使用户能用鼠标控制环视的方向,可左,可右,可上,可下,可近,可远.使用户感到就在环境当中,好像在一个窗口中浏览外面的大好风光.拍下的原始照片必须用相应软件变换和拼接,从而建立一个变了形的平面图像,在播放时把该图像放在正确的空间位置上,仿真实际的3D环境,使用户观看全景照片时的位置就是仿真拍摄时相机所在的位置.3.3虚拟全景技术的分类柱形全景:柱形全景是最简单的全景摄影.您可以环水平360度观看四周的景色,但是如果用鼠标上下拖动时,上下的视野将受到限制,您看不到天顶,也看不到地底.这是因为用普通相机拍摄照片的视角小于180度,显然这种照片的真实感不理想.球形全景:球形全景视角是水平360度,垂直180度,全视角.可以说您已经融入了虚拟环境之中.球形全景照片的制作比较专业,首先必须用专业鱼眼镜头拍摄两张照片,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,最后把全景照片嵌入您的网页中.在国外也不是所有的制作软件都支持球形全景,有的专业公司提供球形全景制作的全套软硬件设备,但价格昂贵.立方体全景:是另外一种实现全景视角的拼合技术,它打破了原有单一球型全景的拼合技术,使您能拼合出更高精度和更高储存效率的全景.立方体全景照片的制作比较复杂.首先,拍摄照片时,要把上下前后左右全部拍下来,但是可以使用普通数码相机拍摄,只不过普通相机要拍摄很多张照片(最后拼合成六张照片),然后再用专用的软件(如3Dvista商业版)把它们拼接起来,做成立方体展开的全景图像,最后把全景照片嵌入您的网页中.对象全景:对象全景是瞄准互联网上电子商务的.它与风景全景的主要区别是:拍摄时瞄准对象(如你要拍摄汽车,汽车就是对象),转动对象,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,并把它们嵌入你的网页中,发布到您的网站上.4基于全景图的虚拟现实技术在数字博物馆中的应用下面以花瓶为例,说明全景技术在互联网络上展示文物作品的全景信息,给出设计图示,如图1所示.具体的开发流程是4.1拍摄一组图片图1基于全景图的虚拟现实技术设计图例是图片背景,最后保存.例如花瓶展示用的就是白色背景.4.3导出Flash文件由于我们使用的是对象全景技术,所以我们要固定相机,转动花瓶,每次转动一个角度以便拍摄一张照片,顺序完成.至于转动的角度由展示物品要求的效果决定,效果越好,每次转动的角度越大.当然也可以细化到很小的角度,如5度.实验用的花瓶图片序列,如图2所示.童叠蚤叠簟簟簟图2拍摄图片序列4.2图片处理逐个把图片导入Photoshop,并且消去除花瓶之外的背景,然后把处理好的图片选择一个背景,可以是纯色背景,也可以将处理完毕的图片导人Object2VR软件,接着做进一步的处理,并且选择相应的交互界面,把导出的格式设计成Flash9格式,设置相应的参数,点击文件导出即可生成相应Flash,此时可在图片所在的目录下发现导出的文件.4.4嵌入网页把导出的Flash文件嵌入到所需网页中即可.图3嵌入网页效果图(下转第81页)第1期李兆光:电子技术课程改革与探索81通过以上设计过程可以得出:采用大规模可编程逻辑器件实现设计性实验或课程设计,是非常可取的,采用CPLD或FPGA芯片,不用更改连线,避免了用中小规模实现时存在的连线复杂,设计困难,调试困难,与实际产品设计中使用的元件不一致等问题.4结束语笔者在对2009学年的教学进行了改革实践,教学质量得到提高,学生的成绩都有了一定提高,而且在电子竞赛中也取得了不俗的成绩.这些都表明了上述三方面的课程改革与探索是可行的和有效的.通过对该课程的改革与探索,提高了学生的学习能力,更好地引导了学生掌握电子技术的基础知识和基本方法,提高了学生获取,分析和处理信息的能力;增强了课程的教学效果,将理论教学与工程应用紧密地联系起来,提高了学生学以致用的能力.参考文献1杨玉强,腾香,戴心来,等.电子技术课程的改革研究与实践J.电气电子教学学报,2006,28(2):1214.2王晓刚,王佳庆,林婷.”电力电子技术”教学改革的探345678910索J.电气电子教学学报,2007,29(2):1315.佛朗哥.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计M.第5版.西安:西安交通大学出版社,2009.宋婀娜.”电子技术”课程教学改革的探索J.电气电子教学学报,2008,20(5):78.夏路易.基于EDA的电子技术课程设计M.北京:电子工业出版社,2009.潘松,黄继业.EDA技术实用教程M.第3版.北京:科学出版社,2006.田建艳,夏路易.EDA支持下的电子技术教学实践J.教育理论与实践,2005,25(6):5455.郑洁.”数字电子技术”课程实施研究性教学的探索J.电气电子教学学报,2007,29(6):9496.将宏.”模拟电子技术”教学改革模式探索J.电气电子教学学报,2008,30(3):45.将宏.大学生创新思维培养的探索与实践J.电气电子教学学报,2007,29(3):109111.ReformandExplorationoftheElectronicTechnologyCourseLiZhaoguang(InformationandCommunicationEngineeringDept.ofNorthUniversityofChina,TaiyuanShanxi030051,China)Abstract:”ElectronicTechnology”isasigncantprofessionalfundamentalcoupeinelectricalengineeringandautomationspeciahy.Inthispaper,threereformmeasuresandinnovativepracticesareintroducedbytwospecificexamples.Thesemeasuresaretheadjustmentofteachingcontentandtime,theteachingmethodoftheorywithengineeringpracticeandthereformofpractices.Asaconsequence,threeteachingreformattemptsnotonlyinspiretheinterestofstudentsbutalsoenhancethecompositeabilityofthestudents.Keywords:electronictechnology;designedexperiment;teachingreform(上接第76页)建设中的运用FOSHANCERAMICSJ.No.12(Serial5结束语No.133).本文就基于全景图的虚拟现实技术做了比较深入的研4张男,崔恺.殷墟博物馆J.建筑学报,2007,551(1).究,并且对基于全景图的虚拟现实技术在数字博物馆中的应5隋忠祥.基于静态图像的虚拟全景制作技术及其应用用意义进行了阐述.综上所述,建设数字博物馆是信息社会EB/OL./show/tougao/2003/发展趋势,为了能够使数字博物馆的展示效果满足大众的需quanjingyingyong.htm.求,如何能够更好的展示成了一大课题,而基于全景图的虚6陈雪林,陈风良.虚拟商品三维展示的核心实现J.拟现实技术很好地解决了这一问题,使得数字博物馆的展示能商场现代化,2008(552).够更加真实地反映文物所传播出的文化底蕴以及名族色彩.7朱春华,叶建华,詹友基,等.产品三维展示网络平台参考文献的研究J.重庆科技学院学报(自然科学版),2009,1杨晓东.东莞建立数字博物馆探讨EB/OL.http:/11(6)./Ch/newsviewxsyj.asp?ID=8罗晓翔.网络虚拟商品三雏展示系统的研究与设计1785&sortid=15.200