项目5 三维全景技术

三维全景技术项目5大连理工大学出版社目录我教你学项目描述你做我评你教我导知识拓展项目小结01项目描述

三维全景技术主要以真实自然场景为拍摄对象，搭建一个虚拟3D球体或立方体盒子从一个点向四周观看，产生身处一个“真实”场景的直观体验，进行交互式浏览。三维全景技术包括两大部分，一是360°全景摄影摄像技术，二是后期合成技术，创建一个三维图像虚拟现实场景。我们都知道，摄影摄像技术是二维的，与人的视觉观察规律相同，通过在移动过程中视角不断产生变化,眼前的景物(画面)也随之有规律地变化，从而在大脑中产生立体视觉效果。三维全景技术就是根据这个规律模拟创建计算机桌面图像虚拟现实和沉浸式虚拟现实。其所呈现的视觉三维立体效果，使人沉浸在虚拟的“真实”环境里，模拟交互是事先设计好的，只能按照其既定规律进行移动浏览,并借助大数据产生更多的内容展示。项目描述1.熟悉三维全景技术；2.熟悉摄影摄像技术；3.熟悉三维全景图的拍摄和制作技术；知识目标4.熟悉三维全景视频的拍摄和制作技术；5.熟悉三维全景漫游制作技术；1.会搭配常见相机和镜头及进行相关参数设置2.会使用单反相机等工具进行全景图拍摄3.会使用GoPro等工具进行全景视频拍摄4.会使用AutopanoGiga等工具进行全景图像缝合制作能力目标5.会使用AutopanoVideoPro等工具进行全景视频制作6.会使用Pano2VR软件实现全景漫游制作02我教你学与传统摄影和绘画等领域的全景不同，本项目介绍的全景，即三维全景技术，是在全景图像基础上来表达虚拟环境的虚拟现实技术。三维全景技术是虚拟现实技术的一个重要分支，该技术主要利用逆投影技术将全景图像投影到几何体表面，进行一定的视角补偿及畸变修正，进而展现出三维空间场景。全景图制作及其表现形式，可以将全景图分为柱形全景、球形全景、立方体全景和对象全景等。5.2.1三维全景技术概述球形全景将周围的环境看成一个球体，人们处于球体中心，此时，不仅可以水平环绕一周看到场景，而且可以进行上下观察，所看到的图像，展开来就是全景图。其拍摄过程与柱形全景图类似，不同的是，需要对场景的顶部和底部进行拍摄，最后拼接成球形全景图。2.球形全景柱形全景的图像采集非常方便，普通用户通过普通的数码摄像设备甚至是手机摄像头即可完成。柱形全景拍摄时需将摄像机固定在场景中心，进入拍摄环节时，摄像设备以自身为中心环绕一圈并在此过程中不断拍摄，最后拼接起来的图像就是柱形全景图。1.柱形全景5.2.1三维全景技术概述对象全景是指以目标对象为中心，摄像机围绕其旋转360°拍摄其细节部分，得到最终图像，生成相应图像;或者摄像机不动，将目标对象旋转360°，摄像机均匀且持续地拍下多张图像，最终生成相应图像。4.对象全景立方体全景是指将图像投影到立方体的6个表面上，其每个表面都是水平视角、垂直视角均为90°的正方体图像。当人们处于立方体的中心观察周围环境时，若每个视角得到一定的补偿，将看到与柱形全景或球形全景类似的环视效果3.立方体全景5.2.1三维全景技术概述1.单体机——单镜头反光数码相机全画幅单反数码相机则与取景框中显示的画面一样，比例为1∶1。它的特点是像素高，可满足全景超大高清图像对细节的要求。市场中全画幅单反数码相机的代表品牌有尼康、佳能、宾得、富士等。2.标准镜头标准镜头通常是指焦距在40~55mm的摄影镜头，标准镜头所表现的景物的透视与目视比较接近。它是所有镜头中最基本的一种摄影镜头。标准镜头给人以纪实性的视觉效果画面，所以在实际的拍摄中，它的使用频率是较高3.鱼眼镜头鱼眼镜头是一种焦距为16mm或更短的并且视角接近或等于180°的镜头。它是一种极端的广角镜头，“鱼眼镜头”是它的俗称。鱼眼镜头最大的特点是视角范围大，视角一般可达到220°或230°，这为近距离拍摄大范围景物创造了条件。5.2.2摄影基础单体机1.全景云台云台是指光学设备底部和固定支架连接的转向轴。许多数码相机使用的三脚架并不提供配套的云台，用户需自行配备，如需拍摄全景照片，则需要使用全景云台。2.三脚架三脚架的主要作用是固定数码相机，保证数码相机的节点不会改变,在光线不足或拍夜景的情况下，三脚架的作用更加明显。用户如果要拍摄夜景或者带涌动轨迹的图像，曝光时间需要加长，这个时候，数码相机不能抖动，此时就需要三脚架的帮助。单体机拍摄配件3.快门线快门线是指控制快门的遥控线，常用于远距离控制相机拍照、曝光、连拍，防止接触相机表面而导致震动，保证画面的完整性。5.2.2摄影基础①取出三脚架展开后，利用三脚架的升降功能，旋转摇杆，将三脚架调至工作高度(工作高度等于身高减去30cm)，取下云台的快装板安上。用三脚架定位注意要点②相机与快装板上的螺丝连接好后，扳动云台卡扣，将快装板上的卡扣插入云台卡扣，云台卡扣自动锁死，相机与三脚架成为一体。③在展开每根脚管时，务必把每一根脚管全部拉开至最大限度。在操作相机时，如果脚管没有拉到最大限度，将存在将板。④脚管连接部位会很容易出现松动的情况，因此应将脚管的卡扣固定好。5.2.2摄影基础⑤将三脚架的其中一根脚管调到镜头的正下方，另外两根脚管面向拍摄者的方向，这样在拍照的时候拍摄者才不会碰撞到三脚架。用三脚架定位注意要点⑥检查固定座是否固定完好，若没有固定好，则必须再次固定。⑦找出水平线，找出水平线的目的在于，在使用三脚架时方便核对是否平稳，以保证使用的效果。5.2.2摄影基础3.多机组合机（一体机）多机组合机是指多台数码相机按照不同的角度组合成一个整体，一次性拍摄完成，如左图为GoPro摄像相机组合在一个机架上。还有一种是多个摄像头组合成一体机，如如右图为Insta360Pro2一体机。多机组合机（一体机）5.2.2摄影基础03你做我导任务1

室外360°全景图像拍摄0102031.掌握摄影技术基础技能2.360°全景图像拍摄定点3.360°全景图像拍摄选景任务导入：5.3.1室外360°全景图像拍摄拍摄设备:全画幅单反数码相机，带有刻度、水平仪、能拍摄360°的云台或全景云台，三脚架，标准镜头(45~55mm)和鱼眼镜头(8~15mm),快门线或遥控器,遮光罩。拍摄天气与时间:晴朗天气,光照充足,时间为上午9:00—11:00。拍摄位置:活动广场，人员少，场地宽阔，障碍物少。5.3.1室外360°全景图像拍摄室外360°全景图像最大的魅力就是突出场景开阔的气势，选择拍摄的景物(建筑物)要有多个成角透视关系，有很强的立体感，选择的物体应远离拍摄中心点，避免产生碰撞危险的感觉。拍摄静态的全景图像时，尽量避免拍摄正在运动的物体或行人。任务分析：步骤1选择开阔场景步骤2三角架、全景云台、固定相机步骤3全画幅单反数码相机与鱼眼镜头步骤4使用鱼眼镜头水平拍摄，从左向右做60°环形拍摄，共计6张步骤6使用鱼眼镜头向下45°拍摄，从左向右做60°环形拍摄，共计6张任务实施步骤5使用鱼眼镜头向上45°拍摄,从左向右做60°环形拍摄，共计6张。5.3.1室外360°全景图像拍摄步骤7使用鱼眼镜头向上(顶)90°补天拍摄,共计2张，目的是补全天空步骤8使用鱼眼镜头向下(底)90°补地拍摄,共计2张，目的是消除三脚架步骤9图像文件按照顺序记录,文件使用字母和数字命名。优点:360°全景图像具有超视距的分辨率、超高清晰度，可以放大每个细节，应用范围广。缺点:速度慢，拍摄难度大，需要有丰富的摄影经验。任务实施5.3.1室外360°全景图像拍摄任务2

室内360°全景图像拍摄任务导入：拍摄室内360°全景图像与室外操作数码相机的方法类似，区别是空间缩小了，遮挡物增多了，光源发生了变化。与室外的自然光不同，室内360°全景图像拍摄的光源是人造光，光源比较复杂，全画幅单反数码相机有自动选项功能，可以弥补曝光不足。观察室内灯光对相机镜头曝光的影响，在不影响的情况下尽量打开自动选项，以提高加光亮度。室内空间约150㎡，尽量使用室内灯光光源,室外的光源可以忽略，寻找室内空旷地方，保证相机周围没有物品，避免增加后期合成的难度。拍摄时人员要撤出现场，避免人员进入画面。5.3.1室外360°全景图像拍摄任务分析室内360°全景图像的拍摄要掌握室内空间的大小，光线的明暗程度，室内物体颜色的深浅，以及光源的种类，如白炽灯、LED灯、荧光灯管等，可以从不同的方向拍照，观看曝光度和清晰度是否良好，来确定相机的白平衡数值。5.3.1室外360°全景图像拍摄步骤1全画幅单反数码相机，标准镜头(45~55mm)、三脚架、全景云台。拍摄室内360°全景图像时尽量使用标准镜头，可以确保图像缝合时不变形。步骤2在室内选择全画幅单反数码相机的定点，相机三脚架完全打开，相机云台上水平尺的平衡正确，调整好相机曝光度和白平衡、焦距等。尽量使用相机的延时功能，不能使用相机闪光灯，每拍摄一次做好记录。5.3.2室外360°全景图像拍摄任务实施步骤3使用标准镜头水平拍摄，从左向右做30°环形拍摄，共计12张。任务实施步骤4使用标准镜头向上45°拍摄，从左向右做30°环形拍摄，共计12张。步骤5使用标准镜头向下45°拍摄，从左向右做30°环形拍摄，共计12张。步骤6使用标准镜头向上(顶)90°补天拍摄，共计2张，目的是补全屋顶空间。步骤7使用标准镜头向下(底)90°补地拍摄，共计2张，目的是消除三脚架。步骤8图像文件按照顺序记录，文件使用字母和数字命名。5.3.2室外360°全景图像拍摄任务3

360°全景摄影图像合成5.3.3360°全景摄影图像合成任务导入：AutopanoGiga软件是一款高度自动化全景缝合软件，不像Photoshop软件需要人工拼接,容易产生误差，其只要求图像拍摄的清晰，角度正确就可以自动拼接出完美的360°全景图像。全景摄影图像只是一个产品，因为它不需要艺术处理和艺术的创意，只求再现真实环境而已。任务分析AutopanoGiga是一款功能强大的全景图缝合制作工具。它致力于创造大场景空间，虚拟旅行导游和布景千兆像素级别的图像,，主要用途是帮助用户在短时间内将多张图像缝合成为一张360°视角的全景图像。5.3.3360°全景摄影图像合成1.安装AutopanoGiga软件。选择软件版本时要注意操作系统是32位，还是64位，是Windows还是Mac，下载时注意运行环境的选择，否则无法安装,或是兼容性差。任务实施5.3.3360°全景摄影图像合成2.在保存图像时，必须按照拍摄的顺序保存，水平、上45°、下45°、上(顶)、下(底)，文件名必须使用字母和数字。3.AutopanoGiga软件操作:AutopanoGiga软件操作：步骤1打开AutopanoGiga软件步骤2导入文件，单击“文件”→“选取图像”，弹出“选取照片”对话框,全选图像，单击“打开”按钮，在界面“文件显示区”显示所有图像。步骤3单击“检测”按钮，工作区即开始检测生成，生成过程在“合成文件显示区”内显示出来。任务实施5.3.3360°全景摄影图像合成AutopanoGiga软件操作：步骤4自动缝合生成球形平展图步骤5

调整图像的色光，单击“编辑”按钮,弹出窗口。如果在拍摄的过程中，使用的光圈、白平衡不一致，就会显示出色光不一样，需要进行调整，使其完整统一。步骤6在图层中调整图像色光，使其成为一个整体。任务实施5.3.3360°全景摄影图像合成AutopanoGiga软件操作：步骤7单击“渲染”按钮，打开渲染对话框，根据图中参数调整。步骤8

完成全景图像渲染。步骤9合成后产生的全景图。任务实施5.3.3360°全景摄影图像合成任务4

360°全景视频拍摄技术5.3.4360°全景视频拍摄技术任务导入：GoPro摄像相机组合机，也称运动相机，称得上是极限运动专用相机，因为它不仅是一款小型相机，携带方便，而且性能卓越,集固定、防水、防震、防抖功能于一体。这种组合机可以固定在人的头部以及头盔、山地自行车、机动车等运动物体上，广泛运用在冲浪、滑雪、极限自行车、跳伞、蹦极、游乐场等极限运动的拍摄，与VR配合，运用到各种游戏和运动体验项目的制作之中。GoPro运动相机体积小，质量轻,且成像质量高，清晰度可达到12K，非常适合360°全景动态影像的拍摄。任务分析GoPro运动相机以遵循360°全景图像拍摄角度为标准进行组合，按照事先设计好的运动路线一次性拍摄完成。GoPro运动相机有4机、6机、10机、14机等多机组合形式。虽然GoPro运动相机操作起来比较简单，但是也需要具备一定的摄像知识和操作经验基础，更重要的是拍摄的主题要与目标一致，提前设计好拍摄路线。5.3.4360°全景视频拍摄技术1.室外拍摄任务实施步骤1室外拍摄训练要注意天气和景物的影响，如天气包括晴天、多云、阴天等因素,景物包括树木、建筑、山水、花卉等因素步骤2按照天气变化进行拍摄训练，设备选用一台GoPro运动相机，每台相机编号，按照主题和目标设计选择3~5个地方连续拍摄，尽量避免拍摄到移动的人和物体，调整相机的角度，注意避免光直射相机镜头，在移动时也应尽量避免光直射，曝光度和白平衡要以景物的深浅为标准，否则景物黑暗，结构不清晰步骤3

命名并保存视频5.3.4360°全景视频拍摄技术2.室内拍摄步骤1室内拍摄训练要注意灯光光源的变化，设备选用GoPro运动相机，每台相机进行编号，按照主题和目标设计选择3个不同面积、不同光线的房间进行拍摄，高度以1.75m为标准。相机操作、移动、曝光参照摄影规律标准。制作拍摄记录表，拍摄时做好记录，积累实际操作经验和处理问题的能力。步骤2使用GoPro运动相机拍摄，按照每台相机编号保存视频文件，不同地方拍摄的视频文件要归类保存在一起，文件管理也是非常重要的工作。步骤3命名并保存视频。任务实施5.3.4360°全景视频拍摄技术任务5360°全景视频后期制作5.3.5360°全景视频后期制作任务导入：目前有多种视频合成软件，本任务使用全景视频合成软件AutopanoVideoPro（AVP，全景视频制作）AVP是Kolor公司推出的全景视频缝合制作工具，旗下还有KolorEyes以及KolorAutopanoGiga两款工具，分别用于全景视频的播放和细微调整。2015年4月底，美国运动相机制造商GoPro宣布成功收购这家VR软件公司，两者合并后，全景视频软、硬件的兼容度更高，创作者的创作效率更高。任务分析选择GoPro运动相机，每拍摄1条全景视频就会产生多段素材，将这些素材按顺序导入AVP进行缝合编辑，从而形成一个完整的360°全景视频，其过程与AutopanoGiga缝合编辑相似。安装AutopanoVideoPro全景视频制作软件，选择软件时要注意操作系统是32位，还是64位，是Windows还是Mac，下载时注意运行环境的选择，否则无法安装，或是兼容性差。5.3.5360°全景视频后期制作1.打开AutopanoVideoPro软件，进入软件界面任务实施2.单击“文件”菜单,选择“导入所有GoPro”；如果不是GoPro运动相机拍摄的视频，则选择“导入视频”；若文件是软件编辑和渲染的，则选择“导入全景”3.选择导入整理好顺序的文件4.在AVP软件中，视频按照顺序快速导入预览窗中5.3.5360°全景视频后期制作5.为确保缝合视频时声音、动作同步,在拍摄视频时主要有两种解决方法:一种是全部开机后对着摄像机不同的方向响亮地击掌，最大化音频特征有助于AVP识别同步；另一种就是快速旋转摄像机，通过画面进行同步。也可以借助第三方剪辑软件(例如Premiere、Vegas、FinalCut)进行同步后再缝合。单击工具栏中的“同步”按钮，弹出“同步”对话框任务实施6.在“同步”对话框中，上面是需要校准的时间段，软件默认为30秒，下方分别是“利用声音来同步”和“利用动作来同步”两个按钮,代表两种同步方式。选择其一后，可以看到视频当前帧所处的时间点发生改变，这便是自动同步后的结果。单击“应用”按钮确认完成同步，这个过程需要耐心等待。7.单击“缝合”按钮，弹出“缝合”对话框。在“GoProHero3+/4”选项中，包括多个选项。软件对GoPro运动相机有很强的兼容性。8.还有很多其他缝合选项。例如选择“全景模板”选项5.3.5360°全景视频后期制作9.如果选择其他设备拍摄的视频,则单击“镜头型号”选项,再单击“缝合”按钮,则会弹出“镜头参数”对话框,选择使用的镜头焦距等数据,单击“确定”按钮,这一过程需要耐心等待任务实施10.缝合完毕后,在实时预览窗可以看到几段视频被整合到一起的形状。使用鼠标光标调整缝合结果。11.视频裁剪,确定输出视频的起始时间和结束时间,分别将帧拖动到指定位置,单击“起始帧按钮”(小旗子标识)和“结束帧按钮”(小旗子标识)即可12.步骤12渲染输出,单击“批量渲染”按钮,批量渲染器中显示渲染视频列表。可以看出“渲染”对话框分为三部分:大小、输出、真实输出。将大小设置为相机拍摄的原尺寸或“4096*2048”,选择输出视频文件的位置。最后单击“渲染”按钮开始渲染,这是一个漫长的过程,请耐心等待。全景视频缝合好后,用全景播放器KolorEyes观看。5.3.5360°全景视频后期制作任务6360°全景漫游制作5.3.6360°全景漫游制作任务导入：目前有多种360°全景漫游软件，我们推荐使用Pano2VR全景漫游制作软件，这是一款专业软件，不需要编程，界面简单易懂，上手快，播放方式为浏览器。任务分析Pano2VR是一个360°全景图像转换应用软件，支持把360°全景图像转换成的QuickTime或者Flash、HTML5播放器格式，可在PC、互联网及移动端，供用户浏览。它还支持多种投影格式的转换，允许输入一张图像完成自动补地操作。其入门非常简单，若无特殊要求，用户只需很少的操作，即可在短时间完成一幅可供互动浏览的360°全景图。5.3.6360°全景漫游制作任务实施步骤1单击“输入”按钮，选择要编辑的全景图像步骤2在全景图像属性窗口中，选择“自动”类型。单击全景图标，选择图像，左上角出现照相机图标，在画面上双击，弹出对话框，选择全景图像步骤3单击“热点”按钮进行人机交互设计。如何交互就需要根据主题和目的进行设计，设置热点后，按Ctrl+Z快捷键，角度会产生变化，是以热点为起点进行镜像展示步骤4动画设置5.3.6360°全景漫游制作5.3.6360°全景漫游制作步骤5

动画全景图像和360°全景视频文件输出。单击工具栏的“输出”图标，在软件右侧展示输出属性窗，单击“+”号选择输出的格式步骤6

在输出格式中单击“HTML5”，输出H5全景图像和MP4全景视频。再单击“动画”输出格式，输出jpg全景图像和Flash全景视频动画(调整输出视频大小为1920×1080像素)。单击齿轮图标(输出)，确定文件存储的位置，进行渲染任务实施04知识拓展5.4知识拓展在全景图的制作过程中，拍摄全景图像是第一个也是较为重要的环节。前期拍摄的图像质量直接影响全景图的效果，如果前期图像拍摄的效果好，则后期的制作处理就很方便，反之后期处理将变得非常麻烦，所以图像的拍摄过程和技巧必须得到重视。知识拓展：5.3.4知识拓展(1)将数码相机与三脚架位置固定，并拧紧螺栓。(2)将数码相机的各项参数调整至标准状态(不变焦)，对准景物后，按下快门进行拍摄。(3)拍摄完第一张图像后，保持三脚架位置固定，将数码相机旋转一个合适的角度，并保证新场景与前一个场景要重叠15%左右，且不能改变焦点和光圈，按下快门，完成第二张图像的拍摄。(4)以此类推，不断拍摄，直至旋转一周后，得到这个位置点上的所有图像。1.柱面全景图像的拍摄柱面全景图像可采用普通数码相机结合三脚架来进行拍摄，这样拍摄的图像能够重现原始场景。一般需要拍摄10~15张图像，拍摄步骤如下:5.3.4知识拓展(1)首先将全景云台安装在三脚架上，然后将照相机和鱼眼镜头固定在一起，最后将数码相机固定在云台上。(2)选择外接镜头。单反数码相机一般不需要调节，对于没有鱼眼模式的数码相机则需要在拍摄之前进行手动设置。(3)设置曝光模式。拍摄鱼眼图像不能使用自动模式，可以使用程序自动、光圈优先自动、快门优先自动和手动模式四种模式。(4)设置图像尺寸和图像质量。建议选择能达到的最高级别的图像尺寸，选择Fine按钮所代表的图像质量即可。2.球面全景图像的拍摄球面全景图像的拍摄需采用专用数码相机配鱼眼镜头的方式，一般需要拍摄2~6张图像，且必须使用三脚架辅助拍摄。拍摄步骤如下:5.3.4知识拓展(5)白平衡调节。普通用户可以选择自动白平衡，高级用户根据需要对白平衡进行详细设置。(6)光圈与快门调节。一般要把光圈调小，快门时间不能太长，要小于1/4s。(7)拍摄一个场景的两幅或者三幅鱼眼图像。先拍摄第一张图像，注意取景构图，通常把最感兴趣或最重要的物体放在场景中央，半按快门进行对焦，再完全按下快门,完成拍摄。然后转到云台，拍摄第二幅或第三幅图像。2.球面全景图像的拍摄球面全景图像的拍摄需采用专用数码相机配鱼眼镜头的方式，一般需要拍摄2~6张图像，且必须使用三脚架辅助拍摄。拍摄步骤如下:5.3.4知识拓展(1)将被拍摄对象置于旋转平台上，并确保旋转平台水平且被拍摄对象的中心与旋转平台的中心重合。(2)将数码照相机固定在三脚架上，使数码照相机中心的高度被拍摄对象中心点位置高度保持一致。(3)在被拍摄对象后面设置背景幕布，一般使被拍摄对象与背景幕布具有明显的颜色反差。(4)设置灯光。保证灯光有足够的亮度和合适的角度，且不能干扰被拍摄对象本身的色彩，一般设置一个主光源并配备两个辅助光源。(5)拍摄时，每拍摄一张,将选择平台旋转一个正确的角度(360°/照片数量)，以此类推，重复多次即可完成全部拍摄。也可以提前设置好旋转平台的旋转速度，自动完成全部图像的拍摄。3.对象全景图像的拍摄对象全景图像的拍摄通常使用数码相机结合旋转平台来辅助拍摄，拍摄步骤如下:05你做我评5.5你做我评在室内选择好相机拍摄点位，相机三脚架完全打开，观察相机云台上水平尺的平衡正确。拍摄室内360°全景图像与室外操作数码相机的方法类似