虚拟现实技术基础（微课版）【课件】 项目5 三维全景技术

VRPANORAMICTECHNOLOGY三维全景技术构建虚拟现实的沉浸式视觉体验360°全方位视角VR虚拟现实8K超高清画质CONTENTS目录01三维全景技术概述理解核心概念、技术原理与四大类型02全景摄影设备掌握单反相机、一体机及核心配件03摄影基础知识理解曝光三要素与参数设置技巧04全景图拍摄与制作从选景到合成的完整工作流程05全景视频制作掌握360度动态视频拍摄与缝合06全景漫游制作转换为可交互的VR网页体验01三维全景技术概述理解核心概念与应用场景技术原理真实场景构建虚拟3D空间四大类型柱形、球形、立方体、对象学习目标知识、能力、素质三位一体TECHNOLOGYOVERVIEW什么是三维全景技术核心定义三维全景技术以真实自然场景为拍摄对象，搭建一个虚拟3D球体或立方盒子，由一个点向四周观看，产生身处"真实"场景中的交互浏览体验。该技术模拟人眼视觉规律，在移动过程中视角不断变化，大脑中形成立体视觉效果。技术原理利用逆投影技术将全景图像投影到几何体表面，进行视角补偿及畸变修正，展现三维空间场景。通过真实或虚拟相机捕捉目标周围三维空间，拼接转化为二维图片，再通过特定播放技术实现动态交互。技术优势相对于基于几何模型的虚拟环境构建方式，全景内容的制作只需拍摄、拼接即可，制作更容易、快捷。随着VR产业兴起，全景图等基于图像的场景构建技术获得大量应用，人们甚至发明了各种各样的全景拍摄设备。核心应用领域影视后期制作教育培训商业展示游戏娱乐虚拟旅游新闻报道赛事直播社交互动技术发展趋势三维全景技术开始被广泛应用在影视后期制作中，现在与VR、AR、MR、大数据等相配合，达到了以假乱真的地步，更广泛广泛应用在我们当今的生活、工作、学习、商务、社交、教育、娱乐等各个领域之中。CLASSIFICATION三维全景技术的四大类型根据全景图制作及表现形式进行分类01柱形全景最简单的全景形式，将周围环境想象成为一个圆柱，观察者处于圆柱中心。水平环顾一周所看到的图像就是柱形全景。水平视角360°垂直视角<180°图像采集方便，普通数码设备即可完成无法看到场景顶部和底部，垂直视角受限02球形全景将周围环境看成一个球形，观察者处于球形中心，不仅可以水平环绕一周，还可以进行上下观察。水平视角360°垂直视角180°水平和垂直视角均达到最大，观看自由需要拍摄顶部和底部，制作更复杂03立方体全景将图像投影到立方体的六个表面上，每个表面都是水平、垂直视角均为90度的正方形图像。单面视角90°×90°拍摄张数6张图像质量高，视角精准，拼接效果好图像采集难度高，需专业拍摄工具04对象全景以目标对象为中心，摄像机围绕其旋转360度拍摄细节；或摄像机不动，对象旋转360度进行拍摄。拍摄方式环绕/旋转核心设备旋转平台全方位展示对象细节，产品展示利器需专业旋转平台，灯光布置要求高LEARNINGOBJECTIVES学习目标与能力要求知识、能力、素质三位一体培养目标体系知识目标熟悉三维全景技术熟悉摄影摄像技术熟悉全景图拍摄制作熟悉全景视频拍摄制作熟悉全景漫游制作技术能力目标相机参数设置单反全景图拍摄GoPro全景视频拍摄APG图片缝合AVP视频制作Pano2vr漫游制作素质目标敬业乐业培养勤业精神吃苦精神不怕苦不怕累团队协作沟通与协作能力学习创新学习运用新技术02全景摄影设备掌握专业全景拍摄设备的性能与使用方法单反相机高画质全景图片首选一体机动态全景视频利器核心配件云台、三脚架与镜头EQUIPMENT单反数码相机:高画质首选全画幅单反相机的工作原理与核心优势单反相机类型半画幅单反拍出的画面与取景框中显示的画面不一样，需要乘系数比，影响全景拼接的精确度计算。全画幅单反(推荐)与取景框中显示的画面一样，比例为1:1。像素高，可满足全景超大高清图片对细节的要求，是专业全景摄影的首选。代表品牌Nikon尼康Canon佳能Pentax宾得Fujifilm富士工作原理1光线折射光线透过镜头到达反光镜，折射到上面的对焦屏并结成影像2观景窗观察透过接目镜和五棱镜，在观景窗中看到外面的景物3快门触发按下快门钮，反光镜往上弹起，快门幕帘打开4感光成像光线投影到感光元件(CCD/CMOS)上感光，形成影像核心优势所见即所得观景窗与拍摄结果一致可换镜头适应不同拍摄需求高像素细节表现力强EQUIPMENT多机组合与一体机:动态拍摄利器GoPro组合机与Insta360一体机的性能对比GoPro多机组合GoPro是极限运动专用相机，小巧轻便、防水防震。可固定在头部、头盔、自行车等运动物体上，广泛运用在冲浪、滑雪、极限自行车、跳伞等极限运动的拍摄。组合形式6/8/10/14机组像素1200万视频规格4K/1080p镜头F2.8体积小、重量轻，适合运动场景拍摄防水、防震、防抖，适应恶劣环境可安装在无人机上进行航拍分辨率低于全画幅相机，适合一般分辨率产品Insta360一体机Insta360X4卓越的8K全景运动相机，实现身临其境的8K30fps全方位捕捉。支持5.7K60fps高速画面或4K100fps慢动作视频。芯片5nmAI防抖FlowState功能AI控制Insta360Pro2影视级专业VR全景相机，配备6颗F2.4鱼眼镜头，8K高清画质，采用独有的光流拼接技术，配备九轴陀螺仪和FlowState超级防抖。镜头6颗鱼眼画质8K高清图传Farsight一体机优势一次成像速度快自动拼接无需后期适合动态场景拍摄操作简单易上手ACCESSORIES核心配件:云台、三脚架与镜头全景拍摄必备配件的正确选择与使用方法全景云台光学设备底部和固定支架连接的转向轴，是拍摄全景照片的关键配件。360°刻度水平转轴可安装在三脚架上，实现水平360度旋转可调节支架对数码相机进行向前移动，适应不同相机宽度节点精准定位调节相机水平移动位置，确保节点准确核心功能确保相机以节点为轴心转动，避免位移三脚架主要作用是稳定数码照相机，保证数码相机的节点不会改变，尤其在光线不足或拍夜景的情况下作用明显。1工作高度等于身高减掉30公分2三支脚管全部拉打开至最大限度3一支脚调到镜头正下方，避免碰撞4利用水平仪检查确保三脚架平稳核心功能长时间曝光时防止相机抖动，保证画面清晰镜头选择标准镜头45-55mm视角约50度，接近人眼视觉效果，画面平淡但真实优点成像质量好缺点拍摄张数多鱼眼镜头8-15mm(推荐)视角接近或等于180度，可大幅减少拍摄张数优点拍摄效率高推荐15mm最佳ACCESSORIES辅助设备与航拍解决方案快门线、遮光罩、内存卡与无人机航拍设备辅助配件快门线/遥控器控制快门，防止接触相机表面导致震动，保证画面完整性。遮光罩遮挡有害光，是最常用的摄影附件之一，保护镜头并提升画质。高速SD内存卡根据相机型号选取高速卡，速度等级标准包括Class、UHS和V三种。内存卡速度等级Class最早通用标准UHSU1/U3标识V等级视频速度等级无人机航拍设备航拍时通常会使用无人机进行拍摄，无人机通常附带由无线电操控的云台和平面相机。目前市面上最常见的VR全景航拍设备是大疆无人机。大疆Mavic3重量<900g机身小巧便携飞行时间46分钟无风环境续航视频规格5.1K/50fps4K/60fps相机哈苏4/3传感器支持一键拍摄VR全景，轻松拍摄优质VR全景图配备24毫米f/2.8-f/11可变光圈镜头，适应不同光照条件可用于商业用途和摄影爱好者的日常生活拍摄记录03摄影基础知识掌握曝光三要素与全景拍摄的参数设置光圈控制进光量与景深快门影响曝光与物体形态感光度决定画质与敏感度EXPOSURE光圈:控制进光量与景深光圈的概念、作用及在全景拍摄中的应用光圈概念光圈是位于镜头内部的小叶片相互重叠构成的光孔，调整其开闭程度可以调整图像感应器的受光量，是一个用来控制光线透过镜头进入机身内感光面的光量的装置。光圈值表示F值=f/D字母后面的数字越小表示光圈越大光圈三大作用①控制进光量直接影响图片是否能正确曝光，是拍摄成功与否的关键②控制景深光圈越小，景深越大；光圈越大，景深越小（背景虚化）③影响清晰度中等光圈时成像最好，最大和最小光圈解像度差全景拍摄光圈设置建议室内拍摄选择F8光圈，远景距离不远时可用F7、F5.6等大光圈F5.6F7F8✓室外拍摄光线充足时可用更小光圈，如F9、F11F9✓F11✓<F13✗重要提示尽量不要使用最大光圈，除非特殊情况光圈值最好不要小于F13，避免衍射影响画质F8是全景拍摄的最佳光圈值，平衡进光量与景深EXPOSURE快门与感光度:决定性参数掌握快门速度和ISO感光度的设置技巧快门速度快门是相机用来控制光线照射感光元件时间的装置，决定光线进入相机的时长。单位为秒，如1s、1/50s、1/100s等。影响曝光快门速度越慢，光线进入时间越长，光量越多，照片越亮；反之照片越暗。慢速光量多照片亮影响物体形态高速快门能将运动拍清晰(定格)；慢速快门能拍出运动轨迹(如光轨、瀑布)。高速快门凝结瞬间低速快门记录轨迹全景拍摄快门建议拍摄静止物体时，可降低快门速度保证清晰。建议配合快门线或设置为10秒定时拍摄，防止手抖导致画面模糊。感光度ISO感光度又叫ISO值，指的是数码相机感光元件对光线的敏感程度。感光度越高，敏感度越强；感光度越低，敏感度越低。ISO标准数值1002004008001600数字越小感光度越低，数字越大感光度越高影响曝光感光度越高，对光线越敏感，照片越亮；反之照片越暗。影响画质感光度越高，噪点越多，画质越差；低感光度画质细腻。低ISO画质细腻高ISO噪点较多全景拍摄ISO建议尽量使用低感光度(ISO100-400)，保证最佳画质。只有在光线不足且无法调整快门和光圈时才提高ISO。04全景图拍摄与制作从选景到合成的完整工作流程选景定点拍摄前的关键准备拍摄流程室外与室内场景图片合成AutopanoGiga缝合SHOOTING选景与定点:拍摄前的关键准备全景拍摄的选景原则和定点技巧静态全景图片选景根据目标和主题的需求进行选景，不是所有场合都适合全景拍摄。拍摄场景全景时，选择合适的地点和条件至关重要。制高点或场景中心为了能获取更多的场景信息，大部分全景照片都会选择大场景作为标准，视野开阔。空气质量与能见度选择空气质量好、能见度高的天气。避免在雾霾、阴天或光线不足时拍摄。避免眩晕感全景观看时要转动，避免旋转过程中给人带来眩晕感觉，注意场景中的动态元素。避免移动物体拍摄静态全景图时，尽量避免拍摄正在运动的物体或行人，以免影响后期拼接。静态全景图片定点静态全景图片相机定点也叫"节点"。固定好云台和三脚架，架设相机，寻找节点垂直于地面，相机转动以节点为轴心转动，出现位移不利于后期合成的精确。节点定位要点1三脚架中心点垂直于地面2确保稳固不能移动3镜头在同一点进行拍摄4这对全景制作有重要影响室外拍摄要点突出场景开阔的气势选择有多个成角透视关系的建筑物物体远离拍摄中心点，避免碰撞危险感加强常规摄影技术基础训练SHOOTING室外全景图拍摄流程活动操场全景拍摄的完整步骤与要点拍摄准备选景活动操场天气晴朗上午9-11点定点场地中心设备配置全画幅数码相机鱼眼镜头(8-15mm)或标准镜头(45-55mm)全景云台+三脚架快门线/遥控器遮光罩优缺点分析超视距分辨率，超高清晰度可放大每个细节，应用范围广速度慢，拍摄难度大需丰富摄影经验鱼眼镜头拍摄方案(28张)1水平60°环形拍摄8张2向上45°环形拍摄8张3向下45°环形拍摄8张4垂直向上补天拍摄2张5垂直向下补地拍摄（消除三脚架）2张标准镜头拍摄方案(38张)每个角度需30度角环形拍摄，各拍摄12张水平12张向上45°12张向下45°12张SHOOTING室内全景图拍摄要点室内自然光与室内灯光两种场景的拍摄技巧室内自然光拍摄室内360度全景照片的拍摄要掌握室内空间的大小、光线的明暗程度、室内物体的深浅，以及光源的种类(如白炽灯、LED、荧光灯管等)。拍摄要点从不同方向拍照，观看曝光度和清晰度确定相机白平衡数值曝光度和白平衡以室内较暗光线设置窗外曝光过度可以忽略注意相机镜头避免面对窗户8mm鱼眼镜头拍摄方案(26张)水平60°8张向上45°8张向下45°8张垂直向上2张垂直向下2张室内灯光拍摄室内灯光360度全景照片的拍摄，曝光度和白平衡要以光源的色温标准设置，可以使用数码相机中的白平衡的选项(如白炽灯、日光灯等)。白平衡设置选项白炽灯日光灯自动手动预设8mm鱼眼镜头拍摄方案(26张)与室内自然光拍摄张数相同使用8mm鱼眼镜头做水平60度角环形拍摄，共计8张向上45度角环形拍摄，共计8张向下45度角环形拍摄，共计8张垂直向上补天、向下补地各2张关键技巧根据光源类型正确设置白平衡，确保色彩还原准确。尽量使用三脚架和延时功能，不能使用闪光灯。STITCHINGAutopanoGiga:专业图片合成工具高度自动化全景缝合软件的操作流程软件介绍APG是一款高度自动化全景缝合软件，致力于创造全景、虚拟旅游和千兆像素图像。与Photoshop需要人工拼接不同，APG只要求图片拍摄清晰、角度正确，即可自动拼接出完美360度全景图片。核心功能集成9种投影模式实时和像素级精确编辑即时可视化预览5种最新贴图投影类型系统要求图片拍摄清晰，角度正确不要求艺术处理，诉求再现真实环境支持多种全景投影格式APG操作流程1打开软件启动AutopanoGiga，进入主界面2文件导入点击选择图像，按拍摄顺序导入所有图片3点击检测软件自动检测并生成球形平展图4调整色光在Edit对话框中调整图片色光，使其统一5图层调整在图层中精细调整图片色光，统一成整体6点击渲染设置输出参数，开始渲染全景图片7完成合成渲染完成后得到最终全景图片05全景视频制作掌握360度动态视频的拍摄与缝合技术GoPro拍摄极限运动全景视频AVP缝合AutopanoVideoPro完整流程从拍摄到渲染输出VIDEOSHOOTINGGoPro全景视频拍摄实战极限运动专用相机的全景视频拍摄方法GoPro核心优势GoPro是极限运动专用相机，小巧轻便、防水防震。可固定在头部、头盔、自行车等运动物体上，广泛运用在冲浪、滑雪、极限自行车、跳伞等极限运动的拍摄。防水防震防抖4K高清设备特点体积小巧、重量轻，适合运动场景拍摄可安装在无人机上进行航拍配备遥控器，可在180米距离内同时遥控50台具备直播、音频、人脸、微笑和场景检测功能拍摄要点①设计拍摄路线根据主题和目标设计3-5个不同地点连续拍摄，或3个不同面积和光线的房间为一组拍摄。标准：高度以1.75米人体身高为标准②避免移动物体尽量避免移动的人和物体，设计行动路线，每组共计三个拍摄地点，从第一个点移动到第二点、第三点。③光线与角度控制注意相机镜头朝向应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。④匀速移动与记录匀速移动GoPro组合数码相机设备，避免速度过快。携带移动储存设备，并按顺序编号储存，做好拍摄记录。VIDEOSTITCHINGAutopanoVideoPro:视频缝合全流程从素材导入到渲染输出的完整操作步骤AVP软件介绍AutopanoVideoPro(AVP)是法国Kolor公司推出的全景视频缝合制作工具。2015年GoPro收购Kolor后，两者合二为一，全景视频软硬件兼容度更高，创作效率更高。工作流程6个GoPro相机组合设备每拍摄1条产生6段素材导入AVP进行缝合编辑形成完整360度全景视频配套软件KolorEyes：全景视频播放器AutopanoGiga：细微调整工具AVP操作流程1打开软件启动AVP2整理导入导入所有GoPro视频3选择视频选择两个以上视频4同步音频或运动同步5缝合选择StitchasGoPro6细节调整在APG中校正7视频裁剪确定起止时间8渲染输出设置尺寸并渲染输出尺寸建议尺寸:4096×2048或原尺寸06全景漫游制作将全景图转换为可交互的VR体验Pano2VR专业漫游制作工具交互设计热点与多媒体嵌入HTML5输出可交互VR网页VIRTUALTOURPano2VR:漫游制作专业工具将全景图像转换为可交互的HTML5格式软件介绍Pano2VR是一个全景图像转换应用软件，支持把全景图像转换成QuickTime、Flash、Html5格式，可在PC、互联网及移动端供用户浏览。核心功能支持多种投影格式转换自动补地操作水平矫正、移除多余对象嵌入声音、视频、热点区域皮肤编辑器自定义界面技术特点基于自己内核的界面化软件不需要编程，上手快界面简单易懂浏览器播放方式Pano2VR操作流程1打开软件启动Pano2VR，进入选择界面2文件输入导入全景图片3编辑属性选择自动选项，双击画面选择全景图片4热点设计点击热点进行人机交互设计5动画设置设置漫游动画效果6文件输出点击HTML5输出格式，确定存储位置输出格式HTML5移动端VR设备TIPS知识拓展:拍摄技巧深度解析柱面、球面、对象全景的专业拍摄方法柱面全景拍摄采用普通数码照相机结合三脚架来进行拍摄，能够重现原始场景。拍摄步骤1将相机与三脚架位置固定2各项参数调整至标准状态3对准景物后按下快门拍摄4保持三脚架位置固定，旋转角度5保证新场景与前一个场景重叠15%6不改变焦点和光圈，重复拍摄拍摄张数10-15张球面全景拍摄须采用专用数码照相机配鱼眼镜头的方式来进行拍摄，必须使用三脚架辅助拍摄。设备准备将全景云台安装在三脚架上，相机和鱼眼镜头固定在一起，再将相机固定在云台上设置参数选择外接镜头，设置曝光模式设置图像尺寸和质量为最高调节白平衡、光圈与快门拍摄执行拍摄两幅或三幅鱼眼图像，注意取景构图，把重要物体放在场景中央，半按快门对焦后完全按下