360度全景技術(shù)在地質(zhì)遺跡管理保護(hù)與展示中的應(yīng)用研究

1、    360度全景技術(shù)在地質(zhì)遺跡管理保護(hù)與展示中的應(yīng)用研究    李鎖 趙吉紅 宋娜摘要：地質(zhì)遺跡的管理與保護(hù)是國土資源監(jiān)管工作的重要組成部分，其數(shù)字信息化管理，又是提升監(jiān)管水平的重要技術(shù)手段。本文就是針對天津市地質(zhì)遺跡管理與保護(hù)工作的實際需要以及滿足在薊縣地質(zhì)博物館中利用數(shù)字信息技術(shù)方式展示、宣傳地質(zhì)公園遺跡景觀的需求，成功地解決了基于360度全景技術(shù)的地質(zhì)遺跡三維可視化實現(xiàn)的技術(shù)路徑與方法，為地質(zhì)遺跡數(shù)字管理、研究與展示提供了一個現(xiàn)代信息技術(shù)手段。關(guān)鍵詞：360度全景；地質(zhì)遺跡；多媒體技術(shù)；保護(hù)與展示1.引言薊縣國家地質(zhì)公園有著世界聞名的中上元古界

2、地質(zhì)剖面等眾多地質(zhì)遺跡景觀，這些地質(zhì)遺跡不但對于研究地球演變史具有極高的科學(xué)價值，而且，大自然的鬼斧神工，使這些地質(zhì)遺跡形成了奇異的地形外貌，具有了較大的觀賞價值。因此，合理地保護(hù)、開發(fā)與利用這些獨一無二的地質(zhì)遺跡資源，是天津市地質(zhì)遺跡數(shù)字化管理與地質(zhì)遺跡宣傳展示的重要工作。本文介紹了360度全景技術(shù)及其在地質(zhì)遺跡管理保護(hù)與展示中的主要研究內(nèi)容與技術(shù)路徑，最后以“薊縣國家地質(zhì)公園360度全景虛擬漫游系統(tǒng)”為例介紹360度全景技術(shù)在地質(zhì)遺跡管理保護(hù)與展示中的應(yīng)用效果。2.全景技術(shù)簡介2.1 360度全景照片從廣義上講，全景就是視角超過人的正常視角的圖像，本課題所使用360度全景特指水平視角360

3、度，垂直視角180度的圖像。全景照片實際上是一種對周圍景象以某種幾何關(guān)系進(jìn)行映射生成的平面圖片，只有通過全景播放器的矯正處理才能成為三維全景。360度全景照片顧名思義就是給人以三維立體感覺的實景360度全方位圖像，此種圖像最大的三個特點是：全：全方位，全面的展示了360度球型范圍內(nèi)的所有景致；景：實景，真實的場景，三維實景大多是在照片基礎(chǔ)之上拼合得到的圖像，最大限度的保留了場景的真實性；360：360度環(huán)視的效果，雖然照片都是平面的，但是通過軟件處理之后得到的360實景，卻能給人以三維立體的空間感覺，使觀者猶如身在其中。2.2 360度全景虛擬漫游虛擬現(xiàn)實（virtual reality，vr

4、），就是通過技術(shù)或設(shè)備模擬出一個可交互的、虛幻的三維空間場景。全景技術(shù)是實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實的一種技術(shù)之一。360度全景虛擬漫游技術(shù)是一種基于靜態(tài)圖像在微機(jī)平臺上能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是用360全景來實現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實漫游。具體的實現(xiàn)方式就是以360全景為主體，加入圖片、 視頻、音頻、文字等多種媒體，對各種場景包括樓盤、城市、景點、地質(zhì)遺跡等進(jìn)行整體全面的展示，使觀者不僅可以獲得整體的認(rèn)識，亦可深入其中一個場景、一個細(xì)節(jié)進(jìn)行瀏覽、觀看，而且通過交互操作，可以實現(xiàn)自由瀏覽，從而體驗三維的vr視覺世界。2.3 360度全景技術(shù)在地質(zhì)遺跡保護(hù)及展示中的應(yīng)用360度全景技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)遺跡的管理和保護(hù)：360度全景

5、技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)遺跡的管理和保護(hù)，將為解決政府職能部門在地質(zhì)遺跡的保護(hù)利用工作中，尤其是在地質(zhì)遺跡三維資料的保存和快速調(diào)用上，提供了一個先進(jìn)的數(shù)字信息化技術(shù)手段。360度全景技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)遺跡景觀的宣傳和地學(xué)知識的普及：由于360度全景虛擬漫游獨特的真實感、沉浸感、交互感特性，近來在展示展覽上得到了廣泛的應(yīng)用。利用此技術(shù)，結(jié)合聲音、圖像、文字等素材，游客可以更好地漫游地質(zhì)公園，更好的瀏覽、了解各種地質(zhì)景觀及其的成因，極大增強(qiáng)展覽的娛樂性和互動性，同時達(dá)到了普及地學(xué)知識的目的。3.主要研究內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)3.1 研究內(nèi)容虛擬現(xiàn)實vr技術(shù)、gis技術(shù)、多媒體技術(shù)在地質(zhì)遺跡管理保護(hù)與宣傳展示中的應(yīng)用研究

6、，有許多課題亟待研究與解決。本課題就利用基于360度全景技術(shù)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，來實現(xiàn)地質(zhì)遺跡的三維可視化漫游以及綜合運(yùn)用gis技術(shù)的地理位置特性、多媒體技術(shù)的聲、頻、動畫優(yōu)勢，建立集沉浸感、交互感、聲頻動綜合利用的地質(zhì)遺跡漫游系統(tǒng)，從理論、方法和對關(guān)鍵技術(shù)上進(jìn)行了深入的研究與開發(fā)。研究提出了基于圖像的地質(zhì)遺跡三維可視化實現(xiàn)的實施的技術(shù)路徑和方法。在深入研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)理論和方法的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用基于360度全景圖像這一虛擬現(xiàn)實技術(shù)、gis技術(shù)和多媒體技術(shù)，以薊縣國家地質(zhì)公園中的地質(zhì)遺跡為研究對象，進(jìn)行了深入的研究、總結(jié)。提出了vr技術(shù)在地質(zhì)遺跡數(shù)字管理與展示工作的實際需要中所急需解決的三維可視化

7、虛擬交互漫游、地質(zhì)遺跡的快速查詢和調(diào)用、地質(zhì)遺跡的三維展示等技術(shù)路徑與方法。3.2 關(guān)鍵技術(shù)（1）研究應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)之一，就是研究全景攝影技術(shù)在地質(zhì)遺跡數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。在全景攝影過程中，就運(yùn)用何種全景、如何利用全視角魚眼鏡頭拍攝出高質(zhì)量、高分辨率的地質(zhì)遺跡全景圖像，更好地反映出地質(zhì)遺跡的真實面貌和環(huán)境，進(jìn)行了研究和實驗工作。通過對全景攝影技術(shù)的研究和大量的野外拍攝實驗，總結(jié)出球面全景，即360度全景最適合地質(zhì)遺跡的展示和管理。同時總結(jié)出全景攝影野外采集過程的基本原則，確保采集的圖像適用、有效。拍攝全景照片的設(shè)備主要包括以下幾種：專業(yè)單反相機(jī)、全視角魚眼鏡頭、全景云臺。在拍攝過程中，一般根據(jù)需要拍攝

8、2 至4 張照片；而柱形全景照片在拍攝時相鄰的照片之間至少要保證有10%至20%的重疊，以保證完美的合成；在拍攝各種全景照片的過程中，均需要使鏡頭保持水平，并且盡量避免近景以及活動景物，避免在光照條件劇烈變化的時候（行云遮日時）拍攝，以免各副畫面之間曝光相差太大。中上元古界界碑魚眼鏡頭（四張）（2）研究應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)之二，就是如何采用三維圖像處理軟件進(jìn)行地質(zhì)遺跡點的全景圖像的拼接、地質(zhì)遺跡場景三維信息恢復(fù)，交互控制環(huán)視方向操作等問題進(jìn)行了研究。提出了采用ptgui、pano2vr 等軟件對地質(zhì)公園全景數(shù)據(jù)庫建設(shè)的技術(shù)方法。當(dāng)用全景攝影設(shè)備取得了相應(yīng)的照片后，就可以進(jìn)行全景圖像的合成了。目前有很多

9、全景圖像合成的軟件，本課題采用全景照片拼接軟件ptgui將用魚眼鏡頭拍攝的地質(zhì)遺跡景觀的照片拼合成地地質(zhì)遺跡景觀全景圖像。全景圖像的拼接使用球面全景制作軟件pano2qtvr將拼接的全景圖像轉(zhuǎn)換成六面體圖像，還利用該軟件將最終的全景圖像轉(zhuǎn)換成flash格式的全景展示文件。導(dǎo)出成flash格式文件的三維全景視頻（3）研究應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)之三，就是綜合運(yùn)用flash技術(shù)、gis技術(shù)、多媒體技術(shù)，較好地解決了地質(zhì)遺跡的三維可視化瀏覽、地質(zhì)遺跡的二維空間位置表現(xiàn)、地質(zhì)遺跡說明文字的顯示、地質(zhì)遺跡解說的配音等多媒體信息的集成，以及聲音與文字、動畫同步、各地質(zhì)遺跡、各景區(qū)場景轉(zhuǎn)換等關(guān)鍵技術(shù)。使用photosh

10、op軟件制作各功能模塊圖形界面，制作各種按鈕、各景點分布圖等。利用adobe audition音頻處理軟件對所有聲音文件進(jìn)行分割、編輯等處理，生成滿足各種需求的聲音文件。采用flash軟件將聲音、圖片、地質(zhì)遺跡全景集成在一起制作各模塊動畫效果，同時通過as代碼對各景區(qū)全景文件進(jìn)行開發(fā)及集成，實現(xiàn)各模塊所需功能，最終生成地質(zhì)遺跡漫游系統(tǒng)。4.應(yīng)用實例應(yīng)用研究成果以薊縣國家地質(zhì)公園為例，運(yùn)用360全景攝影設(shè)備，按照采集原則，對薊縣國家地質(zhì)公園八大景區(qū)的地質(zhì)遺跡景觀進(jìn)行全景攝影拍照，最終形成薊縣國家地質(zhì)公園魚眼照片庫。共拍攝獲取了薊縣國家地質(zhì)公園八大景區(qū)、103個景點、203個場景、812個地質(zhì)遺跡

11、點高分辨率球面魚眼照片。并采用ptgui、pano2vr 等軟件建立了薊縣國家地質(zhì)公園地質(zhì)遺跡點三維全景數(shù)據(jù)庫。綜合運(yùn)用flash技術(shù)、gis技術(shù)、多媒體技術(shù)，通過as語言進(jìn)行系統(tǒng)代碼編程，最終形成“薊縣國家地質(zhì)公園360度全景虛擬漫游系統(tǒng)”。系統(tǒng)在ui設(shè)計、功能模塊設(shè)計以及操作簡單易用方面，達(dá)到了較高的水平。下圖為全景漫游系統(tǒng)中地質(zhì)遺跡全景漫游主界面，其中：全景漫游界面截圖為地質(zhì)遺跡全景顯示區(qū)域，可以720度空間瀏覽地質(zhì)遺跡所在三維地理環(huán)境?？赏ㄟ^鼠標(biāo)進(jìn)行為全景操作區(qū)域，可通過點擊各功能按鈕進(jìn)行放大、縮小、近看、遠(yuǎn)看、左視、右視等三維虛擬交互漫游。為全景介紹區(qū)域，地質(zhì)遺跡點介紹文字結(jié)合背景音樂、解說配音動態(tài)顯示，發(fā)揮多媒體技術(shù)的聲、頻、動畫優(yōu)勢，介紹地質(zhì)知識、地質(zhì)遺跡成因等相關(guān)地學(xué)科普知識。為地質(zhì)遺跡分布圖，利用gis技術(shù)、計算機(jī)制圖技術(shù)將地質(zhì)公園各景區(qū)dem、地形圖等制作成各景區(qū)分布圖，點擊相應(yīng)地質(zhì)遺跡景點將進(jìn)入該景點進(jìn)行瀏覽。為地質(zhì)遺跡動態(tài)標(biāo)注，通過該標(biāo)注瀏覽者可更加直觀、清晰得分辨出地質(zhì)遺跡所處位置。5結(jié)論本課題首次嘗試將360度虛擬全景技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模、大范圍的地質(zhì)遺跡的保護(hù)與展示之中。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)所特有的交互感、沉浸感等特征，為游客更好地了解地質(zhì)遺跡的成因，進(jìn)行地質(zhì)科普教育，提供一個