李 涵

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是一種利用信息化手段創(chuàng)建并體驗(yàn)虛擬世界的仿真技術(shù)，它主要的優(yōu)勢(shì)是使人產(chǎn)生沉浸感并且具有交互性，而沉浸感和交互性也正是博物館用其它影像介紹和視頻展示手段難以達(dá)到的。而且虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的在展覽陳列中的應(yīng)用，也打破了時(shí)間和空間兩個(gè)個(gè)維度的界限，對(duì)歷史文物可以有針對(duì)性的進(jìn)行詳細(xì)的介紹。這種嶄新的視角無(wú)形中拉近了觀眾和博物館的距離，使得觀眾通過(guò)展覽陳列進(jìn)一步親近了歷史和文化。

1 博物館虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目的方案步驟

現(xiàn)階段虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)手段大體上有兩種，一種是基于3D幾何模型進(jìn)行建模的技術(shù)（Modeling and Rendering from Geometry-Based，GBMR）另一種是基于圖像的建模技術(shù)（Modeling and Rendering from Photographs，IBMR）。 第 一種是使用3D建模軟件進(jìn)行場(chǎng)景制作，第二種是利用實(shí)景拍攝進(jìn)行場(chǎng)景制作。利用實(shí)景拍攝實(shí)施相對(duì)簡(jiǎn)單，技術(shù)難度較小，在博物館場(chǎng)景較為復(fù)雜的展覽陳列建模中較為常用。其開(kāi)發(fā)過(guò)程大致可以分為以下幾個(gè)步驟：

1）進(jìn)行相關(guān)展覽陳列的虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目場(chǎng)景規(guī)劃設(shè)計(jì)，主要包括對(duì)展覽陳列內(nèi)容分析、觀眾切換路徑設(shè)計(jì)、界面中的人機(jī)互動(dòng)邏輯設(shè)計(jì)。

2）根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目場(chǎng)景規(guī)劃設(shè)計(jì)的取景點(diǎn)路徑規(guī)劃，到實(shí)地進(jìn)行全景拍攝。

3）在展覽陳列現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全景拍攝的基礎(chǔ)上進(jìn)行全景圖的拼接及后期處理，制作出符合使用標(biāo)準(zhǔn)的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景。

4）使用專(zhuān)業(yè)軟件生成虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目的文件并部署到Web服務(wù)器。

5）根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)的界面元素進(jìn)行人機(jī)互動(dòng)邏輯設(shè)計(jì)的交互動(dòng)畫(huà)制作，并編寫(xiě)代碼實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)。

6）進(jìn)行該虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目的測(cè)試和內(nèi)容完善。

7）配合相關(guān)的展覽陳列正式進(jìn)行此虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目的發(fā)布。

圖1 虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目的實(shí)施流程圖

2 博物館虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)

2.1 對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)展覽陳列進(jìn)行場(chǎng)景規(guī)劃

在博物館的虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目中，首先要對(duì)需要進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的展覽陳列進(jìn)行場(chǎng)景規(guī)劃，主要是對(duì)該展覽陳列的參觀路線(xiàn)的規(guī)劃以及對(duì)場(chǎng)景取景位置的規(guī)劃，參觀路線(xiàn)的規(guī)劃主要是根據(jù)該展覽陳列的內(nèi)容大綱來(lái)決定的，一般需要將展覽陳列分為幾個(gè)邏輯主題，每個(gè)邏輯主題不能發(fā)生顛倒跳躍遺漏錯(cuò)位，之后根據(jù)展覽陳列的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件選取對(duì)應(yīng)取景點(diǎn)進(jìn)行全景拍攝。同時(shí)需要在每個(gè)場(chǎng)景間和場(chǎng)景內(nèi)設(shè)計(jì)人機(jī)互動(dòng)邏輯設(shè)計(jì)的交互動(dòng)畫(huà)。

2.2 對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)展覽陳列進(jìn)行全景拍攝

全景拍攝的目的是為了制作全景圖（Panorama）的需要，是通過(guò)攝影設(shè)備以均勻角度旋轉(zhuǎn)360°來(lái)拍攝并合成一張360°視角的完整場(chǎng)景范圍的照片。全景圖的寬高比為2:1，包含了寬度360°視角，高度180°視角空間的圖片。

在進(jìn)行全景拍攝時(shí)需要用到的設(shè)備：

1）可換鏡頭數(shù)碼單反相機(jī)，推薦使用盡量高像素的全畫(huà)幅數(shù)碼相機(jī)，因?yàn)槠渑臄z出的照片在清晰度上具有更高的清晰度。

2）魚(yú)眼鏡頭，魚(yú)眼鏡頭的焦距非常短而且視角接近于180°，是廣角鏡的極致。一般選用8mm的鏡頭這樣能夠使鏡頭達(dá)到最極致的攝影視角。

3）全景云臺(tái)與三角架，全景云臺(tái)與三角架作為數(shù)碼相機(jī)的承載設(shè)備為全景圖的拍攝提供了支撐，并且通過(guò)調(diào)節(jié)可以使數(shù)碼相機(jī)在一個(gè)相同的旋轉(zhuǎn)軸上對(duì)三維空間進(jìn)行拍照，保證了數(shù)碼相機(jī)拍出的圖像可以被全景圖拼接軟件完美的拼接。

4）快門(mén)線(xiàn)或WiFi快門(mén)控制器，為避免在拍攝過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)和位移，造成全景圖無(wú)法拼接。一般需要使用快門(mén)線(xiàn)或者WiFi快門(mén)控制器來(lái)完成拍攝。

另外在全景拍攝的過(guò)程中可將數(shù)碼相機(jī)向上傾斜一些形成仰角，這樣在全景拍攝中可以將垂直上方同時(shí)拍入畫(huà)面中，然后在完成一組全景拍攝后，移除全景云臺(tái)與三角架設(shè)備后，用數(shù)碼相機(jī)在同一拍攝地點(diǎn)拍攝一張地面的照片，用來(lái)在制作虛擬場(chǎng)景時(shí)補(bǔ)足垂直上方和垂直下方的露白。

2.3 對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)展覽陳列進(jìn)行全景圖拼接與生成

虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的全景拼接需要專(zhuān)用軟件PTGui來(lái)進(jìn)行，PTGui提供了可視化界面來(lái)拼接前期用魚(yú)眼鏡頭攝制的照片，從而生成出全景圖像。

在軟件中的操作比較簡(jiǎn)單，在“方案助手”中點(diǎn)擊“1、加載圖像”，把拍攝的同一場(chǎng)景的照片加載到軟件中后，點(diǎn)擊“2、對(duì)準(zhǔn)圖像”，由軟件自動(dòng)識(shí)別照片并應(yīng)用算法將多張照片根據(jù)照片中自動(dòng)生成的特征點(diǎn)進(jìn)行拼接，并顯示拼接結(jié)果。如果拼接的結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)位扭曲可以手動(dòng)進(jìn)入給相鄰的兩張圖片進(jìn)行增加或更正特征點(diǎn)操作，之后再次點(diǎn)擊進(jìn)行“2、對(duì)準(zhǔn)圖像”進(jìn)行拼接，在拼接結(jié)果滿(mǎn)意后點(diǎn)擊“創(chuàng)建全景圖”，并選擇正確的輸出目錄，這樣即可合成一張全景圖（如圖2和圖3）。

圖2 利用PTGui生成全景圖

圖3 利用PTGui生成的全景圖

2.4 使用Pano2VR生成虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目文件

Pano2VR作為一款虛擬現(xiàn)實(shí)合成軟件，是集開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、發(fā)布于一體的虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目軟件。該軟件利用Js和Script對(duì)全景圖片進(jìn)行處理并加入人機(jī)交互的定制皮膚，完成從全景圖處理、切割到后期生成虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景以及最終虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目發(fā)布（圖 4）。

圖4 Pano2VR制作虛擬現(xiàn)實(shí)界面

在制作虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目文件時(shí)要在多個(gè)場(chǎng)景之間進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，則需要在Pano2VR中設(shè)置皮膚加入熱點(diǎn)進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，并且在皮膚中還可以實(shí)現(xiàn)參觀者的熱區(qū)提示文字等交互方式（圖5）。

圖5 Pano2VR制作皮膚界面

（）（）

根據(jù)后期WEB發(fā)布的需要，Pano2VR軟件可生成Flash、Html5、css3等多種文件格式格式。另外可以設(shè)置虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)速度、慣性、縮放，同時(shí)為了生成的文件顯示效果，在生成文件時(shí)一般設(shè)置為高像素值。

2.5 在web端進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目的部署發(fā)布

把已生成好的虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目文件放到服務(wù)器的web項(xiàng)目的對(duì)應(yīng)目錄中，之后在index.jsp頁(yè)面中嵌套加入虛擬項(xiàng)目文件，進(jìn)行發(fā)布就可以了（圖6）。

圖6 Web端發(fā)布后虛擬項(xiàng)目顯示效果

3 虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目的意義

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為博物館展覽形式多樣化的同時(shí)增加了展覽的趣味性，用現(xiàn)代信息化技術(shù)為博物館展覽創(chuàng)造了一個(gè)全新的視角，既可以讓觀眾感到新奇，又激發(fā)了觀眾的參與感，改變了博物館的高冷定位，使博物館更加的接地氣。