基于全景技术的博物馆网络虚拟展示设计与实现

摘要：构建体验式在线漫游虚拟博物馆对提升博物馆的社会影响力，延伸博物馆社会教育服务功能具有重要的实际意义。文章结合辽宁古生物博物馆采用360度全景技术开发在线漫游虚拟博物馆的经验，在总结全景技术、数字博物馆的相关理论基础之上，分析了利用全景技术开发在线漫游虚拟博物馆的意义与价值，阐述了基于全景技术的场景漫游设计思想与制作流程，旨为与其相关的研究提供理论参考。

关键词：全景技术;在线漫游;虚拟博物馆;辽宁古生物博物馆

中图分类号：G202     文献标识码：B    论文编号：1674-2117（2015）01-0083-04

● 引言

博物馆是一个国家和地区社会进步与人类文明发展程度的重要标志，是物质文明与精神文明建设的重要窗口。当前，随着全球信息化建设的深入推进，数字化、网络化、移动化的科技浪潮拓展了人们获取资讯的途径与方式。在此背景下，充分利用信息技术优势，创新博物馆展示手段，让科技助力知识传播，让知识传播承载博物馆的社会教育服务功能，是博物馆数字化建设适应信息时代发展的必然趋势。

● 相关理论概述

1.全景技术概述

全景技术也称为全景摄影或者虚拟实景，是一种基于静态图像在计算机平台上实现虚拟现实的一种技术，它是使用相机环360度拍摄的一组或者多组照片通过无缝连接的方式拼接成一张全景图像，并通过计算机技术实现全方位互动式观看的真实场景还原展示方式。[1]用户可以使用IE浏览器或播放软件在电脑平台上利用鼠标控制环视的方向，可360度旋转观看，给人一种全新的真实现场感和交互体验感。

全景技术的特点在于它突破了传统三维技术的视角极限，免去了三维繁琐建模渲染等工作，直接取景于真实场景，利用真实照片图像结合JavaScript脚本语言实现实景360度全方位展示，并可在全景展示中加入图片、视频、音频、文字等多种媒体，使观者不仅可以获得整体的认识，亦可深入其中某个场景、某个细节进行浏览观看。360度全景可用于网络、多媒体触摸屏、大屏幕全屏投影、全景视频、三维产品展示等，被广泛应用在房地产楼盘展示、虚拟旅游、虚拟教育等领域。[2]

2.数字博物馆概述

博物馆是为社会和社会发展服务、并向公众开放的非营利性永久机构，它以研究、教育、欣赏为目的，征集、保护、研究、传播和展示人类及其环境的见证物。[3]数字博物馆是建立在数字空间之上的博物馆，是以采集、保护、管理和利用人类文化/自然遗产信息资源为目的，采用计算机网络技术、数据库技术、多媒体技术、虚拟现实技术、人机交互技术等建立的信息网络服务体系，是对实体博物馆服务时间和展示空间的延伸与拓展。[4]

虚拟博物馆是数字博物馆的一种崭新形式，它结合计算机技术和网络技术，通过图像、文字、音频、视频、3D动画等多媒体信息表现方式将博物馆的职能延伸到网络上，打破了时空限制，为世界各地的观众提供展示和互动服务，开启了博物馆网络虚拟展示的全新模式。

● 基于全景技术构建博物馆网络虚拟展示的价值与意义

1.全景技术应用于网络虚拟展示的价值

全景漫游技术是基于全景图像的真实场景虚拟现实技术，是目前全球范围内迅速发展并逐步流行的一种视觉新技术，它是通过专业的取景设备将场景以真实图片的方式保存，然后通过后期合成将多组图片高精度地拼接与修复，采用兼容性极高的Flash播放技术或HTML5技术，通过专业的合成软件，开发出运行于不同环境的虚拟场景。[5]让用户在虚拟的环境中进行交互观察、交互作用，产生一种身临其境的感受和体验。[6]相对于开发虚拟漫游系统的三维扫描、三维建模等高难虚拟技术，360度全景技术的优势主要体现在以下几个方面（见下表）：①图像拍摄及合成的开发难度与复杂程度较低，耗费时间较短。②以采集场景图像为基础，真实还原物体的细节、质感和色泽，避免了三维建模与贴图渲染过程中产生的数据偏差与图片模糊和马赛克等问题[7]，场景真实性较好。③采用图形图像处理方式还原真实场景，图像文件的数据量较小，对系统环境要求较低。④以Flash动画技术为外部扩展平台，可根据展示需求定制各种辅助功能（如添加音频解说、播放界面定制、漫游地图等），并依托HTML5技术可为iPad用户提供高清流畅、方便快捷的在线漫游体验，平台兼容性好。⑤利用全景技术开发漫游系统相比三维扫描的昂贵设备与虚拟建模的高开发成本，其在设备购买与人员组成方面耗费较低，可实现低成本开发虚拟博物馆。

2.全景技术助力博物馆网络虚拟展示的意义

全景技术在博物馆领域的创新应用开启了博物馆在网络展示、教育、宣传等方面的新模式，推动了实体博物馆数字化、数字博物馆网络化、网络博物馆移动化的有机结合，弥补了实体博物馆、传统数字博物馆在远程用户体验与平台兼容性方面的缺陷，实现了展品与观众之间的零距离交流与互动，增强了在线漫游式的体验感，全方位提升了博物馆的社会服务功能。与此同时，作为科普教育基地的重要组成部分，博物馆承载着宣传科学文化知识、提高全民文化素养的责任和使命，基于全景技术的博物馆网络虚拟展示的设计与实现，充分结合当前数字化、网络化、虚拟化与移动化的大数据时代优势，拓展了科普知识的传播广度与效度，体现了以科技助力文化传播，以文化传播惠及百姓的科普教育理念，进一步提升了博物馆网络展示的科普教育功能。

● 基于全景技术的博物馆网络虚拟展示设计与实现

1.设计思想

文章以辽宁古生物博物馆的数字化建设子项目为例，采用360度全景漫游技术设计并实现了博物馆的网络虚拟展示效果，其核心设计思路主要包括以下几个方面（如图1）。

图1

（1）前期分析

一是考察博物馆展厅的实际情况，了解场景环境条件，结合博物馆4层8个展厅的实际情况设计并制定构建方案;二是设备与技术支持，依据场景实际情况配备项目实施所需的相关设备与技术人员，为任务顺利开展提供支持。

（2）实施流程

一是根据每个展厅场景情况设计出各自展厅的全景图像拍摄方案，并依据全景拍摄方案进行实地拍摄，然后对采集的图像组进行后期全景图拼接;二是收集与处理虚拟博物馆建设所需要的多媒体素材与相关资料;三是利用全景漫游制作系统搭建数字博物馆的模块框架，完成在线漫游网络虚拟博物馆的图文、动画、影像等资料的合成与构建。

（3）预期效果

输出全景漫游制作系统开发的成品文件，调试产品的运行环境与平台兼容性，力争构建出高质量、低传输、好操作、跨平台的网络虚拟博物馆。

2.实施过程

（1）全景图像采集与制作

全景图像主要有柱形全景、球形全景、对象全景三种。辽宁古生物博物馆的网络虚拟展示是基于制作成本较低的球形全景技术开发实现的。球形全景是以目标景点的某一观察点为中心，使观察者既能看到水平环360度的景观效果，又能看到垂直环180度的景观效果，即形成360×180的全视角效果，球形全景中加入了天和地的感觉，全景的视觉范围更加开阔。[8]拍摄全景的设备主要包括单反相机、广角镜头、全景云台、三脚架。合成全景的软件主要有图形拼接软件Autopano Giga或PTGui Pro、图形处理软件Photoshop、全景制作软件pano2vr等几种。

◇图像拍摄

图像拍摄是全景制作过程中的关键步骤，关系到素材在后期能否顺利拼接的问题。因此，图像采集过程中拍摄者应掌握相机的摆放方法与拍摄技巧（如图2）。①使用三脚架固定全景云台，确定好相机的垂直角度，保证相机在一个中心点转动，确保拍摄转动时的图像采集在同一水平面，如果条件允许最好配备水平仪。②拍摄者环绕水平一周拍摄10～15张照片，并保证每张照片有10%～20%的重叠用于后期拼接，在曝光时间较长时，保持相机稳定不动，保证图像清晰度。③拍摄图像时上下都要留出一定的多余空间，避免后期合成的全景照片剪裁时破坏主体。④拍摄过程中图像拼缝的地方尽量避免正在运动的景物，拍摄时动作要快，减少由于其位置变化给后期制作带来的麻烦。⑤补拍天与地，如果机位正下方为有规则且连续的图案或不规则且非连续性图案，需要对地面和天空补拍，以备后期合成修复使用。完成一圈的拍摄后得到的图像数据就可以通过软件进行拼接（如图3）。

◇图像处理

在图像拍摄过程中，由于光线、场景凌乱等因素造成的图像拍摄效果较差时，开发者可根据需要对图像进行后期处理。例如，利用HDR技术处理图像的亮处、暗处、镜面反射等不良效果;利用Photoshop调整画面亮度/对比度、曲线等，擦除或修复场景中不需要的元素;同时注意全景图像拼接过程中缺少的顶和底，即天和地，通过修补实现无瑕疵的全景图片，进而达到理想效果。

◇图像合成

全景图制作的最后阶段就是图像拼接，即将水平360度旋转拍摄的照片，拼接成一张在平面上看上去很广范围的照片，使得生成的全景展示地图能够还原当时拍摄的真实景象。本案例采用Autopano Giga软件进行全景自动拼接，主要操作步骤如下：①打开Autopano Giga软件，执行“文件—导入”，在弹出对话框中选择拍摄好的一组图像，导入图像。②执行“检测”，系统自动匹配关键点（如下页图4），进行初步全景合成。③执行“编辑”合成全景图像开始，适当调整图像视觉效果与尺寸，完成合成。④执行“文件—导出”，输出合成后的全景图像（如下页图5）。依照上述步骤完成对博物馆展厅全部图像组的全景拼接工作。

（2）全景漫游系统制作

本案例使用Pano2VR漫游软件开发辽宁古生物博物馆的虚拟展示系统。主要步骤如下：①启动软件，在输入功能模块中执行“选择输入”，根据展厅参观顺序导入全景图。②使用交互热点制作场景快速链接，利用皮肤编辑器制作参观导览地图（如图6）。③使用皮肤编辑器的图片添加功能，制作展版、藏品内容的大图展示，使用媒体功能添加展示的视频或讲解音频。④制作漫游导航控制按钮和使用帮助信息。⑤设置输出参数与格式，发布制作完成的漫游系统，为了提高漫游系统的高度兼容性建议输出Flash/HTML5格式的文件以适用多平台的使用需求。

（3）产品展示

架构与设置网络虚拟博物馆的服务器及网络连接地址，将开发好的虚拟博物馆嫁接到互联网进行展示与传播，为全民提供网络远程参观与使用（如图7）。

● 总结

当前，随着全球信息化建设的深入推进，数字化、网络化、移动化的科技浪潮正以多样的方式和途径拓展着人们获取资讯的渠道。文中案例采用全景技术构建辽宁古生物博物馆的网络虚拟展示，切实地利用了信息技术与网络媒体优势，体现了信息技术与博物馆网络展示的有机结合，开创了辽宁古生物博物馆数字化展示的新模式，对提升网络科普教育，宣传科普知识，扩大博物馆的社会影响力等具有实际意义。

参考文献：

[1]蔡田露，高俊强.360°全景技术与应用分析[J].现代测绘.2012（11）.

[2]王鸿飞.浅析360全景技术及其应用[J].广东科技.2012，21（15）.

[3]陈刚.数字博物馆概念、特征及其发展模式探析[J].中国博物馆，2007（9）.

[4]陈刚，祝孔强.数字博物馆及其相关问题分析[J].智能建筑与城市信息，2004（9）.

[5]王莹.360°全景技术在网络虚拟展示的实践与应用[C].第十六届中国科协年会——分16以科学发展的新视野，努力创新科技教育内容论坛论文集，2014.

[6]薛莹莹.虚拟现实技术在数字博物馆中的应用[J].河南科技，2014（6）.

[7]张秋莲.360度全景展示在虚拟博物馆中的应用探索[J].博物馆学，2011（9）.

[8]刘侃.全景技术在教学领域的应用与实现[J].教书育人：高教论坛，2011.

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