图4.3拼接好的全景图

4.3虚拟校园实现

   本文的虚拟校园漫游系统力求再现校园的原始风貌，通过一个方便、实用的交互界面，使用户自观、真实地感受传统校园景观在互联网上展示出的独特魅力。考虑到漫游系统的实时特性，本文采用实时真实感图形绘制技术，来保证场景绘制的实时性，以及场景的三维真实感。具体来说，基于图像的绘制技术为生成具有高度真实感的场景视图，以及达到实时的绘制速度提供了技术保证，同时由于基于图像的绘制技术与生俱来的特点(基于图像)，使其天生就具有计算机图形学研究者历来所追求的“照片级真实感”。

   全景图像的漫游分为同一个视点空间内的漫游和山一个视点空间进入到另一个视点空间的漫游。本文实现了内嵌在网页中供用户漫游虚拟全景空间的漫游器:打开全景空间文件后，用户首先看到导航图，在导航图中任意位置处指点鼠标按钮，便可进入到相应的视点空间中。

4.3.1系统结构设计

针对漫游系统的特点，设计系统框架如图4.4所示:

图4.4漫游系统整体框架

如上图所示，对于漫游系统，首先要求能够由给出的输入图像序列，实时绘制出漫游的场景;其次，要能够根据用户的控制，来进行实际的漫游，用户能会有各种各样的漫游控制，如交互控制中在场景内的平移、转动、zoom in, zoom out等，也.会切换场景，漫游到其它地方，还有系统设定的自动漫游，这些都是用户的漫游控制。系统要能够实时地响应这些操作，并提供尽可能满意的漫游效果;再次，系统要能够提供各种参数的调整，如交互方式、鼠标速度、背景音效等。这些虽然不是漫游系统所必须提供的功能，但却是一个人性化的，完善的系统所不能缺少的部分。这属于系统的提高部分，可以给用户以很大的自由选择空间，因此参数调整的部分往往也成为Ix_别于其他漫游系统的重要特色之一。经过细分后，漫游系统的组成应该如图4.5所示:

图4.5数字化校园虚拟漫游系统组成

漫游控制模块主要是切换场景，同时记录用户所漫游过的场景可通过前进、后退，来查看所走过的场景。

场景绘制模块是系统中的核心模块，可交互式地或自动式地漫游场景。模块先获得场景输入图像的二维信息，再计算出三维信息，最终生成漫游场景。

漫游场景的参数调整模块:用户.IJ以交互式地调整鼠标速度，音效，漫游方式的参数，使场景的漫游更加方便。

4.3.2系统功能设计

   作为一种虚拟景观漫游系统，本文设计的虚拟校园漫游系统，力图以最新的计算机图形学技术应用于虚拟现实技术，展现给用户一个最真实的校园全貌。考虑到用户的实际漫游需要，本系统提供的基本功能包括以下几个方面:系统参数调整、视点选项、交互方式、漫游方式、漫游操作、场景选择、校园介绍。

   鼠标速度:对鼠标速度进行设定，即调整它的灵敏程度。该选项有默认值。

背景音效:.丁以选择是否打开背景音效。默认为打开。

最佳:将当前视点移动到其竖自平面中最合适的观察位置。

重置:将视点移动到默认的初始位置。

鼠标:将鼠标作为输入设备，或禁用。默认为使用鼠标交互。

键盘:将键盘作为输入设备，或禁用。默认为使用键盘交互。

用户可自由制视点位置和观察方向来选择要观察的部分，在交互过程忠用户具有很强的自主性。

自动:按照系统设定的路径自动地进行场景漫游。用户不能控制漫游的路径，完全由统来设定漫游过程。

标准方式:.可使视点前后移动，也可以使视点向左或者向右转向。

水平移动:.实现视点水平的前后左右移动。

垂自移动:.实现竖自平面内上下左右移动视点。

场景导游:.山用户选择将视点切换到与该场景相关的某个场景当中。

简单地图:用户用鼠标点击地图上的相应位置，来选择想要漫游的场景。

详细地图:与场景简单地图相比，标注更加清楚，有更详细的介绍，但不会始终显示。

学校简介:对校园整体的简单介绍。

场景简介:对当前漫游场景的简单介绍。

帮助主题:对各项功能及漫游控制的说明。

4.3.3系统功能实现

   校园场景的漫游分为同一个视点空间内的漫游和由一个视点空间进入到另一个视点空间的漫游。本文实现了内嵌在网页中供用户漫游虚拟全景空间的漫游器:打开虚拟校园网页后，用户首先看到导航图，在导航图中任意位置处指点鼠标按钮，便可以进入到相应的视点空间中，各视点空间之间也相互由热点链接在一起。

   为使用户看到的场景连续、平滑，在漫游时着重采用了以下关键技术:

   (1)全景图像数据预调技术。由于整幅全景图像数据量比较大，而用户漫游时看到的是全景图像的一部分，因此当用户进入到某个视点空间时，没有必要把整幅全景图像一次性调入内存中，而是只调入可见部分并将其解压显示在相应的屏幕窗口。

   (2)不同节点场景图像预调与缓冲技术。在漫游虚拟全景空间时，用户的前进与后退、近看与远看等均涉及到对下一个视点空间的显示，用户可能到达的下一个视点空间数目由当前视点空间链决定。如果把这些视点空间都预调到内存中，显然会降低系统的实时性能，并占用大量的系统资源，故在本系统中采用了预调与缓冲机制，预调恰当的视点空间到内存。

   (3)变焦观察技术。在不改变观察点的情况下，用户应能对整个虚拟场景进行不同细节程度的观察，其技术关键是确定处于观察中心的景物在不同焦距全景图像中成像高度之间的空间关系。根据几何光学原理可知:景物成像高度与其物距即景深有关。考虑到用户观察环境视景细节的实际可能性，假设环境中景物成像高度与其物距成线性关系。

   通过java的applet技术，拼接好的全景图像可以方便的发布到网络上，在网页中的浏览观看，并且允许在不同观察点之间相互切换。下页图4.6就是图4.3的全景图片在网页中的浏览效果。在该图中黄色箭头标示的是热点区域，点击该箭头，可以链接到下一幅全景图片的场景漫游当中。

图4.6在网页中浏览的校园全景

4.3.4系统功能应用

   这些全景技术在虚拟数字化校园中可以应用在以下方面:

   (1)虚拟校园景观

   在校园有代表性的位置采集图像数据，经投影变换、拼接等步骤生成全景图像，利用这些全景图像的集合以虚拟现实的方式表现校园景观。为了方便用户漫游校园虚拟全景空间，虚拟校园系统采用校园电子地图作为导航图，借助热点技术，用户在显示的电子地图任热点处按一下鼠标即可进入相应位置的虚拟全景空间。各个虚拟全景图也以热点的方式链接在一起，方便浏览。同时还可利用超级链接技术通过虚拟全景空间访问有关网页或查询有关信息。

   (2)虚拟实验室

   全景图像可以代表围绕一个点的周围空间场景，另一种图像产品对象电影(Object movie)则是围绕一个对象从不同的角度获取图像数据。这些图像并不像全景图像一样拼接，而是按拍摄顺序一幅一幅地存储在一起，浏览时可以从不同的角度观察该对象，形成所谓的虚拟对象。对于小的物体，实际拍摄时可保持相机的位置不动，而将物体置于一个可以转动的“1人台上。通过虚拟实验室全景图像界面点击某种实验设备，则可以启动对象电影浏览器。从不同的角度来认识该设备的各个部件，还可与各种多媒体文件链结，提供该设备的文字说明、动画演示设备的使用方法，交互式地显示实验过程和实验结果，达到在计算机上虚拟地使用该实验设备的效果。  

(3)虚拟图书馆

   生成图书馆口录厅、图书阅读室、阅览室等处的全景图像，用户点击目录厅全景图像中的计算机，可以自动链结到图书馆网址，查询图书馆藏书信息、浏览个人借阅记录，完成书预约和使用数字图书馆服务。在期刊阅览室景图像中点击书架上的某种期刊，则可以自动访问该期刊的目录和摘要，甚至阅览某篇文章的全文，而不再需要采用传统的借阅方式。

第五章结论和展望

   在本课题的研究中，本文研究了数字化校园的概念和构成，并对基于全景图的虚拟浏览系统做了深入研究，做了以下工作:

   1为了提高图像配准的鲁棒性和精度，提出了一种新颖的图像配准方法。该方法根据人类观察韦物的行为特点，以局部边缘密度为特征，采用基于Canny准则的边缘检测方法来提取边缘，在此基础上利用模糊聚类算法定位出图像中的特征物体区域。

   2构建了基于全景图的虚拟场景的观看与展示系统，实现了视点位于柱面内观看模式。

   3全景图之间通过“热点”挂接在一起，构成了基本完整的数字化校园。

   以上述方法为基础，本文完整实现了一个基于图像拼接的全景图制作系统以及基于全景图的虚拟场景的观看与演示系统。实验结果证明，本文的方法具有较好的性能。

   该课题具有很大的发展空间，由于时间有限，本文的一些想法和目前课题中存在的一些问题尚未实现或解决。主要体现在:

   1目前只实现了基于柱面全景图的虚拟场景系统，尚未进行基于球面、全方位全景图的虚拟场景系统的研究。

   2场景显示速度不快，在显示高分辨率场景图像时，存在画面流畅性略有欠缺的问题。

   3全景图像数据量较大，尚未进行全景图像数据的压缩存储的研究。

   在下一步的上作中，本文可以在以下几方面做进一步的努力，以获得更佳的技术和实用性能:

   1研究基于全方位全景图的虚拟场景系统。

   2优化全景图的场景图像的实时显示。

   3提供全景图的高压缩比存储方法。

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