Виртуальные фотопанорамы как средство виртуальной реальности

ВИРТУАЛЬНЫЕ ФОТОПАНОРАМЫ КАК СРЕДСТВО ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ

Московский государственный институт электроники и математики (технический университет), Россия

Аннотация.

Суть данной работы заключается в изучении способов создания виртуальных фотопанорам и форм представления их.

Введение.

Целью данной работы было рассмотрение популярного в данное время термина виртуальные фотопанорамы, основных аспектов их создания и воспроизведения.

В первом разделе работы будут приведены теоретические аспекты возникновения фотопанорам и их развитие в настоящее время. Также в этом разделе будет рассмотрено само понятие фотопанорамы и ее виды.

Второй раздел работы будет посвящен основным шагам, которые необходимы для создания фотопанорамы, а также некоторым «подводным камням», которые поджидают создателей панорам. Также будет уделено внимание технологии воспроизведения фотопанорам.

В заключение работы будут описана практическая работа, которая явилась результатом описанных действий по созданию фотопанорам.

Первый раздел.

В настоящее время фотопанорамы глубоко вошли в нашу жизнь. Их размещают в сети Интернет, используют для презентации и рекламы товаров различными торговыми фирмами. С их помощью демонстрируются продаваемые дома и квартиры ­ спектр их применения огромен.

За всю историю своего существования панорамные фотографии всегда вызывали огромный интерес. Это объясняется тем, что именно панорамы позволяют во всем объеме отобразить все происходящее, благодаря большому углу обзора. Традиционный фотографический кадр сильно урезает пространство, чего не скажешь о панорамном фотоизображении.

Фотопанорама (или панорамная фотография) — фотография, имеющая большой угол обзора, то есть демонстрирующая вид местности из одной точки (в которой находилась камера) во многих (иногда во всех возможных) направлениях. Впервые это понятие стал использовать шотландский художник Роберт Баркер в конце 18-го века.

Существует несколько видов (форм представления) фотопанорам:

­ планарная или плоскостная (зритель движется перед плоскостью или сам движет её пред собою);

­ цилиндрическая или циклорама (панорама проецируется на боковую часть цилиндра, зритель находится на оси цилиндра и озирается вокруг);

­ сферическая или эквидистантная (панорама проецируется на внутренность сферы, зритель находится в центре сферы и озирается вокруг);

­ кубическая (панорама проецируется на внутренность куба, зритель находится в центре куба и озирается вокруг)

В последнее время огромное распространение получили виртуальные фотопанорамы. Виртуальные фотопанорамы отличаются от панорамных фотографий тем, что они обладают интерактивным просмотром. Серии виртуальных панорам часто объединяют в виртуальные туры, в которых переход от одной панорамы к другой осуществляется через активные зоны, размещаемые прямо на изображениях. Таким образом, возникает возможность создания туров и экскурсий по различным городам или, например, музеям. А это, в свою очередь, дает, в том числе возможность различным людям увидеть то, что в реальной жизни они увидеть не смогли бы по различным причинам.

Второй раздел.

Особенности создания панорамы.

Фотопанорамы с большим углом обзора получают посредством сшивки нескольких кадров. Кадров могут быть сделаны либо одновременно (путём использования нескольких фотокамер, ориентированных в разные стороны), либо одним и тем же фотоаппаратом последовательно. В последнем случае между изготовлением кадров фотоаппарат переменяет своё положение, «озираясь» вокруг.

Одним из основных моментов создания панорамы является необходимость вращения камеры вокруг нодальной точки объектива. Нодальная точка – это точка внутри объектива камеры, где пересекаются лучи света, идущие к пленке или матрице. При вращении камеры вокруг этой точки не возникает параллакс объектов. Параллакс – смещение объектов переднего плана относительно объектов заднего плана при повороте камеры. Такое смещение чревато тем, что при сборке панорамы она не сможет сшиться. Во избежание параллакса объектов чаще всего используют штатив со специальным приспособлением, называемым панорамной головкой, которая служит для того, чтобы закрепить камеру таким образом, чтобы ось вращения проходила через нодальную точку. В настоящее время существуют как ручные, так и автоматические панорамные головки.

Еще одним «подводным камнем» при фотографировании панорам являются движущиеся объекты. Положение движущихся объектов (прохожих, ветвей растений, транспортных средств, животных, облаков и т. д.) изменяется между последовательными кадрами, что при сборке панорамы создает нечеткие размазанные ареалы (в случае, например, веток) или объекты­призраки (например, если был заснят быстро движущийся объект). Фотограф может в некоторых случаях избавиться от большинства эффектов, дожидаясь перед изготовлением каждого следующего кадра того, чтобы все такие объекты приняли состояние покоя в области межкадровых стыков, ведь только в этой области разница кадров мешает бесшовной сшивке панорамы.

Для получения сферической и кубической панорамы необходимо снять 3 ряда фотографий ­ середину, верх и низ. Для цилиндрической и планарной фотографии количество рядов будет меньше.

Рассмотрим процесс получения сферической панорамы. Съемка рядов происходит посредством поворота камеры на одинаковый угол по горизонтали. Необходимо отметить, что перекрытие фотографий должно быть от 15-20% до 50% (панорамы с большим процентом перекрытия будут лучше сшиваться). Если вы снимаете поверхность без ярко выраженного рисунка и контрастных деталей (например, белую стену или потолок в доме), то стоит делать перекрытие около 50 %, так как при сборке панорамы очень сложно будет расставлять контрольные точки, в остальных случаях 20-30% вполне хватит. Также можно пользоваться маркерами, которые представляют собой кусочки цветной бумаги, которые раскладываются на пересечении кадров.

В общем случае ряды делаются при трех положениях камеры по вертикали: ­60, 0 и +60 градусов относительно горизонтального положения.

Верхний и нижний ряд фотографий снимаются аналогично среднему.

В результате съемок мы будем иметь набор фотографий, достаточный для сшивания панорамы.

В настоящее время имеется широкий выбор программ для сшивания фотопанорам. Технология сшивания в них примерно одинакова. Вначале нужно загрузить исходный набор изображений и установить порядок их размещения. В части программ можно тут же провести необходимую коррекцию изображений (разумеется, гораздо лучше, если коррекция снимков будет сделана заранее в более подходящих для этой цели программах, например в Adobe Photoshop). Потом снимки преобразуются к определенной проекции, например сферической, — это необходимо, поскольку только в таком виде снимки можно сшивать. Затем осуществляется состыковка полученных изображений между собой — автоматически либо вручную путем установки контрольных точек для каждой из пар граничащих друг с другом снимков. Последнее очень трудоемко, но нередко позволяет провести сшивание далеко не идеальных снимков (что в свою очередь увеличивает время создания панорамы). Очевидно, что качество совмещения снимков напрямую зависит от точности выставления контрольных точек. И, наконец, на последнем этапе смежные изображения смешиваются с целью выравнивания их яркости, контрастности и цветовой тональности.

Результатом всех этих действий станет получение развертки фотопанорамы. Для превращения ее в виртуальную потребуется конвертировать панораму в соответствующий формат, а для демонстрации виртуальной панорамы в сети Internet ее нужно будет вручную встроить в требуемый файл.

Технология воспроизведения фотопанорам.

В данный момент существует несколько способов воспроизведения фотопанорам и размещения их в сети Internet.

1. Adobe Flash

В последних версиях Adobe Flash Player и плагинах для различных Internet-браузеров появилась возможность отображать сферические панорамы. Основным плюсом является высокая совместимость со всеми операционными системами и браузерами. Flash-технологию рекомендуется применять для небольших панорам, когда не требуется высококачественного воспроизведения на полный экран, а требуется максимальная совместимость с разными платформами и операционными системами. На сегодняшний день это лидер среди плагинов для просмотра виртуальных панорам.

Эту технологию можно реализовать как при помощи специальных программ­конвертеров (например, Pano2VR), которые создают файл формата flv, так и, загружая развертку панорамы в flash среду на сайте, которая имеет элементы управления.

2. Phoscode DevalVR

Технология была разработана компанией Phoscode специально для воспроизведения панорам, связи их между собой, наполнения различными интерактивными элементами. Качество прорисовки панорамы и скорость навигации внутри нее выше, чем у технологии Flash. DevalVR позволяет воспроизводить без падения скорости панорамы гораздо большей детализации.

Версии DevalVR существуют для всех популярных браузеров (Opera, Internet Explorer, Firefox, Google Chrome). Основным недостатком, данной технологии, является отсутствие массового использования, характерного для flash.

Для размещения панорамы при помощи этой технологии не нужно дополнительно конвертировать файл с разверткой ­ программа автоматически распознает панораму.

3. Apple Qucktime

Компания Apple освоила технологию визуализации сферических панорам одной из первых. Она разработала стандарт панорамных изображений QuickTimeVR, который остается весьма популярным и в настоящее время. Он используется уже практически во всех сторонних технологиях. Как Flash, так и DevalVR позволяют воспроизводить этот стандарт панорам. По качеству и скорости воспроизведения Qucktime сравним с Flash, но уступает DevalVR. Эта технология воспроизведения панорам широко используется на платформах Apple Macintosh. На PC она более известна как набор кодеков для воспроизведения видеоинформации.

Для визуализации фотопанорамы при помощи этой технологии также необходимо конвертировать файл при помощи специальной программы (Pano2VR также позволяет это сделать)

4. Java

Последний из самых распространенных способов проигрывания панорам основан на языке программирования Java. Основным преимуществом данной технологии, как и flash, является высокая совместимость со всеми операционными системами. Недостатком же можно назвать то, что для использования этой технологии, на некоторых браузерах, следует установить java плагин, который в последнее время не пользуется спросом. Это обусловлено нарастающей популярностью flash. Тем не менее, java технология в среде виртуальных туров все еще используется, благодаря относительно хорошему качеству воспроизведения, хотя и уступает Deval VR.

Заключение.

Практическим результатом работы явилось создание ряда панорам, которые в полной мере иллюстрируют вышеописанные технологии.

Были созданы сферические фотопанорамы Лосиного острова г. Москвы в различные зимние месяцы и сферические фотопанорамы Государственного исторического музея г. Москвы, которые будут в дальнейшем использованы для создания виртуального тура. Также были созданы панорамы медицинского кабинета с томографом из Московской клиники для создания специальной презентации.

Список литературы.

1.http://*****/ps/spherical/spherical. html

Статья Сергея Яковенко для фотожурнала «ХЭ»

2.http://*****/wiki/%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%B0

Статья из свободной русской энциклопедии «Традиция»

3.http://www. *****/useful/article/panorama/

Серия статей по съёмке и «сшивке» панорам