基于全景图像的虚拟漫游系统研究

基于VR技术的实景漫游系统设计与实现摘要随着VR技术的不断发展和普及，利用VR技术进行实景漫游已经成为一种新的体验模式。

本文基于VR技术设计并实现了一种实景漫游系统，该系统可以为用户提供一个沉浸式的虚拟环境，用户可以通过VR设备进行实景漫游。

本文主要介绍了VR技术的基本概念，并对实景漫游系统的设计与实现进行了详细的介绍，包括系统的架构设计、场景构建、用户交互等方面。

最后通过实验验证了系统的可行性和有效性。

关键词：VR技术；实景漫游；系统设计；系统实现；用户交互AbstractWith the continuous development and popularization of VR technology, using VR technology for real-scene roaming has become a new experience mode. Based on VR technology, this paper designs and implements a real-scene roaming system, which can provide users with an immersive virtual environment. Users can perform real-scene roaming through VR devices. This paper mainly introduces the basic concepts of VR technology, and provides a detailed introduction to the design and implementation of the real-scene roaming system, including system architecture design, scene construction, user interaction, and other aspects. Finally,the feasibility and effectiveness of the system were verified through experiments.Keywords: VR technology; Real-scene roaming; System design; System implementation; User interaction1. 引言随着VR技术的不断发展和普及，虚拟现实技术已经成为了当前最热门的技术之一。

目录目录 01.绪论 (3)1.1 引言 (3)1.2 选题背景及意义 (3)1.2.1 选题背景 (3)1.2.2 选题意义 (4)1.3 本文结构及主要内容 (4)2 相关知识 (5)2.1 OpenGL编程基础 (5)2.1.1 OpenGL简介 (5)2.1.2 OpenGL的主要功能 (5)2.1.3 OpenGL体系结构及工作流程 (6)2.2 MFC编程技术 (8)2.3 虚拟场景建模技术 (9)2.3.1 三维几何建模技术 (9)2.3.2 基于图像建模技术 (9)2.3.3 基于几何和图像的混合虚拟场景建模技术 (10)3 全景漫游系统的设计 (12)3.1 系统整体设计 (12)3.1.1 系统功能概述 (12)3.1.2 系统基本设计方案 (12)3.1.3 系统基本框架 (12)3.2 系统详细设计 (13)3.2.1 全景图的生成 (13)3.2.2 纹理贴图 (17)4 系统实现与测试 (21)4.1 主界面的实现 (21)4.2 交互漫游的控制 (21)4.3 系统相关测试 (25)5 应用前景 (28)结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)基于图像的风景旅游模拟漫游系统[摘要]虚拟现实技术能够逼真再现现实环境，用户在虚拟环境中通过自然的交互式操作能获得与真实环境相似的感受和体验。

全景漫游是虚拟现实技术的一种典型应用。

本文旨在设计和开发一个虚拟风景全景漫游系统，该系统不仅能以三维形式逼真再现虚拟图像环境，同时支持用户交互地漫游。

论文首先详细分析了各种建模理论和技术，特别全景图像合成技术和三维环境贴图技术。

在此基础上，确定了全景漫游系统实现算法和系统框架。

最后，利用OpenGL开放图形库和VC++编程工具开发了虚拟图像全景漫游原型系统，实验表明该系统不仅能绘制视觉效果良好且逼真的旅游环境，而且支持用户流畅的交互式漫游操作。

此外，就该系统在景点再现，商品房展示等应用领域进行了尝试并取得良好视觉效果。

·71·人文科技摘 要：虚拟漫游技术作为当下的设点数字技术之一，它实质上是一种交互式高级人机界面，利用虚拟漫游技术可以模拟实时交互的三维虚拟环境，使用户获得沉浸式体验。

环境设计属应用型学科，基于虚拟漫游技术开发的虚拟环境漫游系统应用于环境设计专业教学，可以达到丰富教学手段、提高学习成效、提升专业影响力的目标，具有较高的创新与应用推广价值。

关键词：环境设计；教学；虚拟漫游技术虚拟漫游技术是虚拟现实技术的重要分支，其实质上是一种交互式高级人机界面，通过计算机图形学、人机接口和多传感技术等，构建一个可实时交互更迭的三维虚拟空间环境；通过视点与空间的关联变化，形成用户与虚拟场景的交互动态关系，从而使用户在环境漫游中获得沉浸式体验。

20世纪90年代起，漫游技术初步应用于建筑行业，并在相关领域得到迅速推广和发展。

我国一些重点高校如浙大、清华、北京航空航天大学对该技术进行了积极投入和研发，并在视景技术、三维图形算法、建模方法等方面取得了一系列重要突破。

1996年，天津大学在SGI 硬件平台上开发了基于VRML 标准的虚拟校园系统；其后国内高校相继推广，我国多所高校制作发布了校园实景漫游系统。

上述研究成果不断推进虚拟现实核心技术和应用领域的拓展。

近年来，该技术主要应用在工业设计、建筑设计和城市规划领域，相关研究也以此为主。

相对于上述领域，环境设计专业中对虚拟现实技术的研究较少，研究力度远远滞后于快速增长的市场需求。

本文立足于高校环境设计教学，将数字漫游技术应用于专业教学，通过虚拟环境漫游系统的开发和应用，达到丰富教学手段、提升教学水平的目的。

1 虚拟漫游技术在环境设计教学中的应用优势1.1 符合国家信息化战略，对接专业市场需求随着国家对信息技术的高度重视和有效推进，虚拟漫游作为当下的热点数字技术之一，其借高沉浸感、多感知性和实时交互性的优势，迅速应用于建筑、工业设计等环境展示领域。

环境设计属于应用型学科，应以市场驱动为导向，对接行业市场需求。

目录目录 (1)1.绪论 (4)1.1 引言 (4)1.2 选题背景及意义 (4)1.2.1 选题背景 (4)1.2.2 选题意义 (5)1.3 本文结构及主要内容 (5)2 相关知识 (6)2.1 OpenGL编程基础 (6)2.1.1 OpenGL简介 (6)2.1.2 OpenGL的主要功能 (6)2.1.3 OpenGL体系结构及工作流程 (7)2.2 MFC编程技术 (9)2.3 虚拟场景建模技术 (10)2.3.1 三维几何建模技术 (10)2.3.2 基于图像建模技术 (10)2.3.3 基于几何和图像的混合虚拟场景建模技术 (11)3 全景漫游系统的设计 (13)3.1 系统整体设计 (13)3.1.1 系统功能概述 (13)3.1.2 系统基本设计方案 (13)3.1.3 系统基本框架 (13)3.2 系统详细设计 (14)3.2.1 全景图的生成 (14)3.2.2 纹理贴图 (18)4 系统实现与测试 (22)4.1 主界面的实现 (22)4.2 交互漫游的控制 (22)4.3 系统相关测试 (26)5 应用前景 (29)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (32)基于图像的风景旅游模拟漫游系统[摘要]虚拟现实技术能够逼真再现现实环境，用户在虚拟环境中通过自然的交互式操作能获得与真实环境相似的感受和体验。

全景漫游是虚拟现实技术的一种典型应用。

本文旨在设计和开发一个虚拟风景全景漫游系统，该系统不仅能以三维形式逼真再现虚拟图像环境，同时支持用户交互地漫游。

论文首先详细分析了各种建模理论和技术，特别全景图像合成技术和三维环境贴图技术。

在此基础上，确定了全景漫游系统实现算法和系统框架。

最后，利用OpenGL开放图形库和VC++编程工具开发了虚拟图像全景漫游原型系统，实验表明该系统不仅能绘制视觉效果良好且逼真的旅游环境，而且支持用户流畅的交互式漫游操作。

此外，就该系统在景点再现，商品房展示等应用领域进行了尝试并取得良好视觉效果。

三维全景技术下的虚拟校园漫游系统设计方案1. 引言1.1 背景介绍背景介绍：随着科技的不断发展，虚拟现实技术在教育领域的应用日益广泛。

传统的校园宣传方式已经不能满足人们对校园环境的好奇和需求，而虚拟校园漫游系统则可以通过三维全景技术为用户提供更为真实、沉浸式的校园体验。

通过这一技术，用户可以在不出门的情况下就可以全方位地了解学校的各个角落，包括校园建筑、教学楼、图书馆、体育场等。

这种虚拟体验不仅可以帮助学生更加直观地选择自己心仪的学校，也可以为校园宣传和招生工作提供更加生动和有吸引力的方式。

设计一个符合用户需求的虚拟校园漫游系统具有重要的意义和价值。

本文将探讨如何利用三维全景技术下的虚拟校园漫游系统来提升用户体验，同时将系统的安全性考虑在内，为校园文化传播和学校形象塑造做出贡献。

1.2 研究意义虚拟校园漫游系统是基于三维全景技术的新型校园信息化应用系统，具有很高的实用价值和推广意义。

虚拟校园漫游系统可以有效提高学生对校园环境的熟悉度和融入感，帮助新生更快地适应校园生活。

通过虚拟校园漫游系统，学生可以方便地了解校园内各类资源的位置和属性，节省了在校园导览和查询信息的时间和精力。

虚拟校园漫游系统还可以为校园教学、管理和服务提供更加便捷、高效的工具和支持，提升学校的整体管理水平和服务质量。

虚拟校园漫游系统的研究和应用不仅对提升学生体验、提高学校管理效率具有积极的意义，同时也有着广阔的商业化前景和社会效益。

【字数：215】1.3 研究目的研究目的旨在通过设计与实现三维全景技术下的虚拟校园漫游系统，为用户提供一个更加直观、真实的校园体验。

通过该系统，用户可以在虚拟环境中自由漫游，了解校园的实际情况和各项设施的布局，从而方便他们在现实生活中更好地适应校园生活。

本研究还旨在探索如何利用三维全景技术来提升用户体验，让用户可以更加方便、快捷地获取所需信息，并且为用户提供更多的交互功能，增强用户参与感和互动体验。

通过系统功能设计和系统安全设计，还可以确保系统的稳定性和安全性，保障用户在虚拟环境中的正常使用。

国防科学技术人学研究生院学位论文然后他用泛函求导方法导出高斯函数的一阶导数，此即为该最佳函数的最好近似，且有简便的计算方法。

在进行处理前，Ｃａｎｎｙ算法先用高斯平滑滤波器来平滑图像用来除去噪声，即用高斯平滑滤波器与图像作卷积。

滤波的目的是为了消除噪声，因为图像中的噪声在图像傅旱叶变换中对应着高频部分，所以要在频域中削弱噪声的影响，就要设法减弱这部分的频率分量。

实际工作中，人们常常采用低通滤波器来实现。

然而大多数滤波器在降低噪声的同时也导致了边缘强度的损失（边缘也对应着高频部分）。

因此，需要在边缘与噪声之间作一个折衷，采用高斯平滑滤波器是一个较好的折衷方案。

增强边缘是将邻域（或局部）强度值有显著变化的点突出来，它一般通过计算梯度幅值来完成的，Ｃａｎｎｙ分割算法采用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向。

对一个边缘来说，其一阶导数在边界处存在一个向上的阶跃或者其二阶导数过零点。

导数的计算对噪声很敏感，而一般的边缘检测也正是利用求导数来实现的。

在处理过程中，Ｃａｎｎｙ算法还将经过一个非极大值抑制（ＮｏｎｍａｘｉｍａｌＳｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）的过程。

最后，Ｃａｎｎｙ算法将采用两个阈值来连接边缘。

非极大值抑制是为了保证边缘线被细化为一个象素的宽度，Ｃａｎｎｙ算子采用边缘梯度方向的非极大抑制方法。

如果在４５度和１３５度边缘方向的每边区域的狄度值是相同的，这种方法容易产生厚边缘。

如图２．１所示，其原因是这些边界象素点在边缘方向上没有邻接边界点。

我们可以用这种方法消除这种厚边缘，对边缘方向为４５度和１３５度的象素点与它的水平或垂直方向的邻接边界点作比较，如果它的水平或垂直方向的邻接边界点也有同样的边缘方向，则删除它的邻接边界点，显然这种方法可以消除这种厚边缘。

鼬２．１１３５度厚边缘示意ｌ璺Ｉ２．２．２边界线断点填充用Ｃａｎｎｙ算子来提取图像的边界一个最大的优点就是很容易把边缘细化为单象素宽度，而且效果也较好，但是在边缘细化过程中在边界上容易产生断点，而且随高斯函数的口系数的不同及两个阈值参数的不同，产生的断点的个数与断点间隔长度也不同，因此我们必须对断点进行填充，国防科学技术入学研究生院学位论文圈２．４新算法实验结＿聚图ｌ（ｂ）ＳＵＳＡＮ酗２．５新算法实验结果幽２（ａ）Ｈａｒｒｉｓ（ｂ）ＳＵＳＡＮ（ｃ）ｎｅｗａｌｇｏｒｉｔｈｍ图２６新算法实验结果倒３（ｂ）ＳＵＳＡＮ（ｃ）ｎｅｗａｌｇｏｒｉｔｈｍ幽２７新算法实验结果幽４国防科学技术人学研究生院学佟论文其中ｋ为一个尺度因子系数。

一种基于多边形柱面全景图的虚拟漫游新方法王海颍;秦开怀【摘要】提出了一种基于图像绘制的多边形柱面全景图的虚拟漫游方法.利用普通的手持相机在一个多边形区域内沿某一路径拍摄并拼接多幅全景图,通过基于SIFT 的特征点检测来计算深度,用狭缝图像插值来实现整个区域内的平滑漫游.该方法具有采样简单、虚拟场景真实感强,支持连续大范围漫游的特点.%A new method of virtual walkthrough using image-based rendering with polygonal panoramic mosaics is presented. First, we take pictures and get multiple panoramas with ordinary handhold camera along a route or in a square region. Second, we use SIFT feather points detection to get slim images with depth which can be used in interpolation for the rendering of new view point. The algorithm proposed in this method is very efficient for virtual walkthrough in the large outdoor scene. The construction and rendering process with multiple panoramas is easy to implement and the data capturing is simple without expensive equipments.【期刊名称】《图学学报》【年(卷),期】2012(033)001【总页数】7页(P56-62)【关键词】虚拟漫游;基于图像的绘制;全景图;狭缝图像【作者】王海颍;秦开怀【作者单位】中国电子信息产业发展研究院,北京100048;清华大学计算机系,北京100084【正文语种】中文【中图分类】TP391.4随着三维图形图像的绘制(Image-Based Rendering, IBR)技术的发展，虚拟现实(Virtual Reality, VR)技术已经被越来越广泛地应用，它可以用于虚拟旅游和娱乐，例如著名旅游景点和博物馆的虚拟游览；也可以用于虚拟训练，例如飞机和车辆驾驶，以及虚拟战场仿真等；另外还可以用于医疗领域和虚拟建筑漫游，等等。

基于全景视图的虚拟现实系统研究摘要虚拟的现实技术是当代社会发展具有很大前景，也是处于前沿的课题和热点研究对象的。

在现今的发展趋势下，在如今所能够提供的计算机平台下急需加速虚拟现实技术对复杂场景模型的绘制。

关键词虚拟实景；全景视图；图像拼接；空间中图分类号tp39 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2013）92-0209-021 认识全景视图技术全景视图是近年来出现在internet网络上的另一种虚拟场景绘制的表现形式。

是通过相机360度拍照，然后通过相应的专业软件拼接而成的全景视图形表现形式。

它是基于图形绘制的ibr （image-based render）的关键性技术。

全景技术作为目前迅猛发展的新一门视觉新技术，它能够使得图片的分辨率得以拓展，同时亦能实现信息的压缩。

现今，业界对于全景视图的制作方法就是通过360环绕采图形式，制作的方式也很简单，在固定的点上，通过照相/摄像机按一定比例、均匀的角度以中心点为轴心，进行360度的环绕拍摄采集图像，采集后的图像在通过计算机的进行图像拼接与处理，从而生成了我们现在所见的全景图像，之后再通过计算机展现出来，并在局部位置提供有限的漫游功能，让使用着有着如临其境的感觉。

全景视图的发展也有着它本身的局限性，例如视点单一化，只能在场景内局部漫游等等。

但因它的技术不断的成熟，较为强大的可操作性，使之成为了虚拟现实应用中最为普遍的ibr技术之一。

现今全景视图主要应用在：游戏的设计、电影的特技、虚拟博物馆、虚拟场景等等之上。

得到社会各界的一致接纳与欢迎，其发展前进显而易见。

2 如何制作全景视图，其流程情况是怎样的全景视图的制作囊括内容可分为两大模式，其一为图像方面，其二为计算机方面。

其中包含了全景模拟的选择、采图、拼图、图像缝合以及展示。

首先，在图像方面有三个步骤，第一为图像的采集，第二为图像的拼接与处理，第三为图像柱面的投影，三个步骤的展开从而使得图像方面得以发挥。

三维全景技术下的虚拟校园漫游系统设计方案随着科技的不断发展，三维全景技术已经在各个领域得到了广泛的应用。

虚拟校园漫游系统是应用三维全景技术的一个重要方向，它可以为学生、教师和家长提供一个真实、直观的校园环境，使他们能够更好地了解学校的情况，并且方便地进行校园导览和相关信息的查找。

本文将对三维全景技术下的虚拟校园漫游系统进行设计方案的详细阐述。

1. 系统概述三维全景技术下的虚拟校园漫游系统，是基于三维数字模型技术，采用虚拟现实技术和交互式技术，通过计算机、传感器等设备，模拟出学校的真实环境，包括校园建筑、植物、道路、车辆等各种元素，形成一个可供用户漫游和交互的虚拟校园环境。

用户可以通过电脑、手机、VR眼镜等终端设备，实现对校园的虚拟漫游，随时随地了解学校的情况。

2. 系统功能（1）校园导览功能：用户可以在虚拟校园中进行导览，了解学校的各个部分、建筑物的分布和风格、周围环境等，同时可以查看各个建筑的详细信息和图片，方便用户快速的了解学校的情况。

（2）周边设施查询功能：系统可以提供校园附近的超市、餐厅、医院、银行等周边设施的查询服务，用户可以通过系统了解附近设施的位置、简介、营业时间等信息。

（3）在线咨询功能：系统可以实现学生、家长、教师的在线咨询功能，用户可以通过系统与学校的老师或工作人员进行在线交流，咨询招生政策、办学情况等相关信息。

（4）校园活动宣传：系统可以发布学校的各种活动信息，如开学典礼、运动会、文艺汇演等，方便用户了解学校的最新动态。

3. 技术实现三维全景技术下的虚拟校园漫游系统的主要技术实现包括：三维数字模型建模技术、虚拟现实技术、交互式技术等。

（1）三维数字模型建模技术：利用摄影测量技术和计算机图形学技术，对校园的建筑、植物、道路等进行数字化建模，形成真实的校园模型。

（2）虚拟现实技术：通过虚拟现实技术，将三维数字模型呈现给用户，实现用户对校园的虚拟漫游体验，使用户身临其境地感受校园的真实情况。