全景技術(shù)在古建筑修復(fù)中的應(yīng)用

近年隨著“移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)”“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，基于互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)手段與產(chǎn)品展示手段層出不窮。虛擬現(xiàn)實(shí)、三維掃描、全息投影等技術(shù)成為非物質(zhì)文化遺產(chǎn)傳下去的現(xiàn)代科技手段。以北京某古建筑項(xiàng)目為例，探索全景技術(shù)如何應(yīng)用于古建修復(fù)項(xiàng)目中。1、研究背景中國古建筑以其獨(dú)特的木結(jié)構(gòu)形式在世界建筑史中獨(dú)樹一幟，隨著歷史更迭，我國古建筑遭到了不同程度的破壞，現(xiàn)存數(shù)量越來越少，作為歷史文化遺產(chǎn)，古建筑受到越來越多的學(xué)者重視，保護(hù)和修復(fù)古建筑已經(jīng)刻不容緩。古建筑資料留存的傳統(tǒng)方式一般以靜態(tài)為主、動(dòng)態(tài)為輔，即主要通過文字、照片和測繪圖表等記錄方法，或搭配少量音頻與視頻資料進(jìn)行輔助動(dòng)態(tài)說明，以更好地記錄信息，但這些傳統(tǒng)方法都只能帶給參觀者平面的印象，且記錄方法數(shù)據(jù)量較大，不利于數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，將全景技術(shù)應(yīng)用到古建筑保護(hù)和修復(fù)中，通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，可讓各地人們僅通過簡單的鼠標(biāo)和手機(jī)操作，便能身臨其境感受到古建筑的魅力，與虛構(gòu)的建筑場景中進(jìn)行漫游和交互。2、基于古建筑的全景展示設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)古建筑三維全景工作流程如圖1所示。圖1三維全景工作流程2.1圖像采集2.1.1搭設(shè)全景相機(jī)搭設(shè)全景相機(jī)，安裝全景相機(jī)與三腳架時(shí)應(yīng)與地面保持水平，以減少后期全景圖片處理的工作量。2.1.2設(shè)置全景相機(jī)參數(shù)按全景相機(jī)配置要求，配置全景相機(jī)的參數(shù)，見表1。實(shí)際拍攝過程中還要注意光圈大小、感光度（ISO）和快門速度之間的關(guān)系，即在光圈不變的情況下，感光度越低，快門速度就越慢；反之，感光度越高快門速度就越快。表1全景相機(jī)參數(shù)設(shè)定2.1.3完成全景拍攝在拍攝過程中，設(shè)置完成的參數(shù)都是不變的，拍攝過程中不要移動(dòng)三腳架，按前期調(diào)研后的拍攝方案，逐點(diǎn)進(jìn)行拍攝。2.2全景圖像拼接處理方法全景圖像拼接處理包括通過全景相機(jī)自有平臺(tái)拼接全景圖像和通用圖像合成軟件拼接全景圖像2種方法。2.2.1方法一：全景相機(jī)自有平臺(tái)本項(xiàng)目拍攝主要使用魚眼式全景攝像機(jī)，其樣式有多鏡頭式、單魚眼鏡頭式、混合式3種。拍攝后使用全景相機(jī)對(duì)應(yīng)的合成軟件進(jìn)行全景圖像的拼接，工作流程如圖2所示。圖2全景相機(jī)自有平臺(tái)工作流程具體操作步驟為：（1）連接電腦，打開全景相機(jī)自有圖像合成軟件；（2）根據(jù)拍攝場景設(shè)置拍攝模板；（3）選擇融合方式，視頻默認(rèn)選擇多重融合，圖像拼接默認(rèn)選擇無縫融合；（4）選擇分辨率，點(diǎn)擊“選擇分辨率”，可選擇輸出的視頻的分辨率；（5）地址保存和拼接，點(diǎn)擊“更改選項(xiàng)”，可設(shè)置保存地址，然后點(diǎn)擊“拼接選項(xiàng)”，開始視頻拼接；（6）完成全景圖像的拼接；（7）上述過程完成之后，通過修圖軟件進(jìn)行圖像的優(yōu)化工作，針對(duì)全景圖像的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行融合處理。2.2.2方法二：通用圖像合成軟件編輯處理通用合成軟件工作流程如圖3所示。圖3通用圖像合成軟件工作流程（1）打開所需拼接的照片；（2）編輯合成后的全景照片，調(diào)整垂直度、亮度、角度和陰影處理；（3）全部調(diào)節(jié)完成后，點(diǎn)擊渲染按鈕輸出；（4）完成全景圖像的拼接。2.2.3全景照片的方法分析（1）在可操作性方面，全景相機(jī)自有平臺(tái)可對(duì)拍攝圖像進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整輸出全景照片；通用圖像合成軟件需人工手動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。（2）在工作效率方面，全景相機(jī)自有平臺(tái)，可同時(shí)處理多張全景照片，操作便捷，工作效率高；通用圖像合成軟件每次只能處理一張全景照片，成果處理時(shí)間與拍攝照片數(shù)量成正比，工作效率較低。（3）在軟件通用性方面，全景相機(jī)自有平臺(tái)只能識(shí)別對(duì)應(yīng)品牌和型號(hào)的全景相機(jī)拍攝成果，不具有通用性；而通用圖像合成軟件不受全景相機(jī)品牌和型號(hào)限制，適用性強(qiáng)。（4）在軟件功能性方面，全景相機(jī)自有的平臺(tái)功能簡單，不具有修圖功能；而通用圖像合成軟件具有顏色校正、視圖剪裁、曝光調(diào)整等強(qiáng)大的修圖功能。為保證工作效率，參考本項(xiàng)目實(shí)際工作需求，采用通過全景相機(jī)自有平臺(tái)合成全景圖像的方式。2.2.4全景展示平臺(tái)全景圖像生成后，后續(xù)工作是非常重要的全景展示環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)在合成所有的全景圖后，進(jìn)行圖像編輯。經(jīng)編輯后的全景圖像可通過平臺(tái)進(jìn)行展示，可在平臺(tái)中通過鼠標(biāo)放大或縮小場景，也可通過觸控隨意拖動(dòng)各方向查看全景圖像。在全景圖像制作過程中還可添加熱點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)場景間的相互切換。此外，還可在全景圖像中插入語音解說、圖片、文字說明等。目前，市面很多同類軟件均是網(wǎng)絡(luò)版本，考慮到本項(xiàng)目的保密要求，需自主研發(fā)全景展示平臺(tái)，研發(fā)的平臺(tái)有單機(jī)版和網(wǎng)絡(luò)版2個(gè)版本，以方便不同項(xiàng)目使用的需求。自主研發(fā)的全景展示平臺(tái)可在每個(gè)影像采集點(diǎn)之間自由跳轉(zhuǎn)，也可通過虛擬現(xiàn)實(shí)全景三維定位跟蹤，并通過平臺(tái)以720°球型展示古建筑維護(hù)的全過程模擬和再現(xiàn)場景的真實(shí)環(huán)境的效果，使觀看者有身臨其境的感覺（圖4）。圖4全景展示平臺(tái)（計(jì)算機(jī)截圖）2.2.5使用心得由于目前全景相機(jī)的市場水平參差不齊，在采購全景相機(jī)時(shí)需注意以下事項(xiàng)：（1）全景相機(jī)操作是否智能化，是否自帶拍攝軟件并可進(jìn)行相機(jī)的參數(shù)設(shè)置，如HDR、曝光補(bǔ)償、感光度、白平衡、顯示模式等；（2）全景相機(jī)的分辨率適用范圍是否廣泛，即能否支持室內(nèi)和室外的拍攝；（3）全景相機(jī)是否有自身的照片合成軟件，合成軟件的操作性是否簡便；（4）與全景相機(jī)匹配的拍攝軟件及成果合成軟件是否受硬件設(shè)備的限制，例如有的全景相機(jī)的成果合成軟件會(huì)受手機(jī)型號(hào)的限制；（5）建議選擇可替換電池的全景相機(jī)。3、全景技術(shù)在古建筑項(xiàng)目中應(yīng)用成效3.1發(fā)揮古建筑的價(jià)值由于有些古建筑地處交通閉塞區(qū)，無法更好地發(fā)揮其價(jià)值。通過全景技術(shù)可展示出與實(shí)際相同的虛擬感受，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可統(tǒng)一整合考古研究數(shù)據(jù)和文物資源，將全景成果向社會(huì)傳播，不會(huì)影響古建筑安全。3.2提升古建筑保護(hù)技術(shù)水平我國古建筑具有豐富的色彩和造型，但受材質(zhì)影響易出現(xiàn)表面脆化、脫色、剝落等現(xiàn)象，即使人工修復(fù)仍難以長期保存和展示。通過全景技術(shù)展現(xiàn)古建筑修復(fù)后的影像，可輔助古建筑的色彩修復(fù)工作，檢驗(yàn)修復(fù)技術(shù)的可行性；將全景技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，可在電腦中多角度展示文物，使古建筑實(shí)體數(shù)據(jù)保存在更加嚴(yán)密的環(huán)境中，有利于延長古建筑的壽命。3.3便于古建筑的全方位展示全景技術(shù)可記錄真實(shí)場景，最大限度地保留場景的真實(shí)性，形式新穎，內(nèi)容豐富，除具有互動(dòng)性的觀察場景外，還可添加文本、音頻、視頻、超鏈接等多項(xiàng)內(nèi)容。具有制作周期短、展示成本低、時(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)。在一般情況下，對(duì)全景技術(shù)播放設(shè)備要求不高，普通手機(jī)或電腦均可進(jìn)行查看播放。3.4延長古建筑資料存儲(chǔ)周期傳統(tǒng)的相機(jī)拍攝因受拍攝角度限制，且對(duì)拍攝部位無法進(jìn)行精確描述，無法承載更多的數(shù)據(jù)信息，不利于數(shù)字信息之間產(chǎn)生關(guān)聯(lián)和查找，采用全景拍攝可結(jié)合數(shù)字化信息平臺(tái)，加載時(shí)間、文本資料等更多的數(shù)據(jù)信息，完整地記錄施工過程中人員、材料、機(jī)具、技術(shù)方案、工藝、會(huì)議記錄等信息，并在平臺(tái)中具體描述拍攝的問題或記錄進(jìn)行具體描述，使圖像加載更多信息，為工程全過程信息追溯提供數(shù)據(jù)保證。全景照片還可對(duì)施工工藝、工序、方法及效果形成影像資料等，便于長期保存。4、結(jié)束語通過在古建維護(hù)項(xiàng)目中使用全景技術(shù)，打破了時(shí)間和空間的限制，為古建筑的發(fā)展和推廣提供了全新的視角和全新的虛擬體驗(yàn)。如今，全景技術(shù)已開始廣泛應(yīng)用于古建筑的還原和再現(xiàn)領(lǐng)域中。利用全景技術(shù)，能全方位展示中國傳統(tǒng)古建筑的結(jié)構(gòu)之美，有效記錄和保護(hù)這一民族瑰寶，實(shí)現(xiàn)古建筑的數(shù)