全景技术在古建筑修复中的应用

近年随着“移动互联网”“互联网+”的发展，基于互联网的技术手段与产品展示手段层出不穷。虚拟现实、三维扫描、全息投影等技术成为非物质文化遗产传下去的现代科技手段。以北京某古建筑项目为例，探索全景技术如何应用于古建修复项目中。1、研究背景中国古建筑以其独特的木结构形式在世界建筑史中独树一帜，随着历史更迭，我国古建筑遭到了不同程度的破坏，现存数量越来越少，作为历史文化遗产，古建筑受到越来越多的学者重视，保护和修复古建筑已经刻不容缓。古建筑资料留存的传统方式一般以静态为主、动态为辅，即主要通过文字、照片和测绘图表等记录方法，或搭配少量音频与视频资料进行辅助动态说明，以更好地记录信息，但这些传统方法都只能带给参观者平面的印象，且记录方法数据量较大，不利于数据储存。随着科学技术的发展和大数据时代的到来，将全景技术应用到古建筑保护和修复中，通过互联网进行传输，可让各地人们仅通过简单的鼠标和手机操作，便能身临其境感受到古建筑的魅力，与虚构的建筑场景中进行漫游和交互。2、基于古建筑的全景展示设计与实现古建筑三维全景工作流程如图1所示。图1三维全景工作流程2.1图像采集2.1.1搭设全景相机搭设全景相机，安装全景相机与三脚架时应与地面保持水平，以减少后期全景图片处理的工作量。2.1.2设置全景相机参数按全景相机配置要求，配置全景相机的参数，见表1。实际拍摄过程中还要注意光圈大小、感光度（ISO）和快门速度之间的关系，即在光圈不变的情况下，感光度越低，快门速度就越慢；反之，感光度越高快门速度就越快。表1全景相机参数设定2.1.3完成全景拍摄在拍摄过程中，设置完成的参数都是不变的，拍摄过程中不要移动三脚架，按前期调研后的拍摄方案，逐点进行拍摄。2.2全景图像拼接处理方法全景图像拼接处理包括通过全景相机自有平台拼接全景图像和通用图像合成软件拼接全景图像2种方法。2.2.1方法一：全景相机自有平台本项目拍摄主要使用鱼眼式全景摄像机，其样式有多镜头式、单鱼眼镜头式、混合式3种。拍摄后使用全景相机对应的合成软件进行全景图像的拼接，工作流程如图2所示。图2全景相机自有平台工作流程具体操作步骤为：（1）连接电脑，打开全景相机自有图像合成软件；（2）根据拍摄场景设置拍摄模板；（3）选择融合方式，视频默认选择多重融合，图像拼接默认选择无缝融合；（4）选择分辨率，点击“选择分辨率”，可选择输出的视频的分辨率；（5）地址保存和拼接，点击“更改选项”，可设置保存地址，然后点击“拼接选项”，开始视频拼接；（6）完成全景图像的拼接；（7）上述过程完成之后，通过修图软件进行图像的优化工作，针对全景图像的细节部分进行融合处理。2.2.2方法二：通用图像合成软件编辑处理通用合成软件工作流程如图3所示。图3通用图像合成软件工作流程（1）打开所需拼接的照片；（2）编辑合成后的全景照片，调整垂直度、亮度、角度和阴影处理；（3）全部调节完成后，点击渲染按钮输出；（4）完成全景图像的拼接。2.2.3全景照片的方法分析（1）在可操作性方面，全景相机自有平台可对拍摄图像进行自动调整输出全景照片；通用图像合成软件需人工手动进行调整。（2）在工作效率方面，全景相机自有平台，可同时处理多张全景照片，操作便捷，工作效率高；通用图像合成软件每次只能处理一张全景照片，成果处理时间与拍摄照片数量成正比，工作效率较低。（3）在软件通用性方面，全景相机自有平台只能识别对应品牌和型号的全景相机拍摄成果，不具有通用性；而通用图像合成软件不受全景相机品牌和型号限制，适用性强。（4）在软件功能性方面，全景相机自有的平台功能简单，不具有修图功能；而通用图像合成软件具有颜色校正、视图剪裁、曝光调整等强大的修图功能。为保证工作效率，参考本项目实际工作需求，采用通过全景相机自有平台合成全景图像的方式。2.2.4全景展示平台全景图像生成后，后续工作是非常重要的全景展示环节。该环节在合成所有的全景图后，进行图像编辑。经编辑后的全景图像可通过平台进行展示，可在平台中通过鼠标放大或缩小场景，也可通过触控随意拖动各方向查看全景图像。在全景图像制作过程中还可添加热点，以实现场景间的相互切换。此外，还可在全景图像中插入语音解说、图片、文字说明等。目前，市面很多同类软件均是网络版本，考虑到本项目的保密要求，需自主研发全景展示平台，研发的平台有单机版和网络版2个版本，以方便不同项目使用的需求。自主研发的全景展示平台可在每个影像采集点之间自由跳转，也可通过虚拟现实全景三维定位跟踪，并通过平台以720°球型展示古建筑维护的全过程模拟和再现场景的真实环境的效果，使观看者有身临其境的感觉（图4）。图4全景展示平台（计算机截图）2.2.5使用心得由于目前全景相机的市场水平参差不齐，在采购全景相机时需注意以下事项：（1）全景相机操作是否智能化，是否自带拍摄软件并可进行相机的参数设置，如HDR、曝光补偿、感光度、白平衡、显示模式等；（2）全景相机的分辨率适用范围是否广泛，即能否支持室内和室外的拍摄；（3）全景相机是否有自身的照片合成软件，合成软件的操作性是否简便；（4）与全景相机匹配的拍摄软件及成果合成软件是否受硬件设备的限制，例如有的全景相机的成果合成软件会受手机型号的限制；（5）建议选择可替换电池的全景相机。3、全景技术在古建筑项目中应用成效3.1发挥古建筑的价值由于有些古建筑地处交通闭塞区，无法更好地发挥其价值。通过全景技术可展示出与实际相同的虚拟感受，结合网络技术可统一整合考古研究数据和文物资源，将全景成果向社会传播，不会影响古建筑安全。3.2提升古建筑保护技术水平我国古建筑具有丰富的色彩和造型，但受材质影响易出现表面脆化、脱色、剥落等现象，即使人工修复仍难以长期保存和展示。通过全景技术展现古建筑修复后的影像，可辅助古建筑的色彩修复工作，检验修复技术的可行性；将全景技术与互联网相结合，可在电脑中多角度展示文物，使古建筑实体数据保存在更加严密的环境中，有利于延长古建筑的寿命。3.3便于古建筑的全方位展示全景技术可记录真实场景，最大限度地保留场景的真实性，形式新颖，内容丰富，除具有互动性的观察场景外，还可添加文本、音频、视频、超链接等多项内容。具有制作周期短、展示成本低、时效性强等特点。在一般情况下，对全景技术播放设备要求不高，普通手机或电脑均可进行查看播放。3.4延长古建筑资料存储周期传统的相机拍摄因受拍摄角度限制，且对拍摄部位无法进行精确描述，无法承载更多的数据信息，不利于数字信息之间产生关联和查找，采用全景拍摄可结合数字化信息平台，加载时间、文本资料等更多的数据信息，完整地记录施工过程中人员、材料、机具、技术方案、工艺、会议记录等信息，并在平台中具体描述拍摄的问题或记录进行具体描述，使图像加载更多信息，为工程全过程信息追溯提供数据保证。全景照片还可对施工工艺、工序、方法及效果形成影像资料等，便于长期保存。4、结束语通过在古建维护项目中使用全景技术，打破了时间和空间的限制，为古建筑的发展和推广提供了全新的视角和全新的虚拟体验。如今，全景技术已开始广泛应用于古建筑的还原和再现领域中。利用全景技术，能全方位展示中国传统古建筑的结构之美，有效记录和保护这一民族瑰宝，实现古建筑的数