基于全景图像拍摄的服装工艺仿真教学课件开发*

◆陈鹏

作者：陈鹏，湖南涉外经济学院艺术设计学院服装系系主任、讲师，研究方向为服装工程与数字技术（410205）。

1 全景图像技术

全景图像是图像绘制技术中的一个重要研究方向，其在虚拟环境、计算机视觉以及多媒体领域得到广泛应用[1]，属于虚拟现实技术的范畴。主要是通过数码相机等专业设备360°旋转拍摄出一组序列图片，通过相关软件或程序拼接和调整，生成全视角的图像；或者是通过三维图形软件制作出三维场景或物体，设置好模拟摄像机的角度，选择全景渲染方式（Panorama Exporter）生成全景图像。全景图像是一种对周围场景进行某种几何关系映射而生成的平面图，然后经全景播放器的校正处理后形成的一种全方位视觉特效，从而给人以三维立体的感官体验。

全景图像最大的特点是视角的360°上下左右环视，主要表现在：能给人身临其境的上下左右三维立体空间环视效果；场景360°范围内的所有信息能真实而全面地展示出来。浏览全景图像时，用户通过全景浏览器利用键盘或鼠标上下、左右任意选择自己的视角，并可根据需要进行放大或缩小观看场景内的细节，实现对整个场景环视或对对象物体的360°多视角显示，具有很强的动感和景深透视效果。

2 仿真课件设计的目的与功能

服装工艺仿真课件作为专业教学过程中必不可少的工具之一，主要目的是有针对性地对企业生产工艺技术与生产过程精选案例进行提炼，运用相应的技术手段将其模拟再现，使服装工艺知识点形象化、直观化，并通过交互操作，让学生在专业知识与技术的学习过程中得到很强的沉浸感与体验感，使服装工艺理论与技能的学习同企业生产实际应用达到零距离接触，从根本上解决产与教的无缝对接[2]。在传统的服装工艺教学过程中，技能实训往往是教学的侧重点，实训过程及实际应用效果直接受教师自身的实践经验影响。

同时，服装工业化生产过程所应用到的特种工艺设备和生产物料，在工艺教学过程中以实训设备与器材的形式完全体现出来是很难做到的，这就使得学生在服装工艺课程学习时无法系统而完整地掌握基于服装产品标准化生产的工艺基础知识与技能，同时也限制了学生在服装工艺设计方面的思维拓展。

因此，以全景图像技术为基础的服装工艺仿真课件所要实现的功能主要有以下几点。

其一，全视角展示功能：根据课件内容规划展示对象，将教学所需的服装企业产品生产车间与流水线、相关的服装工艺设备、成衣进行360°三维虚拟展示，让学生全方位地了解与感受服装企业生产现场，认识了解工艺实训拓展的设备与器材，增强学生专业学习的临场感。

其二，体验性的交互功能：在仿真课件操作中，学生通过鼠标与键盘可以进行场景与模型多视角转换展示，或根据学习进度需要在三维虚拟环境下选择知识模块进行自主学习，来强化学生专业学习与实训时的临场体验感。

其三，系统的知识链接功能：在360°三维虚拟展示的场景和模型中，以服装工艺教学模块为基础规划课件教学内容，通过图片、文字与视频动画等形式，将课程学习所需的必备知识点与拓展知识点嵌入其中，通过仿真课件生动直观的特点强化专业知识学习的系统性。

3 课件开发的内容与主要工具

课件开发的主要内容全景图像所实现的主要是展示功能，将目标对象360°、全方位地展示出来，它属于虚拟现实的范畴。随着Internet 的应用与普及，全景技术也得到了迅速发展，全景的种类已从简易的柱形全景，发展到球形全景、立方体全景、对象全景等[3]。服装工艺课件所应用的全景图像重点体现的也是展示功能，将学校工艺实训室无法体现的服装生产设备、产品生产线、成衣等场景与模型，通过图像拍摄、拼接、交互设计等手段实现实景三维多视角展示；同时通过相关技术，在场景内添加相关文字图片资料、网站、视频等教学内容，使学生在一个实景虚拟的环境下，直观而形象地完成某个教学项目的自主学习。基于此，球形全景、对象全景两类图像应用在服装工艺课程仿真教学课件的开发中，是比较符合仿真教学目的的。

球形全景图像主要为水平360°、垂直180°的全视角场景开发，对应服装工艺课程教学的知识点，场景模型涵盖了服装生产企业技术部、裁剪车间、缝制车间、后整理车间等部门。对象全景主要用于聚焦于某个对象360°旋转视角的设备与产品的开发。在服装工艺设计课程范围内，包括了各种生产设备与器具（普通缝纫设备、特种工艺设备、熨烫设备、裁剪设备等）、成衣产品（各种类型的男女服装款式）、生产物料（面辅料、服饰配件等），对应建立链接的教学资源素材包含场景内设备、工具，生产工艺基本知识，生产规范与标准，单件服装的生产工序、质量标准、材料配伍、缝制技巧等文字资料、图片展示、动画演示、实操视频演示、网站链接等内容。主要体现教学内容的仿真性、教学情境的虚拟性、教学形式的协作性等特点，是虚拟现实技术在服装工艺教学中应用的主要层面。其实质是以服装现代生产技术的内容为核心，建立起仿真模型及其仿真交互的功能，然后在此基础上再加上多媒体或虚拟外壳，即仿真操作的界面，外部特征是多媒体或虚拟仿真的环境，其内部是对生产技术实践仿真模型实时仿真的过程[4]。

仿真课件中全景素材开发的主要工具服装工艺仿真课件中全景场景与模型开发主要采用的是球形全景技术与对象全景技术，涉及的工具包括拍摄全景素材所需的硬件器材与后期制作所需软件工具两部分。

1）硬件器材。无论是球形全景图像还是对象全景图像，都是由多幅序列图像拼接组成的，序列图像越少，图像成像效果越精细，完成的全景图像质量就越高。首先，球形全景所需的序列图像拍摄的工具选择，以目前成像在2400 万像素以上的专业单反数码相机和与其机身配套的8 ～16 mm鱼眼镜头为佳，其特点是焦距短，景深长，透视汇聚感强烈，视角范围可达到180°以上。一般采用鱼眼镜头拍摄球形全景所需的序列照片，最少只需拍摄2 ～4 幅图像即可，对于相应的图像映射处理技术来说，完全减少了图像拼接的难度。

同时，选择具有一定重量且材料强度较高的三角架和与之配套的全景摄影专用云台也是必不可少的。其作用是通过云台上纵横标尺刻度来保持相机的节点的稳定性，并将镜头中心节点与云台的旋转轴心对齐吻合。在拍摄时各旋转角度的图像都处在一个“节点”上，致使每幅序列图像都处在同一个水平状态，减小了序列图像拼接部位的误差，拼合的全景图就会完美。

此外，在拍摄对象全景序列图像时，选择具备可设定旋转角度与往返功能、可设定在旋转角度内平台暂停的次数及时间功能、可连接相机同步旋转拍摄功能的载物转台与托盘也是必不可少的。

2）软件工具。目前全景图后期制作的软件有很多，主要用于各类全景图序列图片的拼接、全景图像后期处理与发布，如Realviz Stitcher、3DVista Flash VT Exporter、Pano2VR、PT.GUI、Panorama Express、Adobe Photoshop、Adobe Flash、上海杰图造景师、Ulead Cool360 等。

4 仿真课件制作过程——以服装裁剪车间全景拍摄为例

服装裁剪车间场景的拍摄在全景图像制作过程中，序列图片拍摄的质量直接影响到全景展示的效果。其中影响图像质量的主要因素是拍摄视角与全景拍摄器材的选择。在服装裁剪车间的序列图片拍摄时，其拍摄视角的选择应注意以下几个方面。

其一，体现教学课件内容的链接的器具与物品尽量接近拍摄点，四周的视角应开阔，周围没有遮挡物，可以将整个车间场景一览无遗。

其二，拍摄的天花板与地面的纹理与物品不宜太复杂，以地面为参照，保持为水平状态。

其三，避免对车间内生产人员的正常流动形成阻碍。

全景图像的拍摄器材包括单反数码相机、10.5 mm 鱼眼镜头、带有水平与垂直刻度标尺的云台与三脚架等。在装配相机、云台与三脚架时，相机成像节点与全景云台旋转点的调节是全景图像拼接的精度与质量的关键，两点应在同一条线上，并且相机与云台的支架保持垂直状态。在相机装配在云台支架上后，可以参考支架上的刻度移动相机的位置来调整拍摄的节点，直到对准为止。

在360°旋转拍摄时，根据每个旋转角度光线的不同来调节相机的光圈、ISO 值、快门等参数，通过调节云台底座转台上的刻度，每旋转60°拍摄一幅图像，保持水平状态下旋转一周拍摄六幅图像，如图1所示。拍摄全景图像顶视图时，相机的视角保留在拍摄水平环视序列图的第六幅角度，将三角架保持在稳固状态，不要让其产生任何挪动，通过调整云台上的旋转扳手，相机镜头垂直对准天花板，参照水平序列图拍摄时的参数调节好相机参数进行拍摄；拍摄地面时同样参照第六幅的视角角度，站在相机在水平拍摄时漏拍的区域之外，手持三角架，镜头对准放置三脚架的地面，相机与地面保持水平状态，将镜头视角对准涵盖水平拍摄时漏拍的区域进行拍摄。

360°球形全景图的拼接与后期修整全景图像中三维场景生成的关键环节是图像拼接技术，主要是将连续拍摄的一个场景中序列图片重叠部分利用软件工具或图像合成算法进行技术处理，无缝组合成一幅完整的矩形投影平面图。它分为水平拼接、垂直拼接、水平与垂直结合拼接三种[5]。根据拍摄的特点，本文采取的是利用相关软件对图像进行水平与垂直拼接相结合的方法，图片的修整分三个步骤进行。

第一步，通过PT GUI 软件导入需要拼接的序列图像，其中包括水平环状拍摄的六幅图像和顶部与地面拍摄的两幅图像，调整图片顺序，建立图像拼接的参考点，设置好参考点的参数与输出路径，点击软件“Create Panorama”按钮将自动拼合的图像输出为球面投影矩形平面图，生成球形的全景平面图像。

第二步，修补与调整球面全景图像接缝与色彩。针对软件自动拼接时全景图像所产生的边缘接缝偏差，以及拍摄场景时由于光线细微变化各幅序列图像产生的色彩偏差，主要利用Photoshop 软件中的区域选择、色彩调整、画笔、图章、橡皮擦等工具进行调整修正。

第三步，修补球面全景图像的顶部和底部。通过软件自动拼接的球面投影矩形平面图多少会产生一些拼接接缝的误差，主要通过Pano2VR 与Photoshop 软件来修正，修正过程主要包括水平十字形平面图片的转换，利用图章工具、变形、剪切、复制与粘贴命令等进行地面图像偏差的调整，修正后的水平十字形图片转换成球面投影矩形平面图等过程，如图2所示。

全景交互展示与课件发布球形全景水平360°、垂直180°立体展示的实现有很多方法，但主要是以网络的形式通过浏览器展示来体现的，包含两种形式：一种是利用相关软件制作成与IE 浏览器兼容的文件格式，通过IE 浏览器中的全景图像播放插件进行交互展示；另一种是利用编程工具自主设计与开发独立的全景图像系统展示系统与浏览器，封装成独立的软件，结合相关的硬件设备，通过相关软硬件工具进行交互操作来实现全景的展示。服装裁剪车间360°球形全景图像主要是通过Panorama Express 软件应用来实现展示、课件教学资源的嵌入与交互操作等功能的。完成的360°场景图像应以体现工艺教学内容为重点，在单个场景图像的视角不能完全满足课程教学资源嵌入的情况下，可以选择多个拍摄点进行多个场景的拍摄与全景图像制作，通过相应的技术手段进行集成封装，实现多场景切换展示。

课件的交互设置分几步来完成。

第一步，打开软件，将完成的单幅或多幅裁剪车间球面投影矩形平面图导入软件中，根据教学进度需要调整各视角场景展示的先后顺序，展示的形式选择为球形全景，形成一个多场景切换操作的服装裁剪车间全景展示空间。

第二步，通过软件工具中添加全景展示的交互功能，根据软件操作流程模块，完成课件的欢迎画面制作与导入，并针对多幅场景进行课件背景音乐或者语音介绍的设置。

第三步，设置教学资源链接的热点，打开软件工具栏，选择对应的热点添加按钮，根据教学内容的设计将按钮拖动到对应的场景模型区域，在弹出的对话框设置课件的交互功能，其交互的内容包括裁剪工艺流程文字说明、裁床操作规范文字说明、裁剪设备图片细节展示、单件裁剪工艺操作图示与视频链接、批量裁剪工艺操作图示与视频链接、裁片捆扎与编号操作视频链接与文字说明、裁片质量标准文字说明等。

第四步，仿真课件打包封装，选择网络浏览格式进行课件的发布，主要是通过软件将制作完成的场景文件导出，系统则自动生成一个文件包，将所有的编辑信息保存在一个文件夹内，通过软件自动生成的浏览器进行全景的交互浏览。并在软件输出选项中设置展示系统嵌入到IE 浏览器当中的页面效果，以便集成在网页当中运行。课件浏览效果如图3所示。

5 结语

全景图像技术与服装工艺教学内容结合进行课件开发，与传统的课件的区别是，给学生提供的是在具有实景仿真特点的虚拟空间内进行自主学习的交互体验，体现出企业实景再现、仿真体验交互等优势，使其专业教学与技能训练生动而直观起来。在实际教学过程中，可根据课程内容的需要定期到合作服装企业进行教学素材采集，与企业生产模式、技术与设备的升级与更新同步，及时对课件教学资源进行动态调整，更新课件所包含的知识点，使专业教学时刻保持适时性。同时，根据服装工艺课程的内容系统设计与规划若干教学项目，以教学项目为基础进行系列仿真课件的开发，并利用互联网技术与云计算技术扩展成服装工艺仿真教学共享平台，形成一个三维立体仿真的虚拟学习生态环境，使服装工艺教学更加具有系统性，仿真教学资源更加具有生命力。

[1]肖甫，吴慧中，肖亮，等.一种光照鲁棒的图像拼接融合算法[J].中国图象图形学报，2007，12(9):1671-1675.

[2]欧阳心力，陈鹏.服装工艺虚拟仿真教学模式探究[J].中国科技纵横，2009(11):62-63.

[3]胡小强.虚拟现实技术[M].北京:北京邮电大学出版社，2005:143.

[4]赵经成，李富荣.网上虚拟实验室建设[J].海军院校教育，2002(1):69-71.

[5]赵启文.基于图像的全景图实现技术的研究[J].辽宁交通科技，2005(5):84.