虚拟现实―秦始皇兵马俑三维全景摄影和物体三维扫描虚拟技术可以作为增强艺术感染力的辅助手段，它展示的景象和角度，常常在现实中被限制或者根本不可能被展现出来。参观展览或博物馆的观众可以通过虚拟置身于那些很远的、大多是无法发掘的宝藏，或者观赏一个很难被发掘的作为对观众展示的古遗址。
德国的国旗这个项目的初衷是以秦始皇陵兵马俑为例，探索使用虚拟技术的可能性。其目标是通过全景摄影来设计和实施“虚拟之环游”以及以物体三维扫描的形式对三维场景做虚拟化处理。
三维全景摄影1和物体三维扫描
如何理解三维全景摄影和物体三维扫描2？在三维全景摄影中，显示在观赏者面前的是全景中一个观测点的虚拟环境，其间水平的和垂直的视线可以任意改变。物体三维扫描则能实现在要观赏的物体周围做虚拟的运动。该对象可以从各种不同的角度来观赏。借助于物体三维扫描，可以实现有立体感的和高清晰度的展示，并且以时间为顺序进行编排。
图1： a)拍摄每组间隔24度的15张照片； b)拍摄＋45度、0度、－45度三组照片时的相机。
实现这种影视的展示需要借助于一种特殊的观看软件3，在这个软件中，视线可随鼠标随意操纵。因此就有可能在虚拟世界的空间里自由取定方位，改变场景，研究细节。观者在一旁看到的是取自全景的一个长方形的片段。用鼠标触动它，景致的其他部分便纷至沓来，这样可不停地变换视角。另外，开始显示时的清晰度并非最高。按住浏览器的变焦按钮，所取之景便能放大，观者在视觉上便产生与此景愈来愈近的错觉。
虚拟现实技术的应用可为观赏艺术品提供一种辅助工具，虽然不能代替对物体的研究，但却可避免不必要的负担。特别是使用三维全景摄影和物体三维扫描真实生动的表现，使人们可以通过艺术品的虚拟形式对其进行风格研究－即使是相隔甚远，也可以通过网络互联。
三维全景摄影
情景剧剧本
秦始皇兵马俑博物馆的参观者只能从俑坑的边缘观赏兵马俑。在俑坑中完成的三维全景摄影使他们有可能就近仔细观审兵马俑。
三维全景摄影在计算机上的输出可分三种不同的展示类型：柱面、球面和立方体：柱面展示时，全景照片如同环挂在圆柱的外表，观者位于圆柱的中心。沿水平方向可旋转360度，垂直方向的观看角度低于120度。在球面和立方体面的展示中，均可在水平方向旋转360度，垂直方向的视角不受限制。
兵马俑博物馆的一号坑被选为三维全景摄影的对象。基于良好的光线条件，坑的前部适于作为摄影的位置。
制作三维全景摄影需要先拍摄几张照片。我们用的是带广角镜头的单反数码相机4，相机带一个特殊的全景云头并固定在一个三角架上。相机可以准确的校直，并可围绕一个节点5进行旋转。这样做是为了避免视差误差，否则在照片组合后会看到误差。用小水准仪或安装在三角架头上的气泡水准仪可以进行水平校直。
为了在360度水平旋转的情况将整个环境都拍摄下来，根据不同的镜头需要拍摄12－16张照片。相机固定在三角架上，每隔一个固定的角度拍一张。重要的是，每张照片要有大约30％的重叠区，这样做是为以后用Stitching软件6进行照片的组合带来方便。为了制作球面三维摄影（360×360度），则需要拍摄三组照片：一组沿水平
方向，一组将相机沿水平向上45度，一组向下45度拍摄(图lb)。接着还要单拍一张垂直向上(图2a)和一张垂直向下的照片(图2b)。在拍垂直向下的照片时，无法使用三角架，所以相机必须手持并尽可能不要挪动位置。
图2：拍摄垂直向上和向下的照片时的相机位置；a)拍摄顶部，相机架在三角架上；
b)地面照片，相机手持，三角架必须拿开。注意：脚可能被拍进照片！
使用所带的广角镜头7每隔24度的角距旋转拍摄15张照片(图1a)。三组旋转拍摄，加上上下两张，共需拍摄47张照片(图3)。
系统字体拍一组照片时，相机在整个拍摄过程中的位置不能有所变化。只有曝光、距离、频谱白色点等等取值保持固定，才能保证计算机合成照片的成功。一组照片的取值各异，照片的叠合部位便会产生边痕。最严重的情况下，单张照片将无法合成拼接。因此有必要用手动控制相机，在拍摄时不要再调距离。
当所有的拍摄完毕后，将数码照片输入计算机里的Stitching软件8，合成并拼接制图(图4)。制成的是(QTVR)多媒体动画格式的三维全景摄影，可以通过一个相应的显示器来观看。为了获得好的结果，通常需要对画面局部进行加工。
倘若在一处完成了好几组三维全景摄影，各个文件可以通过所谓的“热点”(Hotspots)9彼此“衔接”。这样便有可能在一个发掘地的不同地点“虚拟”地走动和四处观察。在兵马俑博物馆一号坑的五个不同的地方均拍摄了三维全景照片，这些全景照片可以连接成“虚拟的绕场一周”。拍摄时由早晚和天气所决定的不同的光线条件，会带来不同的结果和气氛，所以各组三维全景摄影只有在一定条件下才能彼此连接。
图3：使用Stitching软件（Realviz Stitcher）将单张照片合成三维全景摄影。
物体三维扫描
在兵马俑博物馆里，我们选“绿脸”跪射俑进行了物体三维扫描。
制作物体三维扫描的出发点依旧是数码照片。共有两种不同的拍摄方法，即Singlerow和Multirow技术10。单行物体三维扫捕只由一行照片组成，用相机围绕物体的水平面拍摄。接连从上或从下斜拍，便称为多行技术。
拍摄时使用了一台单反数码照相机、一个三角架以及一个带角度刻度的转盘。使用中性的背景，可以避免加工时要从每张照片上除去背景的麻烦。将俑置于转盘中央，以两个日光光源照明。在相机的置放位置上，要注意在转动转盘时不能让极端伸出的部位脱离视野。拍摄整组照片时，相机的位置不变。拍摄所有的照片过程中，一旦确定的曝光时间和距离同样不能再变。
选择的转动角度愈小，拍摄的照片便愈多，以后展示时，物体的运动便愈流畅。跪射俑的物体三维扫描利用的是单行技术。每隔22.5度的角度转动一下俑。因此转完360度一圈，共拍了16张照片。
在照片输入计算机后，下一步步骤是用一个加工软件11将照片的背景去掉，再以统一的深灰色的背景代之。再将照片输入一个制作物体三维扫描的软件12继续进行组合处理。通过相应的程序设置，可以确定合适的物体三维扫描的特性，如视窗尺寸、起动点、自动起动等等。作为播放格式而使用的是QT
VR物体三维扫描格式。仔细观看所制作的物体三维扫描后，照片上的缺陷还可通过图片处理程序来排除。接着需要再将照片组合成物体三维扫描。梅花三弄歌词
图4：为物体三维扫描准备照片：使用图处理软件片（Adobe Photoshop）去掉和代替背景。
豆沙面包圈
虚拟技术的优势
三维全景摄影和物体三维扫描这两种形式的虚拟三维场景，制作不太费事，费用也不高。这样便能以高质量、逼真地表现物体和空间。这种形式的可视化为传达空间感开辟了新前景。博物馆的参观者通过积极介入“虚拟艺术”，获得了新的观赏途径，
从而促进了对艺术品的理解。三维全景摄影和物体三维扫描的另一个优点是，观看方便、展示软件(摄影播放器)操作简单。特别能够吸引观者的是，在一个场景中可任意
选择视点。
博物馆和考古博物馆都可用三维全景摄影和物体三维扫描，配备语言、图像和解说来加强陈列效果。除了艺术品之外，借助于显示器或电脑投影仪，还可传播补充的内容。
由于移动电话已具备播放电影或录像的功能，未来还可以在博物馆把带有补充信息和图像的影片传到展品前的观者的手机上。配备解说词、照片和其它模拟，可以将摄
影影片存到光盘和数字视盘上在博物馆商店里出售。
这种技术还可以用到多媒体和电视制作领域中去。
1德文概念Panorama由希腊语“pan”(=所有的)和“horama”(＝视)组成，意思是概观或全景。
2三维全景摄影和物体三维扫描由于其虚拟表现的特性，亦被称为全景虚拟现实或物体虚拟现实，VR为虚拟现实的缩写。
3一种这样的观看软件(英文称作“Viewer”)是苹果公司的QuickTime Player。QuickTime是一个制作和播放影片、声音、模拟、动画、文本和音乐的多媒体平台。播放器包括一个浏览器的插件Netscape和Internet Explorer，QuickTime影片借此可以纳入网站并直接能够在浏览器上播放。QuickTime播放器可以在以下网址免费下载：http：//www./quicktime/download/standalone/)。
睡眠和休眠4相机：Nikon D100，镜头：Nikon 18 mm。
5英语Nodalpoint=节点或零点。相当于镜头的光学中心。
6英文to stitch together=钉合，压合。
为自己加油的句子7数码相机的传感器大多较小，与小型相机相比，它会缩小视界。所用的Nikon D100相机的焦距一延长因子大约为1.5。一个18 mm的广角镜头因此相当于一个小型相机的27 mm的镜头。
8制作三维全景摄影的程序：Realviz Stitcher V.4.0。
9一个“热点”通过超文本衔接建立与网页的连接。
10 Singlerow：取自英文single=单个和row=行(= 一行)；multirow取自英文multi-=多…．．，更多…．．(=多行)。
11所使用的数码照片的处理软件是Adobe Photoshop CS。
12制作物体三维扫描的软件是Apple QuickTime VR Authoring Studio V.1.0
(作者单位：霍笑游（Felix）：德国巴伐利亚州文物保护局孟中元：秦始皇兵马俑博物馆研究室）
刊登于载德国巴伐利亚州文物保护局与秦兵马俑博物馆联合出版的《让过去拥有未来：十五年德－中
文物保护的方法与检验》
钟表模型并通过该技术本人借与德国朋友Felix下秦兵马俑一、二号坑的机会，采用全景摄影独立制作了秦俑
一号坑军阵及秦俑二号坑文物遗址的三维全景虚拟展示，用在自己独立开发制作的秦兵马俑博物馆官方网
站上供公众对秦兵马俑一、二号、三号坑的三维虚拟参观。
