全景影像繪製之立體相機原理

全 景 影 像 繪 製 依 據 相 機 的 設 定 ， 分 為 單 像 （monoscopic ） 以 及 立 體

（stereoscopic）。以環繞場景的圓球繪製方式來看，單像影像即是設置單一相機，

對選定的一中心軸作水平環繞繪製而得。此種方法繪製出單一全景影像，而非一 組左、右影像，無法達到立體效果。而立體影像是藉由設置兩台相機，繪製出兩 張影像來達到立體效果。倘若利用單像影像的方法分別繪製兩張影像，兩相機分 別對自己的軸心作旋轉繪製。如圖 2.12 所示，在旋轉之初，兩相機的相對視點位 置正確，可產生正確的立體效果；然而，隨著兩相機旋轉，轉至90°時，兩影像沒 有像差。此外，當兩相機旋轉至180°，兩相機的相對視點左、右交換，會產生雙 眼交叉的錯誤效果。正確的相機設置應該以模擬人體雙眼與頭部的關係，設置兩 台相機對同一軸心作旋轉，而非各自旋轉。如圖 2.13 所示，兩相機中間的距離即 對應人體的雙眼間距。

圖 2.12 兩異軸像機的製圖概念 [20]

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圖 2.13 兩同軸相機的製圖概念 [20]

由上述可以得知立體影像是由設置兩台相機所繪製，並說明兩台相機軸心如 何旋轉與其效果。接下來，將說明兩同軸相機的三種相對關係對於投影結果的影 響。繪製全景影像的相機旋轉方式普遍以每次旋轉0.5°至1°的方式繪製影像。當兩 相機以對稱視錐的中線分隔，保持平行的可視軸線，兩視錐以水平方向偏移，稱 為平行（parallel）方法。如圖 2.14，此方法未設置零視差平面，因此，零視差發 生在無限遠處，場景中的所有物體都具有負視差。這種方法比較適合用於視野寬 闊、無邊無際欲呈現風景的場景。

圖 2.14 相機平行設置 [21]

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如圖 2.15，當兩相機模擬雙眼注視於一物體，兩相機透過對稱的視錐沿著中 央線向內交於一點，稱為聚合（converged 或 toe-in）方法。如圖 2.16，這種投影 方式會因為兩相機的角度差異產生垂直視差（vertical parallax）。觀測畫面時會因 為影像的不一致，使得人類的大腦無法將兩影像融合、難以於畫面邊緣對焦，產 生影像扭曲的感覺，容易造成眼部疲勞與不適感。

圖 2.15 相機聚合設置 [21]

圖 2.16 相機聚合設置的結果示意圖 [22]

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最常被使用的立體相機設置方法稱為離軸（off-axis）。如圖 2.17，平行設置 兩相機的可視軸線來減少垂直視差，並以非對稱的視錐控制零視差投影平面。位 於零視差平面之前的物體會成像在螢幕前方，位於零視差平面之後則會成像在螢 幕後方，是目前最佳的立體影像繪製方法。

圖 2.17 相機離軸設置示意圖 [21]

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