緒論

1.1 前言

在這媒體發達的世界中，每個人身邊幾乎都有一台數位相機或攝影機，可以 輕鬆地記錄周遭的人、事、物。隨著數位媒體漸漸地發展，而有了廣角鏡頭、魚 眼鏡頭相機，可以拍攝更寬廣的視野，讓人一次接收到更多的畫面；高倍數或高 解析度的相機、高速攝影機，可以記錄更多的資訊，使照片的畫質更精細，更接 近人真實眼睛所看到的影像；各式各樣的繪圖、修圖軟體，可以簡單地利用軟體 功能來達成許多特殊的後製效果，使影像產生各式各樣不同地變化。

虛擬實境（virtual reality）係指運用電腦運算來模擬真實世界的環境，即模 擬一個虛擬的世界，大部分的虛擬實境主要都是以視覺為主，模擬在電腦螢幕或 特殊的眼鏡上，有些模擬還配有聲效，讓整體環境更接近真實世界，模擬得越逼 真越讓人有身歷其境的感受，但是這通常需要非常大量的運算。

環場影像（panoramic image）又稱全景圖，是虛擬實境中的一塊，只要是任 何的廣角影像都可以稱作環場影像，通常用於拍攝風景圖，也用於展場導覽，主 要目的是讓觀賞者可以在同一時間接收到視野更寬廣的影像資訊。本論文所探討 的環場影像為 360°單中心圓柱型環場影像（圖 1-1）。

圖 1-1 環場影像 － 360°環場影像

1.2 研究動機

現有的環場影像，通常是利用相機在同一地點水平旋轉拍攝影像，控制旋轉 的角度，使得相鄰的兩張影像有重疊的區域，經過運算找出相鄰兩張影像重疊的 區域後，將兩張影像以此重疊的區域接合在一起，合成一張較大的影像，把所有

拍攝的影像依序兩兩接合再一起，即成為環場影像。

以現有的影像拍攝設備來說，拍攝的影像都已經具有很高的解析度，在真實 場景中拍攝的景物、光影、動作……等，都能夠捕捉得非常細膩，將這些影像經 過影像接合（image stitching）的方式後，可以建構出高解析度的環場影像，裡 面的景物、景色都能夠表現得非常清楚，非常接近真實的場景，然而這種靜態的 以正常顯示，如同人眼觀看到的景像，並在同年將其做成產品 QuickTimeVR[2]，

顯示環場影像投射到視平面上的影像，模擬相機拍攝到的影像，並且能夠隨著水 平旋轉，變換投射到視平面上的影像，同時還具有放大和縮小的功能。在 1996 年也有類似的靜態環場影像的瀏覽系統[3]，並加強了瀏覽器的功能，除了放大、

縮小之外，還有快速度、倒帶播放影像和影片剪接的功能，但影像在放大時容易

失真，且不具重複播放的功能。 在開發出一個名為 FlyAbout 的系統[6]，使整個環場影像變成一部環場電影，讓 使用者可以從任意的角度瀏覽環場影像中任意的物件，但是這個系統只能將影像 由頭至尾播放，類似播放一段影片，即使播放結束後可以重複播放，但是需要手 動操作。2007 年 A. Rav-Acha 等人提出 Dynamosacing 的方法[7]，利用控制動態 物體的時間快慢與順序，生成一部全景的電影，隨著拍攝的方向播放，使用者可 以看到原本動態景物的動態，但僅只於有拍攝到的部分，而且此做法只能由順向 或逆向觀看，即影片拍攝方向的先後順序，不能隨著使用者喜好隨意前後瀏覽。

在 2000 年，出現了將頭尾不連續的影片形成連續且可以無盡播放的研究，

名為 Video Texture[8]，方法是找出影片中相似的影格，將它們以這相似的影格重 新排列順序，加上 blending 和 morphing 的技術，使原本有頭有尾的影片，變成 一個連續且可以無盡播放的影片，但此做法限制於影片中有找到影像相似的影格 時才能完成。到了 2003 年，G. Doretto 等人也提出類似的演算法，名為 Dynamic Texture [9]，利用學習模組（learing models），加上必要的元素（essence），製造 出一連串不間斷具有些微差異的影像，以形成連續播放的影片，但此做法須先經 過學習才能完成，且有人提出結果和 Vedio Texture 相似。同年，V. Kwatra 等人 以 graphcut 的技術做延伸，提出一個影像與影片的接合方法，名為 Grapgcut Textures [10]，將 graphcut 的技術應用在三維空間的影片中，疊合 2D 的切割線，

建立 3D 的切割平面，加上空間上的移動，找出一個最佳的 3D 切割曲面，製作

出連續且可以重複播放的影片，不過影片解析度會在製作過程中改變，而且需要 經過 1 小時的運算。

2005 年，A. Agarwala 等人以 Video Texture 的概念做延伸，提出一個動態環 場影像的系統，名為 Panoramic Video Texture (PVT)[11]，利用 Video Texture 的方 法製作影片，結合單中心圓柱型環場影像，形成動態的環場影像，但是此做法需 要經過運算 2~7 個小時，非常的費時。

本論文以 Graphcut Texture[10]的概念做延伸，計算出一個以 2D 切割線形成 的 3D 切割曲面切割而成的影片，並結合單中心圓柱型環場影像，製作出一個結

自動找出其他影格中能夠修補使用者框選的影像區域，同時調整影像的亮度使修 補的區域能夠密合的取代環場影像中原本的影像區域，目的是要修補不希望被拍 攝入鏡的行人或車輛，產生一個環場影像配合使用者指定之頭尾連續的動態影像 資訊。

當靜態的環場影像和連續的動態影片建構完成之後，我們將另外開發一個具 有放大、縮小和水平瀏覽環場影像功能的靜態環場影像瀏覽器，加入一個能夠嵌 入連續的影像資訊並以特定的速率重複播放的新功能，使動態影像資訊能夠成功 的在環場影像中重現景物的動態，形成一個新穎的動態環場影像瀏覽器。

1.5 論文架構

本論文總共分為下列六章：

第一章簡述相關背景、研究動機、相關文獻及研究目標。

第二章介紹單中心環場影像的建構、影像接合的方法及影像變形方式。

第三章部份說明影像修補技術和連續動態影片的形成。

第四章描述模擬環境和系統架構。

第五章展示實驗結果和模擬數據。

第六章為結論和未來展望。