第一章

全景摄影概述

从上世纪末叶开始，短短十几年的时间里，摄影发展史上相继出现了两个具有革命性的技术。一是与数码相机、计算机、互联网技术相结合而催生的360 °全景摄影，二是HDR即高动态范围影像技术的出现和应用。本书讨论的是360°全景摄影，却与高动态范围影像技术有着密不可分的联系：全景空间影像的全动态性，提出了突破长期以来低动态范围摄影的客观要求，而HDR影像技术出现，恰好为360°全景摄影高动态范围的捕获和表现提供了强有力的支撑。同时，360°全景摄影的发展和繁荣，也使HDR技术的应用价值得以更充分的发挥和实现。崭新的摄影领域，奇妙的影像技术，毫无疑问，产生的是一个全新的影像世界。

与通常所言的宽幅摄影不同，本书讨论的全景摄影是指水平视角360°、垂直视角180°，对三维空间的影像完整捕获，并通过专门软件处理制作为动态漫游作品的摄影技术。

平时，人们总是用诸如身临其境、置身其中等词语来形容优秀摄影作品带给我们的感受。但确实能把人带入这一审美境界的摄影作品，从技术角度而言，迄今为止只有360°全景摄影能够做到，除此之外的摄影都无法企及。

360°全景摄影借助于计算机或网络，使我们仿佛置身于画面的中心，全视角、全方位欣赏景物的任何一个部分和角落，四面八方、上下左右，可远可近、可大可小、目之所及，纤毫毕现，任你浏览观赏。

360°全景摄影的独特魅力来自于它特殊的拍摄方法、展示手段和介质。前者需要以相机镜头节点为中心，对景物的前后、左右和上下连续拍摄多张图片（专门的360°全景相机另当别论），然后拼接成360°×180°的全景图片。后者则需要通过专门的软件将全景图片制作成Flash等格式的文件，在计算机上或发布到互联网上通过播放器供人欣赏。

一、全景摄影的前世今生

作为虚拟现实的360°全景摄影虽然是一个十分新潮的事物，但它的历史却可以追溯到摄影历史的早期阶段甚至古代。在摄影术出现之前，人类就一直没有停止过利用全景表现空间场景的尝试和努力。我国北宋时期张择端的《清明上河图》，宽24.8cm，长528.7cm，采用散点透视构图法，全景记录了北宋末期、徽宗时代首都汴京（今河南开封）郊区和城内汴河两岸的建筑及生活情景。这是人类历史上全景展现空间场景的最早尝试之一。之后，南宋赵黻的《江山万里图》、元代黄公望的《富春山居图》等，都是试图全景表现空间景物的绘画作品。在西方，全景绘画始于18世纪，到19世纪中叶盛极一时。这些全景绘画作品大都高10m、长100m以上，必须在专门的圆柱形展览馆里向人们展示。

随着照相技术的出现和不断成熟，摄影逐渐成为表现全景空间的主要方式和手段。从一般意义上的全景摄影——宽幅摄影，到360°水平视角，直至360°×180°的全景摄影，现代数码相机技术都可以轻松实现。在胶片摄影时代，林哈夫617系列、富士GX617等是宽幅相机的代表，至今仍然被一些摄影师所钟爱，但它们却不适合360°全景摄影。摇头相机或旋转式相机可以拍摄水平视角360°的场景，捕获不了顶部和底部的影像。使用135胶片单反相机进行全景摄影，必须旋转拍摄多张照片然后进行拼接，但由于受制于影像介质及处理生成、制作、传播等方面的技术水平，摄影师只能将多张照片手工拼接为360°水平视角的全景图片，却难以圆满地拼接缝合出360°×180°的全景图像。即使用价格昂贵的专业全景胶片相机拍摄的全景照片，也没有用以动态展示的介质和手段，只能对全景摄影作品进行静态展示。

数码时代的到来为全景摄影开辟了新的天地，也展现了前所未有的发展前景。上世纪90年代以后，随着数码相机技术、计算机图形技术和网络传输技术的不断发展，作为虚拟现实的360°全景摄影才得以兴起。特别是最近几年，随着计算机、互联网技术的高速发展和数码相机的普及，360°全景摄影开始风行世界。

短短十几年时间，360°全景摄影已渐呈繁荣之势。有人做过这样的统计：2004年，用“全景”的英文单词“Panorama”在互联网上搜索，只有2000多条索引；2009年上半年则达到323万条。今天，我们在百度上搜索中文“360°全景摄影”，相关索引就达到283万多条，用“360°全景摄影网”进行搜索，索引也达75万多条！全景摄影的发展速度可见一斑。

在全景摄影器材上，近年来呈现出高、中、低端竞秀的局面。一方面，更为先进的旋转式数码专业全景相机不断开发出来，其分辨率甚至达到亿万像素级的水平。瑞士赛兹公司推出的Roundshot D3相机搭载一支80mm定焦镜头，可以在3秒内拍摄4.7亿像素的图片。而金士顿推出的Eyescan系列，则突破了千兆像素。另一方面，数码单反相机的分辨率进一步提高，用于全景摄影的鱼眼镜头和超广角镜头不断有新品问世。

曾几何时，360°全景摄影还是一个让人颇感神秘的摄影领域，单反数码相机、鱼眼镜头、节点云台、专门的软件等等，单单这些器材和软件上的花销就让很多人对全景摄影望而却步。但似乎在一夜之间，全景摄影便进入了平民时代。佳能、索尼、尼康等各大相机生产厂商纷纷推出具有全景扫描摄影功能的DC、单电、微单相机，甚至越来越多的手机也具有了全景拍摄的功能，而且在机内就可以直接拼接生成360°×180°的全景图像。

更有趣的是，德国的几位设计师别出心裁地推出了一款球形相机，名为“抛掷式全景球形相机”。相机将36个手机用的摄像头集成到一个球体内，将它高高抛起时，便能记录下从头顶上空拍摄的全景影像。

二、全景摄影的分类

根据不同的角度可以对全景摄影作品进行不同的分类。这里根据不同的方法和表现效果，将360°全景摄影简要地分为三类：

（一）柱形全景

也可称之为筒形全景，就是把周边的景物设想为一个圆柱或圆筒，将相机置于柱内中心，旋转拍摄多张图片然后拼接而成。这样的全景图片，水平视角达到了360°，但上下达不到180°。输出的平面图片，可以粘贴在圆筒形的内壁上，人们站在其中浏览。在计算机上，生成的视频文件可以前后、左右任意拖动观看，但不能俯视和仰视。这是不完全意义上的360°全景摄影，但距完全意义上的360°全景摄影实际上也只有一步之遥：只需上下再各拍一张就可拼接为360°×180°的全景图片。

（二）球形全景

就是把四面八方和上下天地的景物设想为一个空心圆球，将相机置于空心球内的某一点上，旋转拍摄前后、左右，并拍摄顶部和底部。这样拍摄的多张图片经过后期拼接，就成为真正的360°×180°全景图片。

（三）对象全景

与前两种全景摄影相反，对象全景是相机机位不动，将被摄物体进行360°旋转，旋转一周，相机均匀地按旋转角度的变化进行多张图片拍摄。或者，相机环绕被摄物体一周，等半径、等角度地环绕拍摄多张图片。拍摄出来的多张图片经过专门的软件处理，生成Flash或其他格式的文件，在计算机或互联网上可以任意旋转物体进行多角度欣赏。

本书所讨论的全景摄影是第二类，即360°×180°的球形全景摄影。虽然本书不对其他两类全景摄影进行专门讨论，但只要掌握了球形全景摄影，触类旁通，对象全景摄影就会成为一件很容易的事情，至于柱形全景摄影就更加简单了。

三、全景图像投影

球形全景摄影是对空间影像的无缝覆盖和全部捕获，囊括了以相机镜头为中心的三维空间中的所有景物，无论从定义还是从虚拟现实的结果来看，它都是无缝或没有边界的，但在二维平面上，人们看到的一般是一幅2:1比例的矩形图像。由球形变换为二维的平面，就像剥开一个桔子的皮，也正如我们看到的世界地图一样，把一个椭圆的地球变换成了一个二维的平面，这一过程，就是图像投影。简要地说，全景摄影所得到的图像要经过专门软件的投影处理，使之成为能够展示三维空间的二维图像。

全景投影有多种方式可以实现，这里重点介绍目前全景处理软件常用的几种投影方式。

（一）球面投影

也称球面矩形投影或等距圆柱投影。这是打开环绕球体最常用的方法，也是目前全景软件普遍支持的投影方式。经过投影处理后的全景图像是一幅2:1比例的图片，就像一幅世界地图，赤道就是穿越图像中间的水平线，且只有这一条线上的影像是保持水平的，其他都有不同程度的扭曲变形。越接近两极，变形越严重，而两极的上下的两个端点，就成为一条像素线。就象我们看到的全景图片一样，横向水平的建筑线条、马路、田埂等都是弯曲的，建筑物的垂直线条、电线杆、笔直的树木等不会变形。

球面投影的图像只有一条接缝，处理起来相对容易，可以对图像进行精细的调整和修改。

（二）立方体面投影

能够实现环绕视觉的不仅是球形，也可以是立方体。在一个六面正方体里，如果我们的视点处在它的正中央，那么只需对每个视角进行适当的图像补偿，就能达到与球面投影一样的环视效果。这种投影方式的优点是，投影的图像是水平或垂直的截面，图像的变形降低到了最低程度，可以输出连续的或独立的立方体面的图片，每一个立方体面的图片都是水平视角90°、垂直视角90°的正方形图像。立方体每个面的像素密度和质量是一致的，在图像后期处理时，可以对立方体面的图片进行精细的调整和修改。

这种投影的图像有6条接缝，后期处理时不能对接缝处的影像进行修改，任何调整和修改都只能在立方体面图片的内部进行，否则就会在接缝处出现像素错位、影调分割等问题，破坏影像的连续性。

（三）圆形投影

或称镜面球投影，为角投影的一种，是一种非常有趣的投影方式。这样的投影图像看起来像一个用超级圆形鱼眼镜头所拍摄的图片，图像被极端扭曲和变形，其视角却达360°，包括了三维空间的所有影像。这种投影的优点在于，它是一个连续的、没有接逢的图像。但由于图像所有线条都被极端扭曲，在后期处理时几乎不可能对图像进行正确的修改和调整。目前的全景漫游制作软件也极少支持这种投影方式。因此，除了用这种方法获得一幅很另类的图片外，并没有更多的用处。

（四）小行星投影

在投影方法上与圆形投影相同，不同点在于图像的二维表现效果和图片形制的区别，并可以根据需要进行适当的剪裁处理。同样，这样的投影图像不适合作后期的修改，但图像确实很有视觉张力。尽管它不适合作为动态全景的源图像文件，但输出的二维平面图片，用以特殊题材或表现思想情绪的手段，或许能获得出人意外的效果。

上述这些投影方法，在不同资料或软件上可能有着不同的名称。同时，在一些全景软件里还会有其他图像投影方式，诸如墨卡托、等效透视、立体投影等，由于对全景摄影没有太大的实用意义，不再具体介绍。

四、全景影像的捕获

根据相机单次拍摄捕获三维空间场景的多少或大小，360°全景影像的捕获有以下几种常用方法。

（一）整体一次捕获

这是我们所能想象到的最快捷、方便和惬意的方式。毫无疑问，一次捕获三维空间的全部影像，依靠的不是技巧而是相机。如前述提及的赛兹Roundshot D3之类的专业全景数码相机，或德国设计师设计的 “抛掷式全景球形相机”等。谷歌公司2007年推出的360°街景系统，其相机颇与德国设计师的抛掷式全景球形相机相似，拥有指向不同方向的11只镜头，只是它们不是向高空抛出，而是装载在汽车的车顶上进行拍摄。

（二）单行多列分区捕获

只要不是专门的全景相机，不管用什么镜头都不能一次性捕获三维空间的全部影像，必须把三维空间分切成若干块或区分别捕获，然后进行拼接缝合。单行多列分区捕获，适用于135单反数码相机和鱼眼镜头。使用圆形鱼眼镜头，一般只须将三维空间平行均分为3个区域，即一行三列就可以出色地完成全景影像的捕获。如果使用全画幅即对角线鱼眼镜头，也只需将三维空间平行均分为6个区域，即一行六列进行捕获，然后根据场景的实际情况和需要，决定是否补拍顶部和底部部分。这是兼顾成本、质量和效率的全景影像捕获方式，也是本书所推荐的捕获方法。

（三）矩阵分区捕获

与单行多列分区捕获相同，这种捕获方法同样要把三维空间的场景分切为若干区域分别捕获，但其分区不是单行多列而是多行多列，即把三维空间的影像分切为由多行和多列组成的矩阵式区块分别进行捕获。135相机使用这种捕获方式，所用镜头有更大的灵活性和选择余地。把一个三维空间分切成多少行和列的区域进行捕获，主要由镜头焦距的长短即视角大小决定。比如，使用25mm焦距的镜头，全画幅相机需要3行、10列的矩阵分区，即垂直方向3张、一周平行10张，共30张图片捕获全景影像。如果是APS-C相机，则需要5行、13列的矩阵分区，共65张捕获全景影像。显然，焦距越长，视角越小，需要分切的行和列就越多，捕获的影像质量也相应越高。这种捕获影像的方式特别适合于对影像质量和分辨率要求极高的全景摄影，只要选择了合适的镜头，其最后拼接出的全景图像可以轻松达到亿万像素以上。

这种影像捕获方法的优点是，可以用短兵器打大仗，提高全景影像的质量和分辨率。但其缺点也是显而易见的：拍摄时间长、文件量大、拼接处理速度慢，接缝多，容易出现像素错位、重影和接点瑕疵。

（四）镜球间接捕获

这是一种特殊的全景影像捕获技术，也是很早就有的简易方法。它最大的优点是不必花费一大笔钱购买鱼眼镜头和节点云台之类的器材，而只需极小的花费——买一个不锈钢圆球就可以捕获全景影像。不锈钢球？不错，就是它，一个用于健身的不锈钢球就可以。当然，如果有再大一些的，效果会更好。

这个钢球就是所称的镜球。你可能已猜到怎样通过这个球捕获全景影像了：把这个高度反光的圆球当作一面特殊的镜子，让相机对着圆球拍摄。是这样的吗？一点不错，正是这样。所以，我们把这种方法称作间接捕获全景影像。

可能你会直觉地认为，相机对着这个圆球拍摄，刚好能捕获上下左右180°视角的影像。其实不是这样。中学时学过的球面镜成像原理告诉我们，这么做已经整个捕获了三维空间即360°×180°的全景影像，映在镜球中的影像与前面介绍的圆形投影完全一样。拍摄时，让镜球充满画面，拍摄第一张图片后，以镜球为圆心，等半径移动相机90°拍摄第二张图片。图片在PTGui或其他软件里展开，并在Photoshop里进一步修整润饰。

可想而知，这样捕获的全景影像质量肯定不会很高，根本不能用于商业全景摄影领域。事实上，在鱼眼镜头的价格日渐平民化的今天，已极少有人用镜球来拍摄全景了。因此，具体方法不再介绍。