《数字摄影与摄像》 教案 11.1360全景拍摄与制作11.2无人机拍摄11.3全息摄影.docx

数字摄影与摄像课时教案课次第15周第1次课授课时间第15周星期X第卜2节授课地点XX授课方式讲授J课堂讨论讲练结合其他学时2授课主题题目第十一章摄影摄像新技术11.1360全景拍摄与制作11.2 无人机拍摄11.3 全息摄影教学目的要求目的及要求：通过本节课的学习，使学生了解摄影摄像新技术的概念和基本任务；理解摄影摄像新技术的一般用途；掌握摄影摄像新技术的基本使用方法和技术技巧；能够灵活运用摄影摄像新技术进行作品的创作；能够分析不同摄影摄像新技术的不同特点。教学重点难点重点：360全景拍摄与制作、无人机拍摄和全息摄影难点：概念与拍摄技巧教学资源教案、教学课件等教学进程1 .课程导入:随着传媒技术、视频应用和视频技术的发展，摄影摄像制作不再仅仅局限于电影广告、电视领域，而是扩大到动画游戏、数字电影、数字创意、互联网媒体、移动视频、虚拟现实和网络教育等更为广阔的领域。新的媒体形态的发展将是未来媒体发展的新趋势，这种趋势也包括了摄影摄像技术的发展。摄影摄像新技术的产生和成熟，进一步推进了摄影摄像数字化、智能化的发展。（5分钟）2 .讲授新课：理论讲授，引发思考，强化学生对概念和知识的理解。一、360全景拍摄与制作1.360全景概述360全景，是通过对专业相机捕捉整个场景的图像信息，使用软件进行图片拼合，并用专门的播放器进行播放，即将平面照片和计算机图像，合成为360度全景景观（panoramic）,如图11-1所示。它将二维的平面图模拟成真实的三维空间，同时可以提供各种操纵图像的功能，包括放大缩小、各个方向移动观看场景，以达到模拟和再现场景的真实环境效果。360全景和以往的建模、图片等表现形式相比，其优势主要体现在以下几方面：（1）真实感强，基于对真实图片的制作生成，相比其他建模生成对象更真实可信；（2）比平面图片能呈现更多图像信息，可以任意控制，交互性能好；（3）经过对图像的透视处理模拟真实三维实景，沉浸感强，给观赏者带来身临其境的感觉；（4）生成方便，制作周期短，制作成本低；（5）文件小，传输方便，适合网络使用，发布格式多样，适合各种形式的应用。2.360全景拍摄1）鱼眼镜头拍摄360全景摄影，通常需要使用鱼眼镜头进行拍摄，因为鱼眼镜头可以拍摄到较大的视角范围，从而以较少的照片拼接成一个360全景图。鱼眼镜头之所以被认为是拍摄三维全景的利器，是因为它视角广、拍摄高效，画面质量也能满足网络浏览的效果。常用的鱼眼镜头包括两种，即8mm和15mm的鱼眼镜头。使用8mm的鱼眼镜头进行拍摄，最少情况下，拍摄四张图像就能合成一张360全景图；使用15mm的鱼眼镜头进行拍摄，最多也只需要10张。镜头焦距越长，视角越窄，因此，可以使用短焦距获得大视角，以较少的拍摄张数拼接全景图，减少拍摄工作量及后期拼接时间。鱼眼镜头与普通超广角镜头之间的主要区别，在于视角的大小以及是否校正影像的畸变。如13mm的超广角镜头，它的视场角仅有118；而17亳米的鱼眼镜头，视场角已达180。超广角镜头与普通镜头一样，竭力校正画面边缘出现的畸变，力争使拍出的画面与实物相一致。而鱼眼镜头则有意地保留影像的桶形畸变，用以夸张其变形效果，拍出的画面除了中心部位以外，其它所有的直线都会变成弯曲的弧线。鱼眼镜头有两种基本类型：一种是圆形鱼眼镜头，用其拍摄在底片上产生以底片的画幅宽度为直径的圆形影像；另一种是对角线鱼眼镜头，产生底片全画幅的矩形变形影像，不同型号的鱼眼镜头如图所示。鱼眼镜头2）逆光拍摄在进行360全景外景拍摄时，可能会需要朝太阳光方向进行拍摄，由于拍摄时正好正对太阳光，拍摄区域由于没有太阳光照摄，没办法反映光线到像机，就会出现逆光拍摄现象，如图所示。可通过以下几个方法来解决逆光拍摄的问题。逆光拍摄（1）调整曝光补偿法根据背景光的强弱，在原始测光的基础上增加12档的曝光补偿（可在P、TV、AV模式下使用）。M档可提高ISO间接获得曝光补偿（好处：可保证光圈快门组合的初始值;坏处：降低画质）。（2）曝光锁定法将镜头焦距调到最长焦段，并尽量靠近主体进行测光，将此时测得的曝光值锁定，然后按需要重新构图进行拍摄。（3）强制使用闪光灯法在逆光条件下，射入镜头的光线较强，造成拍摄主体发黑，这时可使用强制闪光方法对拍摄主体进行补光（如在白天既要使用闪光补光，又要放大光圈虚化背景，而闪光同步速度较低，就需要用到中灰（ND）滤镜给镜头减光）。3.360全景制作360全景不是凭空生成的，要制作一个360全景，我们需要有原始的图像素材，原始图像素材的来源可以是在现实的场景中，使用相机的全景拍摄功能得到的鱼眼图像；或者是通过建模渲染得到的虚拟图像。要拍摄全景素材，一般情况下需要用到特定的专业设备，包括：数码单反相机、鱼眼镜头、全景云台、三脚架等。和传统的数码照片相比，360全景图像的生成无疑很复杂，一则需要使用多张照片进行合成，二则照片之间需要有一定的景观重叠，据此进行图像拼接，因此需要一定的摄影技巧。这种照片通常由专业摄影人士使用单反相机配上广角的镜头甚至是“鱼眼镜头”对景物进行若干个角度的拍摄之后由计算机软件合成。360全景图像生成之后，多数利用F1ash、Si1ver1ight或者是HTM15的动画技术自动连续变换角度进行图像展示。使用专业相机生成全景图像的方法对普通用户来说太过昂贵和复杂，所幸的是，智能手机的摄像能力和图形计算能力得到了长足的发展，因而在智能手机上开发出全景拍照功能并简化了拍照的过程。与传统的电子数码拍照过程不同，智能手机上全景拍照操作时在显示屏的可视界面中迭加一个半透明的图层，指示用户移动手机变换角度抓拍若干张照片,并利用校准、拼接以及校色等算法几秒内快速合成全景照片。4.360全景应用1）旅游应用高清晰度全景三维展示景区的优美环境，给观众一个身临其景的体验，结合景区游览图导览，可以让观众自由穿梭于各景点之间，是旅游景区、旅游产品宣传推广的最佳创新手法，如图所示。360全景旅游应用虚拟导览展示可以用来制作风景区的介绍光盘，名片光盘，旅游纪念品等，还可以借助电脑、触摸屏、IPAD、大屏幕全屏投影等设备展示，让大家不到景区就能浏览各个景区景点，省时省力。2）汽车展示应用网络多媒体全景展示形式，展示汽车的内部360全景和外部环视，消费者可以更自如地观看汽车展示如图所示。图11-7360全景旅游应用（1）在产品设计中的应用借助虚拟现实技术建立的三维汽车模型，可显示汽车的悬挂、底盘、内饰直至每一个焊接点，设计者可确定每个部件的质量，了解各个部件的运行性能。这种三维模型准确性很高，汽车制造商可按得到的计算机数据直接进行大规模生产。（2）在汽车制造中的应用虚拟现实技术是虚拟制造系统的基础和灵魂，虚拟制造系统是由多学科知识形成的综合系统，是利用计算机支持技术对必须生产和制造的汽车进行全面建模和仿真，它能够仿真非实际生产的材料和产品，同时产生有关它们的信息。也可以制定零件生产的机加工方案、拟定产品检验和试验步骤等。虚拟现实技术的应用范围涉及到汽车的整个生命周期，它可以在汽车生产设备、工装和模具，甚至样车的设计之前，很容易地生产系统和工艺过程进行建模、修改、分析及优化。在汽车柔性生产系统（FMS）、计算机集成制造系统（CMIS）的设计和应用中，就广泛运用了虚拟现实技术。(3)在汽车试验中的应用中虚拟试验技术作为虚拟制造技术的一个环节，在汽车空气动力学及汽车被动安全性研究中正得到越来越广泛的应用，汽车被动安全性研究包括车身抗撞性研究、碰撞生物力学研究以及乘员约束系统和内饰件的研究。虚拟试验方法的核心是有限元法和多刚体动力学的数值方法，它通过一定的前后处理程序和数据转换模板，以CAD文件为输入，在计算机中模拟出与实际试验一样的环境。通过计算，得到试验报告。设计师设计出的新型汽车是否合理，往往需要经过碰撞、风洞等测试加以检验。二、无人机拍摄1 .无人机拍摄概述无人机是通过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行操控的不载人飞行器，如图所示。无人机结构简单、使用成本低，不仅能完成载人驾驶飞机执行的任务，更适用于载人飞机不宜执行的任务，在突发事情、应急、预警情况下有很大的作用。无人机航拍摄影以无人驾驶飞机作为空中平台，以机载遥感设备，如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪，激光扫描仪、磁测仪等获取信息，用计算机对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图像。全系统在设计和最优化组合方面具有突出的特点，是集成了高空拍摄、遥控、遥测技术、视频影像微波传输和计算机影像信息处理的新型应用技术。2 无人机3 .无人机拍摄技巧1)风速较快时的操纵方式由于无人机的体积小重量轻，飞行时受气流的影响很大，在风速较大的时候不能保持稳定的飞行状态，所以大风天气不适合进行航摄作业。但是作业时难免会遇到天气变化的情况，在此时飞机的控制就会变得比平时困难。在不改变飞机动力大小的情况下，飞机相对空气的运动速度是不变的，所以对于地面的操纵者而言，顺风时的飞行速度要远大于逆风时的飞行速度。飞机在下风处飞行时，很容易被风吹的距离过远，距离过远又会让操纵者看不清飞行姿态，不能准确地控制飞机，结果很难控制飞机飞回来了。为了安全起见，飞机的飞行区域应该控制在上风处和距离不远的下风处。2)起飞滑跑时发生意外无人机航测作业时，往往不能在很理想的场地进行。场地本身不平整很容易使飞机在起飞滑跑时发生意外的转向。此时飞机还在地面，离人群较近，并且飞机处于加速阶段，发动机工作在最大功率，螺旋桨转速也最大，处理失当就容易对人身安全造成危害。所以一旦在起飞滑跑阶段出现异常，第一反应就是将发动机油门减到最小，尽量能将其熄火，在此同时使飞机的行驶路径远离人群。按照规范的操作要求，起飞时操纵者应该站在飞机后侧，其他人员全部站在操作者身后。这样飞行方向和操纵人员的身体朝向一致，可以在异常情况发生时最大程度地缩短操纵者的反应时间，保护人身安全。3）操作失误时的应对操作失误造成飞机飞行状态异常，比如在转向时打错副翼，飞机倾斜角过大造成升力不足，飞机飞行高度迅速下降等，在发生这种情况的时候，首先应该冷静迅速地通过操纵副翼将飞机姿态修正，这之后升降舵才能完全发挥作用，然后操纵升降舵将飞机爬升到安全位置。航测用无人机由于搭载有精密仪器，在飞行中不必要也不允许出现激烈的动作。在操纵其飞行时手法应当尽量柔和，动作不能过大，特别是时刻注意反向修正，即“回舵”。在每次对飞机下达任何控制命令改变飞行姿态之后，都要及时将飞机姿态修正为正常平稳状态。如图所示，为航拍爱好者的正常无人机飞行拍摄操作。航拍爱好者的正常无人机飞行拍摄操作（来自资阳日报官网）4）推杆的使用推杆指向前推升降舵操纵杆使飞机机头下沉。当推杆动作过大时飞机会呈现明显的俯冲姿态。这种状态是相当危险的，因为飞机在处于一定高度之上时，有充分的空间和时间来应付各种异常状态。而飞机处于俯冲状态时高度快速降低，重力势能转化为动能，从而速度也不断加快，这时留给操纵者的反应空间和时间就大大缩短了，容易造成飞行事故。航拍飞行任务也不同于特技飞行，飞机飞行状态要求尽量稳定，不会进行大幅度的动作调整，所以一般不进行推杆操作。但是在飞机起飞时拉杆过猛，起飞仰角过大使飞机处于失速状态边缘时，就需要果断推杆，将机头压低到正常角度，获得升力和速度让飞机正常爬升。无人机的推杆操作和画面显示，能够在遥控设备上实现，如图所示。无人机遥控设备的操作与显示在起飞阶段，飞机滑跑到达一定速度时，通过拉杆操作抬起机头，当获得合适的仰角后杆位回中，保持仰角不变，飞机以一定的迎角向上爬升，保持状态稳定到达安全高度后进行下一步的操作