沉浸式投影融合系统方案设计

四通道沉浸式投影融合互动系统四通道沉浸式投影融合互动系统 技 术 方 案 1.1. 前言前言 沉浸式虚拟现实提供参与者完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟世界之中的感觉。其明显的特 点是：利用显示设备把用户的视觉、听觉封闭起来，产生虚拟视觉，同时，它利用数据手套把用户的手感 通道封闭起来，产生虚拟触动感。系统采用识别器让参与者对系统主机下达操作命令，与此同时跟踪器的 追踪，使系统达到尽可能的实时性。 临境系统是真实环境替代的理想模型， 它具有最新交互手段的虚拟环 境。常见的沉浸式系统有：基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统。 沉浸式虚拟现实显示系统基于多通道视景同步技术、三维空间整形校正算法、立体显示技术的房间式 可视协同环境，该系统可提供一个同房间大小的四面（或六面）立方体投影显示空间，供多人参与，所有 参与者均完全沉浸在一个被三维投影画面包围的高级虚拟仿真环境中，借助相应虚拟现实交互设备，从而 获得一种身临其境的高分辨率三维立体视听影像和6 自由度交互感受。 由于投影面几能够覆盖用户的所有 视野,所以沉浸式虚拟现实显示系统能提供给使用者一种前所未有的带有震撼性的身临其境的沉浸感。 这种 完全沉浸式的立体显示环境，为科学家带来了空前创新的思考模式。 多通道投影融合沉浸式虚拟现实系统采用边缘融合拼接系统是指整幅投影画面由不同的投影机投射 画面拼接组成，每个单独的投影画面拼接中有着投影光线和画面容的重叠部分，通过软硬件的结合处理， 消除光线重合部分的多余亮度，从而确保整幅画面上面没有任何接缝，亮度均匀一致，给观众完美的视觉 冲击。 （见下图） 本方案中采用边缘融合大屏幕拼接。 1.11.1 与单屏大屏幕相比，四通道投影融合沉浸式虚拟现实系统的优势与单屏大屏幕相比，四通道投影融合沉浸式虚拟现实系统的优势 1.增加图像尺寸；画面的完整性：多台投影机拼接投射出来的画面一定比单台投影机投射出来的 画面尺寸更大；鲜艳靓丽的画面，能带给人们不同凡响的视觉冲击，采用无缝边缘融合技术拼接而成 的画面，要很大程度上保证了画面的完美性和色彩的一致性。 2.增加分辨率：每台投影机投射整幅图像的一部分，这样展现出的图像分辨率被提高了。例如， 一台投影机的物理分辨率是1280×800， 融合带为 320 个像素点后， 四台融合后图像的分辨率就变成 了 3840*800。 3.增加画面层次感：由于采用了边缘融合技术，画面的分辨率、亮度得到增强，同时配合高质量 的投影屏幕，就可使得整个显示系统的画面层次感和表现力明显增强。 1.21.2 边缘融合大屏幕拼接的优势边缘融合大屏幕拼接的优势 1.在融合拼接中，由于采用融合处理技术，消除了光学缝隙，这样和普通硬拼接系统相比，在技术水 平和显示效果上，就有了质的差异和提高，从而使显示的图像完全一致，无光学分割，保证了显示图 像的完整性和美观性。 2.在融合拼接系统中，所有图像都经过融合处理器进行了校正和统一，这样在大屏幕上进行图像显示 和切换时，无论切换什么格式的图像，整个屏幕的亮度、色彩、鲜艳度、均匀度都比较一致，不会出 现传统拼接系统中经常出现的由于信号更换而导致系统显示质量的变化。 3.在融合拼接系统中，由于在处理器中对投影显示图像进行了处理，可以对不同投影信号间的色差、 亮差、均匀度进行调整，这也使得该系统显示的图像质量优于传统拼接系统。 4.边缘融合图像处理器除了具有边缘融合和图像多画面处理功能外，还具有图像存储和调用功能，可 以把本身存储的高分辨率图像直接作为大屏幕系统的背景进行显示，这在实际使用中非常有实用价 值。 2.2. 项目概述项目概述 本项目是四通道投影融合沉浸式显示系统，采用了4 通道投影边缘融合360°显示，采用纯硬件图形 处理技术，向参与者展示更加逼真的展示了图像文字容。 3.3. 设计依据设计依据 3.1.3.1.通用投影显示设计依据通用投影显示设计依据 3.1.1.3.1.1.影响图像质量的因素影响图像质量的因素 人对图像质量的感觉是由许多相关因素结合起来决定的，尽管在显示系统中人们最重视的是亮度，但 其它因素也严重影响着人们对图像的感觉。这些因素有对比度和分辨率，对比度决定了系统的动态围，分 辨率决定了系统显示细节的能力。 3.2.3.2.四通道投影融合沉浸式显示系统特殊设计要求四通道投影融合沉浸式显示系统特殊设计要求 1.融合区的宽窄直接影响整幅画面的亮度和色彩均匀性， 因此， 融合区重合尺寸一般在6%到 8%左右。 2.屏幕要保证其视觉上的“无缝”感，平整度高，均匀性好。 3.应选择宽视角、低增益的屏幕，以使获得较宽的整体水平和垂直观看视角，降低融合区的重合感。 4.投影机的选择应考虑其亮度和色彩均匀性、边缘几何特性。 5.融合控制器的融合区围可调整，具有对重合带的亮度和色彩羽化处理功能。 6.融合控制器能接收多路输入信号，信号可以窗口的方式显示，在整屏上任意漫游。 3.33.3 四通道投影融合沉浸式显示系统的组成部分四通道投影融合沉浸式显示系统的组成部分 1.图形工作站：四通道投影融合沉浸式显示系统所需的计算机系统具有很高的计算速度和图形处理能力。 高性能图形工作站是虚拟现实和系统仿真的最佳计算机平台， 不仅具有可扩性好、 编程容易和计算能力强等优点， 而且它的图形处理速度极快，具有多管道（Pipe） 、多通道（Channel）图形输出能力。工作站的每个图形管道 输出一个画面到一个投影面。 2.投影设备：在四通道投影融合沉浸式显示系统中，投影机分别接收来自工作站的图形信号，然后把信 号直接（或通过反射镜反射后）投影到沉浸系统的三个投影屏幕上，故整个视景系统一个的立方体结构。投影机 不仅要求可靠性好，而且要求具有投影距离长、图形分辨率高、亮度高、水平和垂直方向具有一定的光学可调整 性等性能。整个图象具有较高的完整性和清晰度。 3.跟踪系统：系统支持多种不同的跟踪系统，用于跟踪用户肢体动作，与投影面上图象的刷新频率同步。在 这样一个沉浸式显示环境中，工程师与虚拟世界（包括场景、物体对象）可实现 6 自由度的实时交互，实现 信息交流，辅助决策研究。 3.43.4 四通道投影融合沉浸式显示系统的优越性能四通道投影融合沉浸式显示系统的优越性能 1.沉浸感(Immersion)：又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实感受。 2.构想性(Imagination)：所见即所得，指用户沉浸在多维信息空间中，依靠自己的感知和认知能力全 方位获取知识，发挥主观能动性，寻求解答，形成新的概念。 3.交互性(Interaction),指参与者对虚拟环境物体的可操作程度和从环境中得到反馈。 4.多感知性（Multi-Sensory） ：指除了一般计算机技术所具有的视觉之外，还有听觉、力觉、触觉、 运动感等。 5.跟踪系统：用以确定参与者的头、手和身躯的位置； 3.53.5 可扩展接口系统可扩展接口系统 采用先进的全模块化设计，系统具有良好的可扩展性，并且易于维护。其模块更换、扩容简单 快捷。接口系统主要用于对虚拟现实系统各种信息的采集和控制，并且留有一定的扩展接口，以备将 来进行控制系统开发、教学系统开发、视景系统以及相关技术等相关功能的开发和