CN103871109A - 一种虚拟现实系统自由视角切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种虚拟现实系统自由视角切换方法，包括以下步骤：（1）以目标物为中心为初始视点及终止视点建立空间坐标；（2）在初始视点及终止视点之间插入N个过渡视点，其中，N=1,2,3,…；所述过渡视点插入的方法为：（3）根据初始视点及终止视点坐标建立圆球模型，选择半径不变圆球模型或半径渐变圆球模型；（4）通过圆球模型计算各个过渡视点的坐标值，获得初始视点到终止视点的视角切换路径。本发明通过外轨迹球的方式，简化了两点之间圆弧上过渡视点坐标计算的复杂度；对于离三维场景（目标物）距离不等的情况，采用半径渐变圆球模型，实现视点的平滑转换。

Description

一种虚拟现实系统自由视角切换方法
技术领域
本发明涉及显示领域，尤其涉及一种虚拟现实系统自由视角切换方法。
背景技术
在3D虚拟现实系统中，对于场景中的物体，经常需要从不同的视点来获取不同的视角影像，来满足用户的需求。从一个视点切换到另外一个视点，当视点位置差别比较大时，会产生图像跳跃现象。现有的方法就是在这两个视点之间直接变换，造成场景变换不连续，产生跳跃效果。有的方法通过加入过渡视点来实现视点平滑切换，但是视角变换轨迹算法复杂，计算时间长，对硬件的要求比较高。 
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供新型虚拟现实系统自由视角切换方法的设计方案。
一种虚拟现实系统自由视角切换方法，包括以下步骤：（1）以目标物为中心为初始视点及终止视点建立空间坐标；（2）在初始视点及终止视点之间插入N个过渡视点，其中，N=1,2,3,…；所述过渡视点插入的方法为：（3）根据初始视点及终止视点坐标建立圆球模型，选择半径不变圆球模型或半径渐变圆球模型；（4）通过圆球模型计算各个过渡视点的坐标值，获得初始视点到终止视点的视角切换路径。
具体的，所述半径不变圆球模型或半径渐变圆球模型选择方法为：若初始视点及终止视点与目标物的距离相等时，则采用半径不变圆球模型，若初始视点及终止视点与目标物的距离不相等时，则采用半径渐变圆球模型。
 更具体的，采用半径不变圆球模型时的各个过渡视点坐标值的计算方法为：（I）计算初始视点或终止视点到目标物的距离R，并令初始视点或终止视点坐标满足                                                
Figure 541017DEST_PATH_IMAGE001
，即R圆球的半径；（II）根据初始视点的坐标（
Figure 284982DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 662873DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 466881DEST_PATH_IMAGE004
）及终止坐标（
Figure 664645DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 415563DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 382382DEST_PATH_IMAGE007
）计算N个过渡视点中第n个过渡视点的坐标（
Figure 622870DEST_PATH_IMAGE008
，，
Figure 659276DEST_PATH_IMAGE010
）：
Figure 683864DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 360833DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 267609DEST_PATH_IMAGE013
，
其中n=1,2,3,…。
 更具体的，采用半径渐变圆球模型时的各个过渡视点坐标值的计算方法为：（a）分别计算初始视点与终止视点到目标物的距离
Figure 2014101328348100002DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 829172DEST_PATH_IMAGE015
； （b）计算N个过渡视点中第n个过渡视点到目标物的距离为：
Figure 2014101328348100002DEST_PATH_IMAGE016
；（c）根据第n个过渡视点到目标物的距离
Figure 708266DEST_PATH_IMAGE017
计算该过渡视点的坐标：
Figure 2014101328348100002DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 228240DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 2014101328348100002DEST_PATH_IMAGE020
。
进一步的，所述过渡视点插入的方法还包括直线模型法：根据初始视点的坐标（，
Figure 190828DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 721167DEST_PATH_IMAGE004
）和终止视点的坐标（
Figure 208780DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 558990DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 259093DEST_PATH_IMAGE007
）计算N个过渡视点中第n个视点坐标（，
Figure 974556DEST_PATH_IMAGE009
，）为：
Figure 847014DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 2014101328348100002DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 351945DEST_PATH_IMAGE023
。
    综上所述，本发明具有以下有益效果：（1）通过外轨迹球的方式，简化了两点之间圆弧上过渡视点坐标计算的复杂度；（2）对于离三维场景（目标物）距离不等的情况，采用半径渐变圆球模型，实现视点的平滑转换。
附图说明
图1为本发明所述半径不变圆球模型视角切换路径示意图。
具体实施方式
为了让本领域的技术人员能够更好地了解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的阐述。
本发明揭示了一种虚拟现实系统自由视角切换方法，包括以下步骤：（1）以目标物为中心为初始视点及终止视点建立空间坐标；（2）在初始视点及终止视点之间插入N个过渡视点，其中，N=1,2,3,…。
如图1所示，当初始视点和终止视点到目标物的距离相等时，此时可采用半径不变圆球模型，视点的切换路径可以以目标物为中心，目标物和初始视点的距离R为半径，建立一个圆球模型。初始视点V1（
Figure 384623DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 506162DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 344805DEST_PATH_IMAGE029
）和终止视点V2（，
Figure 173401DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 251079DEST_PATH_IMAGE035
）均位于圆球上，初始视点或终止视点坐标满足
Figure 893413DEST_PATH_IMAGE037
。过渡视点实际上便是位于初始视点V1与终止视点V2之间在圆球上的一段圆弧上的点。根据初始视点V1的坐标（
Figure 372935DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 75312DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 640286DEST_PATH_IMAGE029
）及终止坐标V2（
Figure 23994DEST_PATH_IMAGE031
，，
Figure 434564DEST_PATH_IMAGE035
），便能够计算N个过渡视点中第n个过渡视点的坐标（
Figure 486833DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 470970DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure 925085DEST_PATH_IMAGE043
）：
，
Figure 243251DEST_PATH_IMAGE047
，，
其中n=1,2,3,…。
其中过渡视点的数量N可根据实际视角变换的跨度进行自定义。
当计算完所有的过渡视点的坐标后，便可获得从初始视点到终止视点的视角切换路径。沿着这个这个视角切换路径上过渡视点进行切换便能够获得平滑的视角变换效果。图1中的虚线为视点V1、V2、V3之间的视点切换路径。
当初始视点和中知识点到目标物的距离不等时（由远变近或由近变远），为了达到更加好的视角变换效果，此时可采用半径渐变圆球模型来计算视角变换的路径，以目标物为中心，建立对应各个过渡视点的一系列的半径渐变的圆球，计算N个过渡视点中的第n个过渡视点的圆球半径
Figure 277383DEST_PATH_IMAGE051
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE053
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE055
和
Figure DEST_PATH_IMAGE057
为初始视点与终止视点到目标物的距离。由此可根据第n个过渡视点到目标物的距离
Figure 102250DEST_PATH_IMAGE051
计算各个过渡视点的坐标：
Figure DEST_PATH_IMAGE059
，
Figure DEST_PATH_IMAGE061
，
Figure DEST_PATH_IMAGE063
。
但某些视角变换跨度较小或者目标物形状所限，过渡视点插入的方法还可以采用直线模型法，无需建立圆球模型，根据初始视点的坐标（，
Figure 330418DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 696808DEST_PATH_IMAGE029
）和终止视点的坐标（
Figure 82790DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure 800210DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 929840DEST_PATH_IMAGE035
）计算N个过渡视点中第n个视点坐标（，
Figure 504358DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure 240233DEST_PATH_IMAGE043
）为: 
Figure DEST_PATH_IMAGE065
，，
Figure DEST_PATH_IMAGE069
。由此得到视角变换的路径。
本实施例只是本发明的较优实施方式，未进行详细描述的部分均采用公知的成熟技术。需要说明的是，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1. 一种虚拟现实系统自由视角切换方法，包括以下步骤：
（1）以目标物为中心为初始视点及终止视点建立空间坐标；
（2）在初始视点及终止视点之间插入N个过渡视点，其中，N=1,2,3,…；
其特征在于，所述过渡视点插入的方法为：
（3）根据初始视点及终止视点坐标建立圆球模型，选择半径不变圆球模型或半径渐变圆球模型；
（4）通过圆球模型计算各个过渡视点的坐标值，获得初始视点到终止视点的视角切换路径。
2. 根据权利要求1所述的一种虚拟现实系统自由视角切换方法，其特征在于，所述半径不变圆球模型或半径渐变圆球模型选择方法为：若初始视点及终止视点与目标物的距离相等时，则采用半径不变圆球模型，若初始视点及终止视点与目标物的距离不相等时，则采用半径渐变圆球模型。
3. 根据权利要求2所述的一种虚拟现实系统自由视角切换方法，其特征在于，采用半径不变圆球模型时的各个过渡视点坐标值的计算方法为：
（I）计算初始视点或终止视点到目标物的距离R，并令初始视点或终止视点坐标满足                                               
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE002
，即R圆球的半径；
（II）根据初始视点的坐标（
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE008
）及终止坐标（
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE014
）计算N个过渡视点中第n个过渡视点的坐标（
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE020
）：
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE026
，
其中n=1,2,3,…。
4. 根据权利要求3所述的一种虚拟现实系统自由视角切换方法，其特征在于，采用半径渐变圆球模型时的各个过渡视点坐标值的计算方法为：
（a）分别计算初始视点与终止视点到目标物的距离
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE030
； 
（b）计算N个过渡视点中第n个过渡视点到目标物的距离
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE032
为：
；
（c）根据第n个过渡视点到目标物的距离
Figure 312302DEST_PATH_IMAGE032
计算该过渡视点的坐标：
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 512339DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE038
。
5. 根据权利要求4所述的一种虚拟现实系统自由视角切换方法，其特征在于，所述过渡视点插入的方法还包括直线模型法：根据初始视点的坐标（
Figure 302441DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 322349DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 590520DEST_PATH_IMAGE008
）和终止视点的坐标（
Figure 379484DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 74908DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 316533DEST_PATH_IMAGE014
）计算N个过渡视点中第n个视点坐标（
Figure 388394DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 297445DEST_PATH_IMAGE018
，）为: 
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE040
，
，
Figure 2014101328348100001DEST_PATH_IMAGE044
。
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