CN103973940A - 多机多通道投影同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多机多通道投影同步方法，属于多通道显示控制技术领域。所述方法包括：从多个投影通道中确定一个主节点和多个从节点；主节点创造TCP服务器，并广播启动消息，检索从节点反馈消息；多个从节点接受启动消息，创建TCP客户端，并连接到主节点的TCP服务器，向主节点发送验证消息；主节点接收到所有从节点的验证消息后，检查所有从节点的状态，并保存所有从节点的信息；主节点根据各从节点的信息，计算出同步信息，并向从节点加载同步信息；从节点接收到主节点发送的同步信息，更新同步信息；主节点判断是否所有从节点的当前信息都已修正为同步信息，如果是，则完成了主节点对从节点的一次同步控制；如果否，返回。本发明提供的同步方法能够使主节点和从节点实现同步。

Description

多机多通道投影同步方法

技术领域

本发明涉及一种多机多通道投影同步方法，属于多通道显示控制技术领域。

背景技术

多机多通道投影是实现多个投影的同时、同步进行投影，每个投影仪可以投影不同的场景的内容，如此大大提高显示的信息量、扩展了视域范围。随着多机多通道投影技术硬件门槛的降低和软件技术的成熟，越来越多的单位、个人及行业开始使用多屏显示平台，其中多机多通道投影技术在虚拟地理环境、数字城市、城市或园林景观规划设计、军事战场仿真、可视化森林经营管理、水土流失情景动态模拟等领域有着很好的应用前景。但现有技术中的多机多通道投影同步方法，很难同步，多个投影仪投影的图像在时间不能同步显示同一场景的图像。

发明内容

为克服现有技术中存在的缺点，本发明的目的多机多通道投影同步方法，所述方法能够使多机多通道投影机同步显示。

为实现所述的发明目的，本发明提供一种多机多通道同步方法，其包括：

S01：从K个投影通道中确定一个主节点和多个从节点；

S02：主节点和多个从节点更新场景，准备数据融合矫正；

S03：主节点创造TCP服务器，并广播启动消息，检索从节点反馈消息；

S04：多个从节点接受启动消息，创建TCP客户端，并连接到主节点的TCP服务器，向主节点发送验证消息；

S05：主节点接收到所有从节点的验证消息后，检查所有从节点的状态，并保存所有从节点的信息；

S06：主节点根据各从节点的信息，计算出同步信息，并向从节点加载同步信息；

S07：从节点接收到主节点发送的同步信息，更新同步信息；

S08：主节点判断是否所有从节点的当前信息都已修正为同步信息，如果是，则完成了主节点对从节点的一次同步控制；如果否，返回到步骤S02。

优选地，数据融合矫正包括：

S02-1：在第k个投影机所投影的网络图像上均匀设置(m+1)×(n+1)个控制点，调整每个控制点的坐标以使观察者在投影屏幕上观察到正常的透视投影图像，记录每个控制点调整后的坐标值其中，a_k∈[0，1，2，...，m]，b_k∈[0，1，2，...，n]；

S02-2：根据每个控制点调整后的坐标值构造变形函数Q(i，j)，根据函数Q(i，j)对待投影图像进行变形，其中，i和j分别为待投影图像中的像素(i，j)的行和列。

与现有技术相比，本发明提供的同步方法能够使主节点和从节点实现同步。

附图说明

图1是本发明提供的多机多通道显示系统的组成框图；

图2是本发明提供的多机多通道同步方法的流程图；

图3是本发明提供多通道数据融合矫正方法的流程图。

具体实施方式

图1是本发明提供的多机多通道显示系统的组成框图。如图1所示，本发明提供的多机多通道显示系统包括客户终、n个显示通道和屏幕，每个显示通道包括1台计算机、1台投影仪，计算机和投影仪之间通过视频线点对点连接，计算机负责接受网络上传来的数据，并据此数据进行渲染，最后通过投影仪进行显示；所述屏幕为环幕、弧幕、球幕等。客户终端用于实现每台计算机与外部系统交互信息。

多通道显示系统显示终端有多个显示通道，通道间的计算机之间通过网线连接，网络关系对等，负责接受网络上传来的数据，并据此数据进行渲染，最后通过投影仪进行显示。显示终端是系统的同步控制对象，负责接受网络上传来的数据，并据此数据进行渲染，最后通过投影仪进行显示。每台计算机包括四个模块数据生成模块、循环缓存模块、显示模块和同步模块。数据生成模块负责从客户终端读取数据信息，并写入循环缓存模块，作为显示模块的数据源。循环缓存模块实现数据从数据生成模块到渲染显示模块的正确转移。渲染显示模块首先读取循环缓存中的数据，根据此数据进行渲染显示。同步模块是各个显示终端各通道运行的高优先级、低延迟的模块，控制所有显示通道同时显示渲染场景。

客户终端负责接受网络传来的数据信息，并将其传输给相应的计算机。它包括三个模块组成：数据生成模块、循环缓存模块、数据传输模块。数据生成模块负责获取其他节点通过网络传输的信息，以及获取界面用户的控制信息，并将这些信息存入循环缓存模块。循环缓存模块实现数据从数据生成模块到数据传输模块的正确转移。数据传输模块从循环缓存模块中读取数据信息，并将其发送到计算机。

在多通道显示系统中，假设PC_i的时钟都是相对于PC₀的。客户终端PC₀将显示的数据信息传送给显示终端，显示终端PC_i接收到数据并进行渲染显示所需时间为T_i，如果|T_i-T_j|＜ε(其中(i，j∈[1，n])，ε由用户指定)，则说明PC₁，PC₂，PC₃…PC_n显示同步。

系统显示场景经历三个阶段：读取数据、渲染场景、示场景。所以要想使显示终端的不同PC显示同一时刻的画面，一方面要满足所有显示进程的待渲染数据相同，另一方面要满足显示阶段节点间时差足够小。因此，为了满足多通道显示系统的显示同步，需要作两次同步控制：第一、帧同步；第二、显示同步。帧同步是指不同的显示节点显示同一时刻的场景，这就要求不同节点的渲染数据相同。显示同步是指当所有显示节点渲染完毕时，同时执行显示场景的操作。

显示终端的节点从逻辑上讲可以划分为主节点、从节点。显示终端是由一个主节点和多个从节点组成的。主节点：负责系统的同步决策，向其他从节点发送同步控制信息。任何一台计算机PC_i都可工作在主或从节点，后续加入的均为从节点；也可以当所有计算机都加入系统后，根据机器性能，自动协商指定机器负载小、性能好的一台作为主节点，而其他节点作为从节点。主节点一旦确定，其他从节点会向主节点注册。

主节点与从节点建立连接，受主节点的控制，根据主节点发来的同步信息，实现同步操作。

当所有显示节点待渲染的数据帧不是同一帧时，主节点求得最新数据帧，并将其传输给各从节点，然后所有显示节点根据最新数据帧执行渲染。每个显示节点渲染完毕时，向主节点报告，当所有节点都渲染完毕，主节点通知所有显示节点显示场景。从节点根据主节点提供的信息执行相应的操作。

图2是本发明提供的多机多通道同步方法的流程图。如图2所法，本发提供的多机多通道同步方法，其包括：

S01：确定一个主节点和多个从节点；

S02：主节点和多个从节点更新场景，准备数据融合矫正；

S03：主节点创造TCP服务器，并广播启动消息，检索从节点反馈消息；

S04：多个从节点接受启动消息，创建TCP客户端，并连接到主节点的TCP服务器，向主节点发送验证消息；

S05：主节点接收到所有从节点的验证消息后，检查所有从节点的状态，并保存所有从节点的信息；加载的同步信息包括同步帧信息，同步播放器信息，同步着色信息，同步材质信息，同步节点信息；

S06：主节点根据各从节点的信息，计算出同步信息，并向从节点加载同步信息；

S07：从节点接收到主节点发送的同步信息，更新同步信息；

S08：主节点判断是否所有从节点的当前信息都已修正为同步信息，如果是，则完成了主节点对从节点的一次同步控制；如果否，返回到步骤S02。

其中，主节点

图3是本发明提供的多通道数据融合矫正方法的流程图。如图3所示，本发明提供的多通道数据融合矫正方法包括：

S01：在同一水平面设置3个投影机，即使它们组成一行|A₁₁ A₁₂ A₁₃|

S02：将投影屏幕水平划分成3个区域；

S03：使一个投影机对应于一个区域并使每个投影机投影一幅等间距的网格图像，每个网格对应8×8个像素；

S04：令k＝1，

S05：在第k个投影机所投影的网络图像上均匀设置(m+1)×(n+1)个控制点，调整每个控制点的坐标，以使观察者在投影屏幕上观察到正常的透视投影图像，记录控制点调整后的坐标值其中，a_k∈[0，1，2，...，m]，b_k∈[0，1，2，...，n]；

S06：根据每个控制点调整后的坐标值构造变形函数Q(i，j)，根据函数Q(i，j)对待投影图像进行变形，其中，i和j分别为待投影图像中的像素(i，j)的所处的行和列，具体为：

设一幅待投影图像的分辨率为3H×W，则第k个投影机待投影图像的分辨率为其中，P为水平相邻两个投影机待投影图像的重叠区域的水平宽度，单位为像素，则变形函数为：

$Q(i,j)=\underset{a_k=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{b_k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{a_k,b_k}{B}_{a_k}^m\left(i\right)B_{b_k}^n\left(j\right),$ 其中， $B_{a_k}^m\left(i\right)=C_m^{a_k}{\left[\frac{i}{W}\right]}^{a_k}\·{[1-\frac{i}{W}]}^{m-a_k},$ $B_{b_k}^n\left(j\right)=C_n^{b_k}{\left[\frac{j+(k-1)P}{k(H+\frac{2P}{3})}\right]}^{b_k}\·{[1-\frac{j+(k-1)P}{k(H+\frac{2P}{3})}]}^{{n-b}_k}$

S07：使k+1，并赋值给k；

S08：判断k是否大于K，如果是，则进行边缘融合，否则返回S05。边缘融合采用如下方法进行：使对应于第1个投影机的待投影图像的第列到第列像素的亮度乘以融合函数f(j)；使对应于第2个投影机的待投影图像的第列到第列像素的亮度乘以融合函数1-f(j)，第列到第列像素的亮度乘以融合函数g(j)；使对应于第3个投影机的待投影图像的第列到第列像素的亮度乘以融合函数1-g(j)；其中，所述融合函数f(j)为：

$f\left(j\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\α}{(2\·\frac{j-H+\frac{P}{3}}{P})}^p& H-\frac{P}{3}\≤j\≤H+\frac{P}{6}\\ 1-\mathrm{\α}{\left[2(1-\frac{j-H+\frac{P}{3}}{P})\right]}^p& H+\frac{P}{6}\≤j\≤H+\frac{2P}{3}\end{array}\right.,$

所述融合函数g(j)为：

$g\left(j\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\α}{(2\·\frac{j-2H+\frac{2P}{3}}{P})}^p& 2H-\frac{2P}{3}\≤j\≤2H-\frac{P}{6}\\ 1-\mathrm{\α}{\left[2(1-\frac{j-2H+\frac{2P}{3}}{P})\right]}^p& 2H-\frac{P}{6}\≤j\≤2H+\frac{P}{3}\end{array}\right.$

其中，α为亮度调节系数，α∈[0，1]，p为影响因子，其为正整数。

优选地，m＝3，n＝3。

本发明虽然以水平设置3个投影机为例进行了说明，但是本发明也可以垂直设置二个或者二个以上的投影机，垂直设置二个投影机时，多通道数据融合方法包括：

S01：在同一垂直面设置2个投影机，即使它们组成两行 $\left|\begin{array}{c}{A}_{11}\\ A_{21}\end{array}\right|$

S02：将投影屏幕垂直划分成2个区域；

S03：使一个投影机对应于一个区域并使每个投影机投影一幅等间距的网格图像，每个网格对应8×8个像素；

S04：令k＝1，

S05：在第k个投影机所投影的网络图像上均匀设置(m+1)×(n+1)个控制点，调整每个控制点的坐标以使观察者在投影屏幕上观察到正常的透视投影图像，记录控制点调整后的坐标值其中，a_k∈[0，1，2，...，m]，b_k∈[0，1，2，...，n]；

S06：根据每个控制点调整后的坐标值构造变形函数Q(i，j)，根据函数Q(i，j)对待投影图像进行变形，其中，i和j分别为待投影图像中的像素(i，j)的所处的行和列，具体为：

设一幅待投影图像的分辨率为H×2W，则第k个投影机待投影图像的分辨率为其中，R为垂直相邻两个投影机待投影图像的重叠区域的行数；

采用下式将位于第i行j列的像素的坐标(i，j)变换为Q(i，j)：

$Q(i,j)=\underset{a_k=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{b_k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{a_k,b_k}{B}_{a_k}^m\left(i\right)B_{b_k}^n\left(j\right),$ 其中，

$B_{a_k}^m\left(i\right)=C_m^{a_k}{\left[\frac{i+(k-1)R}{k(W+\frac{R}{2})}\right]}^{a_k}\·{[1-\frac{i+(k-1)R}{k(W+\frac{R}{2})}]}^{{m-a}_k},B_{b_k}^n\left(j\right)=C_n^{b_k}{\left[\frac{j}{H}\right]}^{b_k}\·{[1-\frac{j}{H}]}^{{n-b}_k};$

S07：使k+1，并赋值给k；

S08：判断k是否大于2，如果是，则进行边缘融合，否则返回S05；

边缘融合采用如下方法进行：使对应于第1个投影机的投影图像的第到第行像素的亮度乘以融合函数h(i)；

使对应于第2个投影机待投影图像的第到第行像素的亮度乘以融合函数1-h(i)；

所述融合函数h(i)为：

$h\left(i\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\α}{(2\·\frac{i-W+\frac{R}{2}}{R})}^p& W-\frac{R}{2}\≤i\≤W\\ 1-\mathrm{\α}{\left[2(1-\frac{i-H+\frac{R}{2}}{R})\right]}^p& W\≤i\≤W+\frac{R}{2}\end{array}\right.$

其中，α为亮度调节系数，α∈[0，1]，p为影响因子，其为正整数。

本发明也可以设置六个投影机，六个投影机设置成两行三列，以适应更复杂的投影屏幕如球幕，则本多通道数据融合方法包括：

S01：使六个投影机组成两行三列，即 $\left|\begin{array}{ccc}{A}_{11}& A_{12}& A_{13}\\ A_{21}& A_{22}& A_{23}\end{array}\right|$

S02：将投影屏幕划分成6个区域；

S03：使一个投影机对应于一个区域并使每个投影机投影一幅等间距的网格图像，每个网格对应8×8个像素；

S04：令k＝1，

S05：在第k个投影机所投影的网络图像上均匀设置(m+1)×(n+1)个控制点，调整每个控制点的坐标以使观察者在投影屏幕上观察到正常的透视投影图像，记录控制点调整后的坐标值其中，a_k∈[0，1，2，...，m]，b_k∈[0，1，2，...，n]；

S06：根据每个控制点调整后的坐标值构造变形函数Q(i，j)，根据函数Q(i，j)对待投影图像进行变形，其中，i和j分别为待投影图像中的像素(i，j)的所处的行和列，具体为：

设一幅待投影图像的分辨率为3H×2W，则第k个投影机待投影图像的分辨率为其中，R为垂直相邻两个投影机待投影图像的重叠区域的行数；P为水平相邻两个投影机待投影图像的重叠区域的列数；

采用下式将位于第i行j列的像素的坐标(i，j)变换为Q(i，j)：

$Q(i,j)=\underset{a_k=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{b_k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{a_k,b_k}{B}_{a_k}^m\left(i\right)B_{b_k}^n\left(j\right),$ 其中，

$B_{a_k}^m\left(i\right)=C_m^{a_k}{\left[\frac{i+(k-1)R}{k(W+\frac{R}{2})}\right]}^{a_k}\·{[1-\frac{i+(k-1)R}{k(W+\frac{R}{2})}]}^{{m-a}_k},$

$B_{b_k}^n\left(j\right)=C_n^{b_k}{\left[\frac{j+(k-1)P}{k(H+\frac{2P}{3})}\right]}^{b_k}\·{[1-\frac{j+(k-1)P}{k(H+\frac{2P}{3})}]}^{{n-b}_k};$

S07：使k+1，并赋值给k；

S08：判断k是否大于6，如果是，则进行边缘融合，否则返回S05；

边缘融合采用如下方法进行：使对应于第1个投影机A₁₁的投影图像的第到第行像素的亮度乘以融合函数h(i)；第到第列像素的亮度乘以融合函数f(j)；

使对应于第4个投影机A₂₁的待投影图像的第到第行像素的亮度乘以融合函数1-h(i)；第到第列像素的亮度乘以融合函数f(j)。

使对应于第2个投影机A₁₂的投影图像的第到第行像素的亮度乘以融合函数h(i)；第到第列像素的亮度乘以融合函数1-f(j)；第到第列像素的亮度乘以融合函数g(j)；

使对应于第5个投影机A₂₂的待投影图像的第到第行像素的亮度乘以融合函数1-h(i)；第到第列像素的亮度乘以融合函数1-f(j)；第到第列像素的亮度乘以融合函数g(j)。

使对应于第3个投影机A₁₃的投影图像的第到第行像素的亮度乘以融合函数h(i)；第到第列像素的亮度乘以融合函数1-g(j)；

使对应于第6个投影机A₂₃待投影图像的第到第行像素的亮度乘以融合函数1-h(i)；第到第列像素的亮度乘以融合函数1-g(j)；

所述融合函数f(j)为：

$f\left(j\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\α}{(2\·\frac{j-H+\frac{P}{3}}{P})}^p& H-\frac{P}{3}\≤j\≤H+\frac{P}{6}\\ 1-\mathrm{\α}{\left[2(1-\frac{j-H+\frac{P}{3}}{P})\right]}^p& H+\frac{P}{6}\≤j\≤H+\frac{2P}{3}\end{array}\right.,$

所述融合函数g(j)为

$g\left(j\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\α}{(2\·\frac{j-2H+\frac{2P}{3}}{P})}^p& 2H-\frac{2P}{3}\≤j\≤2H-\frac{P}{6}\\ 1-\mathrm{\α}{\left[2(1-\frac{j-2H+\frac{2P}{3}}{P})\right]}^p& 2H-\frac{P}{6}\≤j\≤2H+\frac{P}{3}\end{array}\right.$

所述融合函数h(i)为：

$h\left(i\right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\α}{(2\·\frac{i-W+\frac{R}{2}}{R})}^p& W-\frac{R}{2}\≤i\≤W\\ 1-\mathrm{\α}{\left[2(1-\frac{i-W+\frac{R}{2}}{R})\right]}^p& H\≤i\≤W+\frac{R}{2}\end{array}\right.$

其中，α为亮度调节系数，α∈[0，1]，p为影响因子，其为正整数。

虽然本发明以水平设置三个投影机，垂直设置两个投影机，以及二行三列的形式设置6个投影机进行了说明，本发明并不限于这几种情况，本发明可以矩阵状设置多个投影机以适应不同的投影屏。

以上结合附图详细说明了本明，但是本发明不应该被认为是仅仅局限于上述特定实施例，而应理解为涵盖了附属的权利要求中提出的本发明的所有方面。在阅览上述说明书的情况下对本发明应用的多种修改，等价处理以及多种结构对于本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (2)

1.一种多机多通道投影同步方法，其包括：

S01：从K个投影通道中确定一个主节点和多个从节点；

S02：主节点和多个从节点更新场景，准备数据融合矫正；

S03：主节点创造TCP服务器，并广播启动消息，检索从节点反馈消息；

S04：多个从节点接受启动消息，创建TCP客户端，并连接到主节点的TCP服务器，向主节点发送验证消息；

S05：主节点接收到所有从节点的验证消息后，检查所有从节点的状态，并保存所有从节点的信息；

S06：主节点根据各从节点的信息，计算出同步信息，并向从节点加载同步信息；

S07：从节点接收到主节点发送的同步信息，更新同步信息；

S08：主节点判断是否所有从节点的当前信息都已修正为同步信息，如果是，则完成了主节点对从节点的一次同步控制；如果否，返回到步骤S02。

2.根据权利要求1所述的多机多通道投影同步方法，其特征在于，数据融合矫正包括：

S02-1：在第k个投影机所投影的网络图像上均匀设置(m+1)×（n+1)个控制点，调整每个控制点的坐标以使观察者在投影屏幕上观察到正常的透视投影图像，记录每个控制点调整后的坐标值其中，a_k∈[0，1，2，...，m]，b_k∈[0，1，2，...，n]；

S02-2：根据每个控制点调整后的坐标值构造变形函数Q(i，j)，根据函数Q(i，j)对待投影图像进行变形，其中，i和j分别为待投影图像中的像素(i，j)的行和列。