CN105554490A - 一种椭圆地幕与椭圆环幕联动的3d显示装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种椭圆地幕与椭圆环幕联动的3D显示装置及方法，所述装置包括：虚拟模拟单元，用于根据实际环境建立虚拟数字模型，所述虚拟数字模型包括360度椭圆环幕和椭圆形地幕，所述360度椭圆环幕与椭圆形地幕垂直设置，所述椭圆形地幕中央设置有一虚拟物体；初次渲染单元，用于根据实际投影分辨率获得渲染分辨率，对所述虚拟数字模型进行初次渲染；相机设置单元，用于在所述虚拟数字模型中建立两个视觉相机和一个顶端相机，所述视觉相机的视野涵盖部分椭圆形地幕和360度椭圆环幕，所述顶端相机位于虚拟数字模型的场景上方；最终渲染单元，用于根据顶端相机渲染出的序列完成最终渲染。与现有技术相比，本发明具有视听效果更好、简单、直观等优点。

Description

一种椭圆地幕与椭圆环幕联动的3D显示装置及方法

技术领域

本发明涉及一种3D投影技术，尤其是涉及一种椭圆地幕与椭圆环幕联动的3D显示装置及方法。

背景技术

在目前的展览展示行业中，常用的沙盘展示方式包括实物沙盘与数字投影沙盘。传统沙盘在展示中，显示出其静态与单调的功能局限：其一，由于空间限制，在局部细节表现上受限；其二，其实物的特性，不易更新加载新信息；其三，功能单一，表达信息量有限，常常需要解说人员以及其他配套支持。观众亦无法获得身临其境的观感。这种信息表达方式在飞速发展的信息时代表现出越来越局限的缺点。

近几年，随着3D投影技术的发展，数字投影越来越多运用在各类大型展示活动中，沙盘也向着功能多样化、智能化、艺术化、人性化的方向发展。这里所说的沙盘，并不是局限于实体有模型的概念，而是它拥有沙盘一样的功能，比如说，介绍区域、介绍建筑、介绍绿化等等。

纵观国内外，现在主流的展览馆，大都采用“空间屏”与“信息屏”双屏联动、同步展示的方式。如图1所示，即在椭圆形环状地幕2的远处边缘设置一块垂直幕1，与椭圆形地幕2形成一个椭圆形圆筒的造型，椭圆形环状垂直幕与椭圆形地幕显示统一内容，透视角度匹配。这样视野无限扩充至远处，增加了视觉范围。观众3站在椭圆地幕的中间，随着脚下屏幕的变幻，宛如乘坐直升机在空中自由飞翔，漫游穿越其间，景物变化惟妙惟肖，非常震撼。

在这一投影方式中，与传统屏幕不同的是：观众在观看地幕时，采取的是俯瞰视角，观看位置也是特定的。这一特定位置，位于屏幕的中央边缘处。在这一点处，所有画面内容的透视角度都匹配于此，这个原理等同于街头立体画，且周边是地面和周边环境360度都是数字画面。

3D投影沙盘目前已广泛应用于城建规划、房地产开发、旅游景区、展馆演示、工程、交通、教学等领域。无论何种地幕数字投影，因为透视视角、运动要求等必然要素的关系，对其中的3D投影技术，和3D内容制作都提出了更高的要求。

现有专利申请2014100479834公开一种L型垂直幕地幕3D投影显示方法，但该显示方法仅能表现出眼前看到的表现载体，且最佳观看区域只有中心位置，显示效果与观看效果都存在不足。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种视听效果更好、简单、直观的椭圆地幕与椭圆环幕联动的3D显示装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种椭圆地幕与椭圆环幕联动的3D显示装置，包括：

虚拟模拟单元，用于根据实际环境建立虚拟数字模型，所述虚拟数字模型包括360度椭圆环幕和椭圆形地幕，所述360度椭圆环幕与椭圆形地幕垂直设置，所述椭圆形地幕中央设置有一虚拟物体；

初次渲染单元，用于根据实际投影分辨率获得渲染分辨率，对所述虚拟数字模型进行初次渲染；

相机设置单元，用于在所述虚拟数字模型中建立两个视觉相机和一个顶端相机，所述视觉相机的视野涵盖部分椭圆形地幕和360度椭圆环幕，所述顶端相机位于虚拟数字模型的场景上方；

最终渲染单元，用于根据顶端相机渲染出的序列完成最终渲染。

所述相机设置单元建立两个视觉相机时，将两个视觉相机、360度椭圆环幕、椭圆形地幕以及虚拟物体绑定形成一场景，所述顶端相机设于所述场景上方。

所述视觉相机下方设置一黑色挡板，所述虚拟物体与黑色挡板绑定。

一种椭圆地幕与椭圆环幕联动的3D显示装置的3D显示方法，包括以下步骤：

1)获取实际环境的物理参数，并根据获得的物理参数建立1：1的虚拟数字模型，在虚拟数字模型的椭圆形地幕中央设置一虚拟物体；

2)建立两个视觉相机，放置于所述虚拟数字模型中，模拟实际环境中观众眼睛位置，视觉相机视野涵盖部分椭圆形地幕和360度椭圆环幕；

3)根据实际投影分辨率获得渲染分辨率，对模型进行初次渲染；

4)将360度椭圆环幕、椭圆形地幕、两个视觉相机与虚拟物体绑定；

5)将步骤3)渲染获得的画面贴回椭圆形地幕；

6)通过顶端相机渲染出序列；

7)完成最终渲染。

所述步骤1)中，物理参数包括椭圆地幕的大小、360度椭圆环幕的大小、观众距离椭圆地幕的距离和高度。

所述步骤5)中，渲染获得的画面通过cameraMapPerxel命令贴回椭圆形地幕。

所述步骤6)中，顶端相机采用Crop切割渲染出序列。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明采用椭圆地幕与椭圆环幕联动的方式进行3D显示，可以实现更加强烈的视觉效果，椭圆形地幕椭圆形环幕联动成像视听效果更震撼，沉浸感更强烈。椭圆形联动成像由于观影者站在影院中心点，置身于360度环幕和环绕地幕中，观影者可以自身旋转选择观看任何一角度影像画面，尤其是地幕上画面，观影者犹如坐在高空热气球上空俯瞰大地画面，视觉不受任何阻碍，真正意义的实现了720度观看效果。

(2)本发明的显示装置及显示方法可将显示对象表现得更加全面。比如对于城市最高点视觉的表现，椭圆形地幕完全表达真实的现场模拟，而L型幕只能表现眼前120度范围内的有效画面。

(3)现有的L型联动幕观影区域，都在视觉前方，且只有中心位置为最佳观看区域。而采用本发明的椭圆形联动幕观看区域在中心点，由于观影者向四周环视观看，中心区域内任何位置都是最佳观影者位置。椭圆形联动幕最佳观影区域人数更多，观影区域面积更大。

(4)本发明通过设置一个虚拟物体，将相机、挡板绑在虚拟物体上，形成一个相机组的概念，随后所有动画路径均设置在虚拟物体上，而不是相机上；这样能保证相机组内所有物体保持不位移，同时更加容易理解制作原理。虚拟物体可以进行平移、缩放、摇位、旋转等动作，相应的相机跟随完成所有动画路径。比传统在相机上设置动画管理起来要整齐、简单、直观得多。

(5)本发明在视觉下方设置有一挡板，可以大大节约渲染量和渲染时间。无论地幕是矩形或者异形，在其范围外的像数都是无效像数，这些像数会大大浪费渲染时间，挡板可覆盖无效像数部分，这样便可以节约大量渲染时间。

(6)运用cameraMapPerxel修改命令比传统AE几何校正方法要准确和方便的多。AE几何校正还是基于手工校正，因此容易存在误操作，或者不精准操作，而cameraMapPerxel修改器是基于相机匹配后反算得出的，所有运算均是3D软件自身完成，无需手工操作，因此其准确性、效率性都是无法比拟的。

(7)Crop切割渲染也是计算机内部运算渲染，很明显区别于传统的AE手工切屏，因此准确和效率是最大的优点。

附图说明

图1为本发明360度椭圆环幕示意图；

图2为本发明椭圆形地幕示意图；

图3为本发明显示方法的流程示意图；

图4为根据实际投影分辨率获得渲染分辨率的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一种椭圆地幕与椭圆环幕联动的3D显示装置，包括虚拟模拟单元、初次渲染单元、相机设置单元和最终渲染单元，其中，虚拟模拟单元用于根据实际环境建立虚拟数字模型，所述虚拟数字模型包括360度椭圆环幕和椭圆形地幕，所述360度椭圆环幕与椭圆形地幕垂直设置，所述椭圆形地幕中央设置有一虚拟物体，如图1-图2所示；初次渲染单元用于根据实际投影分辨率获得渲染分辨率，对所述虚拟数字模型进行初次渲染；相机设置单元用于在所述虚拟数字模型中建立两个视觉相机和一个顶端相机，所述视觉相机的视野涵盖部分椭圆形地幕和360度椭圆环幕，所述顶端相机位于虚拟数字模型的场景上方；最终渲染单元用于根据顶端相机渲染出的序列完成最终渲染。相机设置单元建立两个视觉相机时，将两个视觉相机、360度椭圆环幕、椭圆形地幕以及虚拟物体绑定形成一场景，所述顶端相机设于所述场景上方。视觉相机下方设置一黑色挡板，虚拟物体与黑色挡板绑定。

上述椭圆地幕与椭圆环幕联动的3D显示装置设置于一主控机中，该主控机与多个节点机连接，主控机将渲染后获取的三维图像投影参数(相机参数、投影参数、影像参数、模型参数等)分发给节点机，节点机接收到三维图像投影参数生成待显示的三维图像数据，通过投影机将三维图像数据投射至显示系统；节点机对应控制投射的三维图像数据在显示系统上，共同汇聚组合成三维图像整体。主控机实现协调控制操作，确保地幕显示屏以及信息显示屏的显示图像保持关联一致，实现一体化投影显示。

如图3所示，上述椭圆地幕与椭圆环幕联动的3D显示装置的3D显示方法，包括以下步骤：

在步骤001中，获取实际环境的物理参数，包括椭圆地幕的大小、360度椭圆环幕的大小、观众距离椭圆地幕的距离和高度。

在步骤002中，根据获得的物理参数建立1：1的虚拟数字模型，在虚拟数字模型的椭圆形地幕中央设置一虚拟物体。

在步骤003中，建立两个视觉相机，放置于所述虚拟数字模型中，模拟实际环境中观众眼睛位置，视觉相机视野涵盖部分椭圆形地幕和360度椭圆环幕，视觉相机下方设置一黑色挡板。

在步骤004中，根据实际投影分辨率获得渲染分辨率，包括高度和宽度分辨率，对模型进行初次渲染。根据实际投影分辨率获得渲染分辨率的具体过程为：如图4所示，有20台投影机器投射，而每台投影机的物理分辨率是1024*768像素，20台投影机网格状型排列投到地面扣除投影机器中间融合带分辨率256像素，画面的实际像素高是1024*5-256*4＝2304，宽是768*-256＝4096。

在步骤005中，将360度椭圆环幕、椭圆形地幕、两个视觉相机与虚拟物体绑定。

在步骤006中，将渲染获得的画面通过cameraMapPerxel命令贴回椭圆形地幕。

在步骤007中，顶端相机采用Crop切割渲染出序列；

在步骤008中，完成最终渲染。

本发明3D投影方式跳出了空间限制，联动展示，可最大限度的展现丰富立体的影像信息，实现任意细节的放大、缩小、旋转、推进、拉伸展示。观众在观看时，除了更好地掌握城市或建筑的形态以及规划布局外，也可感受漫游其中的临场感与沉浸感，充分体验现代数字显示技术带来的冲击与震撼。3D投影沙盘将拓展数字沙盘使用方式，将大大提高数字展示在娱乐影院、城市规划展示、科博馆数字展示等方面的应用。

Claims (7)

1.一种椭圆地幕与椭圆环幕联动的3D显示装置，其特征在于，包括：

虚拟模拟单元，用于根据实际环境建立虚拟数字模型，所述虚拟数字模型包括360度椭圆环幕和椭圆形地幕，所述360度椭圆环幕与椭圆形地幕垂直设置，所述椭圆形地幕中央设置有一虚拟物体；

初次渲染单元，用于根据实际投影分辨率获得渲染分辨率，对所述虚拟数字模型进行初次渲染；

相机设置单元，用于在所述虚拟数字模型中建立两个视觉相机和一个顶端相机，所述视觉相机的视野涵盖部分椭圆形地幕和360度椭圆环幕，所述顶端相机位于虚拟数字模型的场景上方；

最终渲染单元，用于根据顶端相机渲染出的序列完成最终渲染。

2.根据权利要求1所述的椭圆地幕与椭圆环幕联动的3D显示装置，其特征在于，所述相机设置单元建立两个视觉相机时，将两个视觉相机、360度椭圆环幕、椭圆形地幕以及虚拟物体绑定形成一场景，所述顶端相机设于所述场景上方。

3.根据权利要求1或2所述的椭圆地幕与椭圆环幕联动的3D显示装置，其特征在于，所述视觉相机下方设置一黑色挡板，所述虚拟物体与黑色挡板绑定。

4.一种如权利要求1所述的椭圆地幕与椭圆环幕联动的3D显示装置的3D显示方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取实际环境的物理参数，并根据获得的物理参数建立1：1的虚拟数字模型，在虚拟数字模型的椭圆形地幕中央设置一虚拟物体；

2)建立两个视觉相机，放置于所述虚拟数字模型中，模拟实际环境中观众眼睛位置，视觉相机视野涵盖部分椭圆形地幕和360度椭圆环幕；

3)根据实际投影分辨率获得渲染分辨率，对模型进行初次渲染；

4)将360度椭圆环幕、椭圆形地幕、两个视觉相机与虚拟物体绑定；

5)将步骤3)渲染获得的画面贴回椭圆形地幕；

6)通过顶端相机渲染出序列；

7)完成最终渲染。

5.根据权利要求4所述的椭圆地幕与椭圆环幕联动的3D显示装置的3D显示方法，其特征在于，所述步骤1)中，物理参数包括椭圆地幕的大小、360度椭圆环幕的大小、观众距离椭圆地幕的距离和高度。

6.根据权利要求4所述的椭圆地幕与椭圆环幕联动的3D显示装置的3D显示方法，其特征在于，所述步骤5)中，渲染获得的画面通过cameraMapPerxel命令贴回椭圆形地幕。

7.根据权利要求4所述的椭圆地幕与椭圆环幕联动的3D显示装置的3D显示方法，其特征在于，所述步骤6)中，顶端相机采用Crop切割渲染出序列。