CN105867062A - 基于投影的虚拟现实显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于投影的虚拟现实显示系统，所述系统包括：投影支架；多个投影屏幕，所述多个投影屏幕均设置于所述投影支架，形成包括顶部开口和前部开口的框体，所述框体的底部相对所述投影支架的底端具有一定高度，所述多个投影屏幕均包括投影面以及与投影面相对的显像面，所述多个投影屏幕的显像面形成所述框体的内表面；多组投影设备，所述多组投影设备均设置于所述投影支架，且分别对应所述多个投影屏幕，设置于相应的投影屏幕的投影面一侧，所述多组投影设备分别用于将影像投影到相应的投影屏幕的投影面。

Description

基于投影的虚拟现实显示系统

技术领域

本发明涉及虚拟现实领域，具体而言，涉及一种基于投影的虚拟现实显示系统。

背景技术

CAVE(基于投影的沉浸式虚拟现实显示系统)的目的是通过计算机生成的图像信号给使用者提供身临其境感觉的环境。现有技术中常用的四面CAVE通常包含正面、左面、右面和地面屏幕，其中正面和左面、右面屏幕为背投形式，地幕为正投形式。

现有技术中的CAVE，对场地要求较高，至少需要12mx10mx3.6m的安装空间。且，为了获得好的沉浸感，人员的头部必须身处CAVE内部。由于地面屏幕图像通常为正投，身处CAVE内部的人体又会导致在地面屏幕形成阴影从而影响沉浸感。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于投影的虚拟现实显示系统，将投影屏幕设置于投影支架，对投影屏幕均采用背投形式，改善现有技术中基于投影的虚拟现实显示系统因正投而导致投影到人体产生阴影的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于投影的虚拟现实显示系统，所述系统包括：

投影支架；多个投影屏幕，所述多个投影屏幕均设置于所述投影支架，形成包括顶部开口和前部开口的框体，所述框体的底部相对所述投影支架的底端具有一定高度，所述多个投影屏幕均包括投影面以及与投影面相对的显像面，所述多个投影屏幕的显像面形成所述框体的内表面；多组投影设备，所述多组投影设备均设置于所述投影支架，且分别对应所述多个投影屏幕，设置于相应的投影屏幕的投影面一侧，所述多组投影设备分别用于将影像投影到相应的投影屏幕的投影面。

优选的，上述虚拟现实显示系统中，所述投影支架包括四个子支架，分别为第一子支架、第二子支架、第三子支架以及第四子支架，所述第一子支架与所述第三子支架相对设置，所述第二子支架分别相邻于所述第一子支架以及第三子支架，所述第四子支架位于所述第一子支架、第二子支架以及第三子支架之间，所述第四子支架的高度低于所述第一子支架、第二子支架以及第三子支架，形成所述框体的侧壁的投影屏幕分别设置于所述第一子支架、第二子支架以及第三子支架，形成所述框体的底部的投影屏幕设置于所述第四子支架的顶端。

优选的，上述虚拟现实显示系统中，所述多个投影屏幕的个数为四个，所述四个子支架均包括屏幕支撑架，所述四个投影屏幕分别设置于所述四个子支架的屏幕支撑架，所述第一子支架、第二子支架以及第三子支架的屏幕支撑架远离所述投影支架的底部设置，所述第一子支架的屏幕支撑架与所述第三子支架的屏幕支撑架相对设置，所述第二子支架的屏幕支撑架邻接于所述第一子支架的屏幕支撑架与所述第三子支架的屏幕支撑架设置，所述第四子支架的屏幕支撑架设置于所述第四子支架的顶部，相邻于其他屏幕支撑架的底部。

优选的，上述虚拟现实显示系统中，四个所述投影屏幕支撑架的每个屏幕支撑架与相邻的屏幕支撑架之间相互垂直。

优选的，上述虚拟现实显示系统中，所述多组投影设备包括四组，所述四个子支架分别还包括设备支撑架，四组投影设备分别设置于所述四个子支架的设备支撑架，每个子支架的设备支撑架设置于相应的子支架远离投影屏幕的一侧。以使放置于设备支撑架的投影设备可以背投到相应的投影屏幕。

优选的，上述虚拟现实显示系统中，每个所述子支架的设备支撑架包括反射镜支撑架以及投影机支撑架，所述四组投影设备的每组投影设备包括反射镜以及投影机，所述反射镜设置于反射镜支撑架，所述投影机设置于投影机支撑架，每个所述子支架的反射镜支撑架与相应的子支架的投影屏幕支撑架对应形成一定夹角，每个所述投影机支撑架位于相应的投影屏幕支撑架与反射镜支撑架形成的夹角范围内。

优选的，上述虚拟现实显示系统中，每个反射镜支撑架与相应的屏幕支撑架形成的夹角为45度。

优选的，上述虚拟现实显示系统中，所述多组投影设备包括：多个反射镜，所述多个反射镜分别对应多个投影屏幕设置，所述多个反射镜分别与多个投影屏幕对应形成一定夹角，每个反射镜的反射面朝向相应的投影屏幕的投影面；多个投影机，所述多个投影机分别对应多个反射镜设置；其中，每个反射镜与一个相应的投影机形成一组投影设备，所述多个投影机分别将影像投射到对应的反射镜，每个反射镜将相应的投影光反射到对应的投影屏幕的投影面。

优选的，上述虚拟现实显示系统中，所述多个投影屏幕的每个投影屏幕与相邻的投影屏幕之间的光学缝隙小于1mm。

优选的，上述虚拟现实显示系统中，所述多个投影屏幕均为大小一致的矩形，所述框体的底部与所述前部开口之间存在缺口，所述系统还包括操作平台，所述操作平台对应所述缺口设置于所述投影支架。

本发明实现的有益效果：本发明实施例提供的基于投影的虚拟现实显示系统，将投影屏幕以及用于投影的投影设备设置于投影支架，且投影屏幕的投影面均位于投影屏幕形成的框体的外表面，即投影面均位于用于显像的空间外侧，多组投影设备分别对应投影屏幕的投影面设置，使投影光线不经过该虚拟现实显示系统的显像空间内，不会因使用该虚拟现实显示系统时部分人体在显像空间内而形成阴影，有效提升使用体验。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例提供的基于投影的虚拟现实显示系统的一种结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的投影支架的一个方向的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的投影支架的另一个方向结构示意图；

图4示出了本发明实施例提供的系统的主视图；

图5示出了本发明实施例提供的系统的侧视图；

图6示出了本发明实施例提供的系统的另一种结构示意图；

图7示出了本发明实施例提供的一种投影光路图；

图8示出了本发明实施例提供的另一种投影光路图。

其中，附图标记汇总如下：

基于投影的虚拟现实显示系统100，投影支架110，投影屏幕120，投影面121，显像面122，投影设备130，反射镜131，投影机132，第一子支架111，第二子支架112，第三子支架113，第四子支架114，屏幕支撑架115，反射镜支撑架116，投影机支撑架117，操作平台140，设备支撑架150。

具体实施方式

基于投影的虚拟现实显示系统是一种通过计算机生成的图像信号在形成该系统的多个投影屏幕上实时显示以给使用者提供身临其境感觉的环境。现有技术中虚拟现实显示系统在大空间内设置，形成投影空间的底部投影屏幕采用从上到下的正投形式，极易因照射到使用者而形成阴影。

鉴于上述情况，发明人经过长期的研究和大量的实践，提供了一种基于投影的虚拟现实显示系统以改善现有问题。该基于投影的虚拟现实显示系统的投影屏幕以及投影设备均设置于投影支架，所有的投影屏幕均为背投屏幕。

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例提供的基于投影的虚拟现实显示系统100。请参见图1，所述系统包括：投影支架110，多个投影屏幕120以及多组投影设备130。

其中，多个投影屏幕120以及多组投影设备130均设置于投影支架110。并且，多组投影设备130与多个投影屏幕120一一对应，多组投影设备130的每一组用于将影像投影到对应的投影屏幕120，多个投影屏幕120均为背投屏幕，承接投影设备130的投影。

进一步的，在本实施例中，所述投影支架110可以包括四个子支架。具体的，请参见图2，该四个子支架分别为第一子支架111、第二子支架112、第三子支架113以及第四子支架114。所述第一子支架111与所述第三子支架113相对设置，所述第二子支架112分别相邻于所述第一子支架111以及第三子支架113。并且，优选的，第一子支架111、第二子支架112以及第三子支架113均为高度一致的矩形框架，第二子支架112与第一子支架111之间的邻接面相互垂直，第二子支架112与第三子支架113之间的邻接面相互垂直。

同时，所述第四子支架114位于所述第一子支架111、第二子支架112以及第三子支架113之间，设置于第一子支架111、第二子支架112以及第三子支架113围成的空间内，第四子支架114的三个侧面与其余三个子支架分别相互邻接。且所述第四子支架114的高度低于所述第一子支架111、第二子支架112以及第三子支架113，第四子支架114的顶部低于其他三个子支架的顶部。

如图1所示，在本实施例中，设置于投影支架110的多个投影屏幕120形成包括顶部开口和前部开口的框体，该框体形成本实施例提供的系统的显像空间，该框体三个侧面的投影屏幕120对应显像空间的显像侧面，该框体的底部对应显像空间的显像底面。且该框体的底部相对所述投影支架110的底端具有一定高度。

具体的，形成所述框体的侧壁的投影屏幕120分别设置于所述第一子支架111、第二子支架112以及第三子支架113，形成所述框体的底部的投影屏幕120设置于所述第四子支架114的顶端。

进一步的，在本实施例提供的系统中，所述多个投影屏幕120的个数可以为四个，分别对应设置于四个子支架。具体的，如图2所示，所述四个子支架均包括屏幕支撑架115，用于支撑投影屏幕120的放置，所述四个投影屏幕120分别设置于所述四个子支架的屏幕支撑架115。

请参见图1，所述第一子支架111、第二子支架112以及第三子支架113的屏幕支撑架115在靠近相应的子支架的顶端，远离所述投影支架110的底部设置。且第一子支架111、第二子支架112以及第三子支架113的屏幕支撑架115设置于该三个子支架彼此相向的一面。即，所述第一子支架111的屏幕支撑架115与所述第三子支架113的屏幕支撑架115相对设置，所述第二子支架112的屏幕支撑架115邻接于所述第一子支架111的屏幕支撑架115与所述第三子支架113的屏幕支撑架115设置。且第二子支架112的屏幕支撑架115与第一子支架111的屏幕支撑架115在邻接处的顶端和低端高度一致，第二子支架112的屏幕支撑架115与第三子支架113的屏幕支撑架115在邻接处的顶端和低端高度一致，以使设置于第一子支架111、第二子支架112以及第三子支架113的屏幕支撑架115的投影屏幕120彼此邻接，且形成显像空间的显像侧面。

如图2及图3所示，所述第四子支架114的屏幕支撑架115设置于所述第四子支架114的顶部，相邻于其他屏幕支撑架115的底部。设置于第四子支架114的屏幕支撑架115的投影屏幕120与其他投影屏幕120相互邻接，共同形成显像空间。

优选的，在本实施例中，四个子支架的屏幕支撑架115之间相互邻接处缝隙尽可能小，以使设置于屏幕支撑架115的所述多个投影屏幕120的每个投影屏幕120与相邻的投影屏幕120之间的光学缝隙小于1mm。

进一步的，在本实施例提供的虚拟现实显示系统中，每个屏幕支撑架115均为矩形支撑架，且其大小一致。优选的，所述投影屏幕120支撑架的每个屏幕支撑架115与相邻的屏幕支撑架115之间相互垂直。对应的，所述多个投影屏幕120均为大小一致的矩形，且其大小与屏幕支撑架115的大小对应，多个投影屏幕120形成的框体为矩形框体，形成的显像空间为矩形空间。

在本实施例中，所述多个投影屏幕120的每一个投影屏幕120包括投影面121以及与投影面121相对的显像面122，在屏幕支撑架115设置该多个投影屏幕120时，使多个投影屏幕120的显像面122彼此相向，形成所述框体的内表面，用以显示投影影像，形成显像空间。设置于投影支架110的多组投影设备130与多个投影屏幕120一一对应，设置于相应的投影屏幕120的投影面121一侧，分别用于将影像投影到相应的投影屏幕120的投影面121。

在本实施例提供的虚拟现实显示系统中，所述多组投影设备130可以包括四组，分别设置于四个子支架。

进一步的，在本实施例中，所述四个子支架分别还包括设备支撑架150，所述四组投影设备130分别设置于所述四个子支架的设备支撑架150，每个子支架的设备支撑架150设置于相应的子支架远离投影屏幕120的一侧，即设置于对应投影屏幕120的投影面121的一侧，以使放置于设备支撑架150的投影设备130可以背投到相应的投影屏幕120。

具体的，在本实施例中，所述多组投影设备130包括：多个反射镜131以及多个投影机132，其中，反射镜131与投影机132一一对应，每个反射镜131与一个相应的投影机132形成一组投影设备130，所述多个投影机132分别将影像投射到对应的反射镜131，每个反射镜131将相应的投影光反射到对应的投影屏幕120的投影面121。

于是，进一步的，请参见图2，在本实施例中，每个所述子支架的设备支撑架150包括反射镜支撑架116以及投影机支撑架117，投影设备130中的反射镜131设置于反射镜支撑架116，投影设备130中的投影机132设置于投影机支撑架117。并且，每个所述子支架的反射镜支撑架116与相应的子支架的投影屏幕120支撑架对应形成一定夹角，该夹角小于90度，以使设置于反射镜支撑架116的反射镜131对应相应的投影屏幕120成一定夹角设置。

并且，设置于子支架的所述投影机支撑架117位于相应的投影屏幕120支撑架与反射镜支撑架116形成的夹角范围内，以使设置于投影机支撑架117的投影机132能对应反射镜131设置，并投影到反射镜131，如图4及图5所示。优选的，使反射镜支撑架116与位于同一子支架的屏幕支撑架115之间的夹角为45度，以使反射镜131和相应的屏幕支撑架115之间的夹角为45度，并且，优选的，投影机132的投影方向分别平行于相应的投影屏幕120，使投影机132的投影能很好地反射到相应的投影屏幕120，即每个反射镜131将与其在同一子支架的投影机132的投影很好地反射到设置在该子支架的投影屏幕120。

另外，请参见图6，在本实施例中，所述框体的底部与所述前部开口之间存在缺口，所述系统还包括操作平台140，所述操作平台140对应所述缺口设置于所述投影支架110。以使用户可以直接在该操作平台140对投影过程进行操作。

在本实施例中，如图7及图8从不同方向示出了投影光路线图。如图7及图8所示，投影机132的投影光投射到与其对应的反射镜131，反射镜131将投射到其上的投影光反射到对应的投影屏幕120。分别设置于第一子支架111、第二子支架112以及第三子支架113的投影设备130投影到四个投影屏幕120形成的框体的侧面的投影屏幕120，形成显像空间的显像侧面。设置于第四子支架114的投影设备130投影到四个投影屏幕120形成的框体的底面的投影屏幕120，形成显像空间的显像底面。

可以理解的，本实施例中，可以包括计算机将投影图像输出到各个投影机132，并且，输出到各个投影机132的投影图像时序保持一致且为同一场景的图像，在多个投影屏幕120显示的影像成一个完整的三维场景空间。

在本实施例中，优选的，所述投影支架110的所占空间的长为3.2m，宽为2.5m，高为2m。并且，优选的，所述四个投影屏幕120的每个投影屏幕120的长为1.36m，宽为1.02m。

进一步的，本实施例中所述投影机132为激光投影机132，光源寿命长，且为高效冷光源，以使在该系统中无需独立的温度和湿度调节。

在本实施例中，反射镜支撑架116、投影机支撑架117以及屏幕支撑架115的设置距离以所述投影机132的投影比为0.8至0.9中的任意值为宜。

本发明实施例提供的基于投影的虚拟现实显示系统100，将投影屏幕120以及用于投影的投影设备130设置于投影支架110。且使用背投屏幕作为投影屏幕120，投影屏幕120的投影面121均位于用于显像的空间外侧，多组投影设备130分别对应投影屏幕120的投影面121设置，使投影光线不经过该虚拟现实显示系统的显像空间内，不会因使用该虚拟现实显示系统时部分人体在显像空间内而形成阴影，有效提升使用体验。并且，投影支架110以及投影屏幕120均可将尺寸设置较小，以满足在小空间范围内的使用需求。且，投影支架、投影屏幕以及投影设备支架的相互作用，使该虚拟现实显示系统可根据需要方便进行位置移动和搬迁。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (10)

1.一种基于投影的虚拟现实显示系统，其特征在于，所述系统包括：

投影支架；

多个投影屏幕，所述多个投影屏幕均设置于所述投影支架，形成包括顶部开口和前部开口的框体，所述框体的底部相对所述投影支架的底端具有一定高度，所述多个投影屏幕均包括投影面以及与投影面相对的显像面，所述多个投影屏幕的显像面形成所述框体的内表面；

多组投影设备，所述多组投影设备均设置于所述投影支架，且分别对应所述多个投影屏幕，设置于相应的投影屏幕的投影面一侧，所述多组投影设备分别用于将影像投影到相应的投影屏幕的投影面。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述投影支架包括四个子支架，分别为第一子支架、第二子支架、第三子支架以及第四子支架，所述第一子支架与所述第三子支架相对设置，所述第二子支架分别相邻于所述第一子支架以及第三子支架，所述第四子支架位于所述第一子支架、第二子支架以及第三子支架之间，所述第四子支架的高度低于所述第一子支架、第二子支架以及第三子支架，形成所述框体的侧壁的投影屏幕分别设置于所述第一子支架、第二子支架以及第三子支架，形成所述框体的底部的投影屏幕设置于所述第四子支架的顶端。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多个投影屏幕的个数为四个，所述四个子支架均包括屏幕支撑架，四个投影屏幕分别设置于所述四个子支架的屏幕支撑架，所述第一子支架、第二子支架以及第三子支架的屏幕支撑架远离所述投影支架的底部设置，所述第一子支架的屏幕支撑架与所述第三子支架的屏幕支撑架相对设置，所述第二子支架的屏幕支撑架邻接于所述第一子支架的屏幕支撑架与所述第三子支架的屏幕支撑架设置，所述第四子支架的屏幕支撑架设置于所述第四子支架的顶部，相邻于其他屏幕支撑架的底部。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，四个所述投影屏幕支撑架的每个屏幕支撑架与相邻的屏幕支撑架之间相互垂直。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述多组投影设备包括四组，所述四个子支架分别还包括设备支撑架，四组投影设备分别设置于所述四个子支架的设备支撑架，每个子支架的设备支撑架设置于相应的子支架远离投影屏幕的一侧。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，每个所述子支架的设备支撑架包括反射镜支撑架以及投影机支撑架，所述四组投影设备的每组投影设备包括反射镜以及投影机，所述反射镜设置于反射镜支撑架，所述投影机设置于投影机支撑架，每个所述子支架的反射镜支撑架与相应的子支架的投影屏幕支撑架对应形成一定夹角，每个所述投影机支撑架位于相应的投影屏幕支撑架与反射镜支撑架形成的夹角范围内。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，每个反射镜支撑架与相应的屏幕支撑架形成的夹角为45度。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多组投影设备包括：

多个反射镜，所述多个反射镜分别对应多个投影屏幕设置，所述多个反射镜分别与多个投影屏幕对应形成一定夹角，每个反射镜的反射面朝向相应的投影屏幕的投影面；

多个投影机，所述多个投影机分别对应多个反射镜设置；

其中，每个反射镜与一个相应的投影机形成一组投影设备，所述多个投影机分别将影像投射到对应的反射镜，每个反射镜将相应的投影光反射到对应的投影屏幕的投影面。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述多个投影屏幕的每个投影屏幕与相邻的投影屏幕之间的光学缝隙小于1mm。

10.根据权要求1所述的系统，其特征在于，所述多个投影屏幕均为大小一致的矩形，所述框体的底部与所述前部开口之间存在缺口，所述系统还包括操作平台，所述操作平台对应所述缺口设置于所述投影支架。