CN106527857A - 一种基于虚拟现实的全景视频交互方法 - Google Patents

一种基于虚拟现实的全景视频交互方法 Download PDF

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廖巍巍
曾超
魏星
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Kunshan Hui Ren Corelle Intelligent Technology Co., Ltd.
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Abstract

本发明提供一种基于虚拟现实的全景视频交互方法。该方法步骤：获取全景视频的图像信息，通过解码获得全景视频的图像纹理序列；将全景视频的图像纹理序列进行UV坐标变换；创建一个球体模型Sphere，将全景视频的图像纹理按照UV坐标从顶点坐标开始投影在Sphere的背面；在Sphere内部添加一组交互模型组件；添加标签交互模块，触控交互模块，特效交互模块；在Sphere中心点位置添加虚拟现实显示模块并进行球形反畸变，将最终输出的结果传输到虚拟现实头戴显示器。该方法将交互性体验融入到了线性的视频内容中大大增强了观众的主动性和选择性，不仅让观众接收了更加丰富的三维立体影音信息，还吸引了观众参与其给全景视频增添了更多的娱乐性。

Description

一种基于虚拟现实的全景视频交互方法
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域和视频图像交互领域，尤其涉及一种基于虚拟现实的全景视频交互方法。
背景技术
全景视频是一种囊括了360度和720度全景技术之上发展延伸而来的视频技术。全景视频将静态的全景图片转化为动态的连续视频图像，让观看者以拍摄的角度全方位无死角的任意观看整个三维实景空间，最大限度的保留了场景的真实性，让观看者有一种真正意义上的身临其境的感觉。全景视频拥有立体的景深，360度或720度的动态图像和立体环绕声音，相比传统视频的表现形式和播放内容有着巨大的提升。
虚拟现实头戴显示器设备是一种利用仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术集合的产品，这种设备是现今观看全景视频最主要的手段。观众可以使用虚拟现实头戴显示器设备观赏完整的全景视频，观众可以完全的沉浸入全景视频展示的三维场景中。
然而观众在使用虚拟现实头戴显示器观看全景视频时，虽然可以选择看向哪里，沉浸在画面本身中，以及在某种程度上进行互动，但是视频中的故事已经设定了基调，观众无法改变全景视频的情节只能被动接收视频中故事的剧情发展。现今的全景视频只是一种线性的表述方式，观众的参与度严重不足，难以给观众留下深刻的印象。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于虚拟现实的全景视频交互方法，该方法能够有效解决观众在观看全景视频时参与度不足，无法和视频内容互动的问题。
如上所述，实现一种基于虚拟现实的全景视频交互方法包括如下步骤:
a.获取全景视频的图像信息，通过解码获得全景视频的图像纹理序列；
b.创建一个球体模型Sphere，将全景视频的图像纹理序列进行UV坐标变换，将图像纹理序列缩放成宽高比为2：1以匹配球体模型Sphere，将2D图像纹理的横纵坐标转换到(0，1)之间,然后在2D图像纹理和球体模型表面的点进行一一映射来确定每帧全景图像纹理的三维空间中垂直和水平方向上的坐标以完全匹配球体模型Sphere；
c.将全景视频的图像纹理按照UV坐标从顶点坐标开始投影在Sphere的背面，校准Sphere中心点位置为图像纹理的全景空间聚焦点。然后在Sphere上添加着色器Shader，这样全景视频就可以完整的在Sphere背面播放；
d.在Sphere内部添加一组交互模型组件，设置交互模型组件的贴图通道为32位(RGBA)通道，设置A通道为透明通道。交互模型组件是全景视频交互方法的主要交互媒介，交互模型组件中包括三种交互式功能模块：标签交互模块，触控交互模块和特效交互模块；
e.上述标签交互模块，通过设置UV坐标可以在Sphere内部的全景图像纹理上添加文字图片信息。在标签交互模块中可以在指定的时间戳上显示或隐藏图文信息，也可以设置视角触发机制，让观众在转动虚拟现实头戴显示器时触发标签交互模块；
f.上述触控交互模块，可以在Sphere内部添加3D图形界面，在3D图像界面上预置3D控件，通过设置3D控件的z轴数值调整3D控件在全景三维空间中的虚拟位置以匹配全景空间交互的真实感，并在3D图形界面上添加交互对话或场景序号用以对全景视频进行交互。然后在3D控件上加上虚拟现实头戴显示器的交互模块，将虚拟现实设备的动作投射在3D控件的触控响应中，观众可以通过虚拟现实头戴显示器的外设响应3D控件从而实现对全景视频的交互；
g.上述特效交互模块，可以在全景视频上添加3D特效，3D特效包括3D模型和3D动画等。特效交互模块可以在Sphere的着色器中编辑光影粒子特效，观众在全景视频交互过程中可以响应3D特效。使用特效交互模块还可以在Sphere中添加模型动画，在全景视频播放过程中，观众可以在虚拟空间中和模型进行全方位交互，模型以预置模型动画的方式来响应观众的交互；
h.在Sphere中心点位置添加虚拟现实显示模块，在显示模块中添加球形反畸变，根据全景交互体验的不同自适应改变球形投射角度，将最终输出的结果传输到虚拟现实头戴显示器，用户就可以在虚拟现实头戴显示器上对全景视频进行交互了；
本发明方案是一种基于虚拟现实的全景视频交互方法。该方法将交互性体验融入到了线性的视频内容中大大增强了观众的主动性和选择性，不仅让观众接收了更加丰富的三维立体影音信息，还吸引了观众参与其给全景视频增添了更多的娱乐性。
附图说明
图1是本发明一种基于虚拟现实的全景视频交互方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的描述。
图1是本发明一种基于虚拟现实的全景视频交互方法的流程图，具体步骤为：
图1中的101获取全景视频的图像信息，通过解码获得全景视频的图像纹理序列。
本实施例中，获取全景视频的图像信息可以将全景视频加载在贴图绘制中，通过3D引擎自带的视频编解码功能，将全景视频解码成一张张的图像纹理序列。
图1中的102创建一个球体模型Sphere，将全景视频的图像纹理序列进行UV坐标变换，确定每帧全景图像纹理的三维空间中垂直和水平方向上的坐标以完全匹配球体模型Sphere。
本实施例中，由于全景视频的图像纹理只是一张2D的图像并不具备3D立体空间坐标，所以需要对获取的全景视频图像纹理序列进行UV坐标变换，确定图像纹理每个点的3D立体空间坐标。在对全景视频图像纹理序列进行UV坐标变换前，首先要对图像纹理序列进行缩放，将图像纹理序列缩放成宽高比为2：1以匹配球体模型Sphere，将2D图像纹理的横纵坐标转换到(0，1)之间,然后UV坐标变换在2D图像纹理和球体模型表面的点进行一一映射。
图1中的103将全景视频的图像纹理按照UV坐标从顶点坐标开始投影在Sphere的背面，校准Sphere中心点位置为图像纹理的全景空间聚焦点。然后在Sphere上添加着色器Shader，这样全景视频就可以完整的在Sphere背面播放。
本实施例中，将进行了UV坐标变换的图像纹理序列从顶点坐标开始投影在Sphere的背面，本发明使用球形投影贴图，由于球体模型Sphere的大小不固定，所以在投影贴图中需要在投影间隙用2D图像纹理进行插值使得模型表面和图像纹理相互吻合。在进行球形投影贴图的过程中，需要对图像纹理进行镜像处理以符合球体Sphere内部的图像显示。将贴好贴图的Sphere中心点作为全景视频的虚拟三维空间聚焦点以用作下列交互模型组件中计算深度值的原点。最后在Sphere上添加着色器Shader，将全景视频的每一帧完全呈现在Sphere的内部表面上。
图1中的104在Sphere内部添加一组交互模型组件，设置交互模型组件的贴图通道为32位(RGBA)通道，设置A通道为透明通道。交互模型组件是全景视频交互方法的主要交互媒介，交互模型组件中包括三种交互式功能模块：标签交互模块，触控交互模块和特效交互模块。
图1中的105是标签交互模块，该模块通过设置UV坐标可以在Sphere内部的全景图像纹理上添加文字图片信息。在标签交互模块中可以在指定的时间戳上显示或隐藏图文信息，也可以设置视角触发机制，让观众在转动虚拟现实头戴显示器时触发标签交互模块。
本实施例中，在Sphere的着色器中Shader可以设置需要使用图文信息的UV坐标，直接将图文信息加载在全景视频的表面上，并且给图文信息添加状态标签，当需要显示图文信息时将状态标签置为true平常为false。标签交互模块还可以在全景视频的时间戳中设定图文信息在指定的时间内显示或隐藏，也可以配合虚拟现实头戴显示器设置视角触发机制来控制图文信息的状态标签。优选的本发明中，可以在虚拟现实头戴显示器的屏幕中心点进行射线检测，通过从虚拟现实头戴显示器的屏幕中心点向球体Sphere内部表面发射透明射线来触动图文信息的状态标签，这样可以让观众在观看到指定内容时触发图文信息来对全景视频进行交互。
图1中的106是触控交互模块，该模块可以在Sphere内部添加3D图形界面，在3D图像界面上预置3D控件，通过设置3D控件的z轴数值调整3D控件在全景三维空间中的虚拟位置以匹配全景空间交互的真实感，并在3D图形界面上添加交互对话或场景序号用以对全景视频进行交互。然后在3D控件上加上虚拟现实头戴显示器的交互模块，将虚拟现实设备的动作投射在3D控件的触控响应中，观众可以通过虚拟现实头戴显示器的外设响应3D控件从而实现对全景视频的交互。
本实施例中，触控交互模块通过在Sphere内部添加3D图形界面，可以实现在全景视频的上层图像上添加可以交互的选择对话框，进度条，文本输入框和各种3D控件，在既不影响全景视频播放的情况下，让观众对全景视频进行交互。3D图形界面上的3D控件可以通过调节z轴数值来实现3D图形界面在全景视频中离观看者的虚拟距离，z轴以Sphere中心点为起始原点，当z轴数值越小则3D控件离Sphere中心点越近，那么3D控件在虚拟现实头戴显示器中离观看者越近，这样可以通过虚拟现实头戴显示器的外设装置进行如文字输入和拖动等近距离等操作；当z轴数值越大则3D控件离Sphere中心点越远，那么3D控件在虚拟现实头戴显示器中离观看者越远，这样可以实现选择对话框和进度条调节等操作。
图1中的107是特效交互模块，该模块可以在全景视频上添加3D特效，3D特效包括3D模型和3D动画等。特效交互模块可以在Sphere的着色器中编辑光影粒子特效，观众在全景视频交互过程中可以响应3D特效。使用特效交互模块还可以在Sphere中添加模型动画，在全景视频播放过程中，观众可以在虚拟空间中和模型进行全方位交互，模型以预置模型动画的方式来响应观众的交互。
本实施例中，特效交互模块可以使用动画模型等，在观众观看全景视频时出现在观众的身边，通过预置的模型动画来指导或者讲述全景视频没有表达的内容，还可以设定手势动画等来和观众进行互动。在特效交互模块中，3D特效直接渲染在Sphere的着色器Shader中，并不影响观众和动画模型的交互并且可以通过添加响应事件来丰富观众的交互体验。
图1中的108在Sphere中心点位置添加虚拟现实显示模块，在显示模块中添加球形反畸变，根据全景交互体验的不同自适应改变球形投射角度，将最终输出的结果传输到虚拟现实头戴显示器，用户就可以在虚拟现实头戴显示器上对全景视频进行交互了。
本实施例中，由于引入球体Sphere和三种交互式功能模块，所以在渲染全景视频的同时还要对交互功能进行实时渲染。在实时渲染的过程中，球体Sphere和三种交互式功能模块会随时产生变化，因此输出给虚拟现实头戴显示器的结果需要进行自适应的球形反畸变，用以符合虚拟现实头戴显示器的光学透镜。在本发明中使用公式如下：
;
其中，是Sphere的着色器实际渲染的结果，包括了全景视频和交互模块的输出结果，uv是当前像素点在屏幕空间的UV坐标，UV横纵坐标取值为(0,1)，和是垂直和水平畸变参数，和是由虚拟现实头戴显示器的光学镜头决定，是计算UV坐标在球面的投影位置，是坐标点距离畸变中心的比例，是当前UV坐标在Sphere中的z轴数值，R是Sphere的动态半径。输出在虚拟现实头戴显示器中图像的畸变程度会因为Sphere的大小和交互模块在Sphere中的位置关系而改变，观众在虚拟现实头戴显示器中拥有更加良好的交互体验。

Claims (6)

1.一种基于虚拟现实的全景视频交互方法，其特征包括：
获取全景视频的图像信息；
创建球体模型Sphere，将全景视频的图像纹理序列进行UV坐标变换；
将图像纹理按照UV坐标从顶点坐标开始投影在Sphere的背面，校准Sphere中心点位置；
在Sphere内部添加标签交互模块；
在Sphere内部添加触控交互模块；
在Sphere内部添加特效交互模块；
在显示模块中添加自适应球形反畸变，根据全景交互体验的不同自适应改变球形投射角度。
2.如权利要求1所述的一种基于虚拟现实的全景视频交互方法，其特征为：步骤b中在对全景视频图像纹理序列进行UV坐标变换前，首先要对图像纹理序列进行缩放，将图像纹理序列缩放成宽高比为2：1以匹配球体模型Sphere，将2D图像纹理的横纵坐标转换到(0，1)之间,然后UV坐标变换在2D图像纹理和球体模型表面的点进行一一映射。
3.如权利要求1所述的一种基于虚拟现实的全景视频交互方法，其特征为：步骤c中将图像纹理按照UV坐标从顶点坐标开始投影在Sphere的背面，其中使用球形投影贴图；由于球体模型Sphere的大小不固定，所以在投影贴图中需要在投影间隙用2D图像纹理进行插值使得模型表面和图像纹理相互吻合；在进行球形投影贴图的过程中，需要对图像纹理进行镜像处理以符合球体Sphere内部的图像显示；将贴好贴图的Sphere中心点作为全景视频的虚拟三维空间聚焦点以用作下列交互模型组件中计算深度值的原点。
4.如权利要求1所述的一种基于虚拟现实的全景视频交互方法，其特征为：步骤d中在Sphere的着色器中Shader可以设置需要使用图文信息的UV坐标，直接将图文信息加载在全景视频的表面上，并且给图文信息添加状态标签，当需要显示图文信息时将状态标签置为true平常为false；标签交互模块还可以在全景视频的时间戳中设定图文信息在指定的时间内显示或隐藏，也可以配合虚拟现实头戴显示器设置视角触发机制来控制图文信息的状态标签；优选的本发明中，可以在虚拟现实头戴显示器的屏幕中心点进行射线检测，通过从虚拟现实头戴显示器的屏幕中心点向球体Sphere内部表面发射透明射线来触动图文信息的状态标签。
5.如权利要求1所述的一种基于虚拟现实的全景视频交互方法，其特征为：步骤e中触控交互模块通过在Sphere内部添加3D图形界面，可以实现在全景视频的上层图像上添加可以交互的选择对话框，进度条，文本输入框和各种3D控件，在既不影响全景视频播放的情况下，让观众对全景视频进行交互；3D图形界面上的3D控件可以通过调节z轴数值来实现3D图形界面在全景视频中离观看者的虚拟距离，z轴以Sphere中心点为起始原点，当z轴数值越小则3D控件离Sphere中心点越近，那么3D控件在虚拟现实头戴显示器中离观看者越近，这样可以通过虚拟现实头戴显示器的外设装置进行如文字输入和拖动等近距离等操作；当z轴数值越大则3D控件离Sphere中心点越远，那么3D控件在虚拟现实头戴显示器中离观看者越远，这样可以实现选择对话框和进度条调节等操作。
6.如权利要求1所述的一种基于虚拟现实的全景视频交互方法，其特征为：步骤g中在实时渲染的过程中，球体Sphere和三种交互式功能模块会随时产生变化，因此输出给虚拟现实头戴显示器的结果需要进行自适应的球形反畸变，用以符合虚拟现实头戴显示器的光学透镜，
在本发明中使用公式如下：
;
其中，是Sphere的着色器实际渲染的结果，包括了全景视频和交互模块的输出结果，uv是当前像素点在屏幕空间的UV坐标，UV横纵坐标取值为(0,1)，和是垂直和水平畸变参数，和是由虚拟现实头戴显示器的光学镜头决定，是计算UV坐标在球面的投影位置，是坐标点距离畸变中心的比例，是当前UV坐标在Sphere中的z轴数值，R是Sphere的动态半径；输出在虚拟现实头戴显示器中图像的畸变程度会因为Sphere的大小和交互模块在Sphere中的位置关系而改变，观众在虚拟现实头戴显示器中拥有更加良好的交互体验。
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