CN106558017A - 球形显示图像处理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供球形显示图像处理方法及系统，将待显示图像作为纹理贴图到模型或曲面上，再将此模型或曲面渲染至一立方体纹理或者直接渲染；根据立方体纹理建立用作球形显示的平面的目标图像；其中，目标图像与立方体纹理间的对应关系包括：目标图像位于极坐标系中，目标图像的各个像素点所对应像素点坐标通过极坐标表示；各个像素点的极坐标对应转换有三维坐标系中球面上的三维坐标点，将通过各该三维坐标点在立方体纹理采样获得的各点的颜色值赋予对应目标图像上像素点；在实际实现中，借助图形平台directx或opengl中顶点shader执行算法变换，通过图形显卡实现高效率高质量转换输出，使显示无盲区显示灵活，运行效率高。

Description

球形显示图像处理方法及系统
技术领域
本发明涉及图像显示技术领域，特别是涉及球形显示图像处理方法及系统。
背景技术
目前的球形显示技术采用计算机、投影机、鱼眼镜头和球幕，计算机输出的投影信号通过投影机进行成像技术等处理变成图像画面输出，投影机输出的画面再经鱼眼镜头充满整个球幕，普通情况下由于计算机输出给投影机的待投影的画面(可以是视频或图片)是平面矩形图像，故投影机输出的画面也是平面矩形图像，将其直接经鱼眼镜头投影到球幕上，则会由于鱼眼镜头强大的发散特性造成非常大的变形，严重影响在球幕上显示的效果。因此都需要对图像和显示模型进行图像变换得到最终输出图像，目前常用的变换方式是通过图像像素转换为极坐标再映射到球体三维坐标，再由三维坐标计算在原始图像的位置点，灵活性不高，运行效率较低，特别是对一些球幕顶点和底部点处理存在无法处理的盲区情况。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供球形显示图像处理方法及系统，解决现有技术中的问题。
为实现上述目标及其他相关目标，本发明提供一种球形显示图像处理方法，包括：将用于构成球形显示的待显示图像作为纹理贴图到模型或曲面上，再将此模型或曲面渲染至一立方体纹理，或者直接将待显示图像作为纹理渲染到立方体纹理中；根据所述立方体纹理建立用作球形显示的平面的目标图像；其中，所述目标图像与所述立方体纹理间的对应关系包括：所述目标图像位于极坐标系中，所述目标图像的各个像素点所对应像素点坐标通过极坐标表示；各个像素点的极坐标对应转换有三维坐标系中球面上的三维坐标点，且将通过各该三维坐标点在所述立方体纹理采样获得的各点的颜色值作为对应极坐标所表示的目标图像上像素点的颜色值。
可选的，所述模型为二维或三维形状。
可选的，所述目标图像为圆形，所述极坐标系是以所述目标图像的中心为原点建立的。
可选的，所述通过各该三维坐标点在所述立方体纹理采样获得的各点的颜色值，包括：以所述立方体纹理中心为原点建立坐标系，通过所述原点向采样点作射线，获取该射线与立方体纹理交点的颜色值。
可选的，所述的球形显示图像处理方法，包括：根据立方体纹理中采样点或所述模型的旋转而通过所述对应关系来变化目标图像，以实现所述球形显示图像的旋转。
为实现上述目标及其他相关目标，本发明提供一种球形显示图像处理系统，包括：立方体纹理渲染模块，用于将用于构成球形显示的待显示图像作为纹理贴图到模型或曲面上，再将此模型或曲面渲染至一立方体纹理，或者直接将待显示图像作为纹理渲染到立方体纹理中；目标图像生成模块，用于根据所述立方体纹理建立用作球形显示的平面的目标图像；其中，所述目标图像与所述立方体纹理间的对应关系包括：所述目标图像位于极坐标系中，所述目标图像的各个像素点所对应像素点坐标通过极坐标表示；各个像素点的极坐标对应转换有三维坐标系中球面上的三维坐标点，且将通过各该三维坐标点在所述立方体纹理采样获得的各点的颜色值作为对应极坐标所表示的目标图像上像素点的颜色值。
可选的，所述模型为二维或三维形状。
可选的，所述目标图像为圆形，所述极坐标系是以所述目标图像的中心为原点建立的。
可选的，所述通过各该三维坐标点在所述立方体纹理采样获得的各点的颜色值，包括：以所述立方体纹理中心为原点建立坐标系，通过所述原点向采样点作射线，获取该射线与立方体纹理交点的颜色值。
可选的，所述目标图像生成模块，还用于根据立方体纹理中采样点或所述模型的旋转而通过所述对应关系来变化目标图像，以实现所述球形显示图像的旋转。
如上所述，本发明提供球形显示图像处理方法及系统，将用于构成球形显示的待显示图像作为纹理贴图到模型或曲面上，再将此模型或曲面渲染至一立方体纹理，或者直接将待显示图像作为纹理渲染到立方体纹理中；根据所述立方体纹理建立用作球形显示的平面的目标图像；其中，所述目标图像与所述立方体纹理间的对应关系包括：所述目标图像位于极坐标系中，所述目标图像的各个像素点所对应像素点坐标通过极坐标表示；各个像素点的极坐标对应转换有三维坐标系中球面上的三维坐标点，且将通过各该三维坐标点在所述立方体纹理采样获得的各点的颜色值作为对应极坐标所表示的目标图像上像素点的颜色值；在实际实现中，可借助图形平台directx或opengl中顶点shader执行算法变换，通过图形显卡实现高效率高质量转换输出，使显示无盲区，显示灵活，支持待显示图像及模型的任意三维变换操作，运行效率高。
附图说明
图1显示为本发明一实施例中的球形显示图像处理方法的流程示意图。
图2显示为本发明一实施例中的球形显示图像处理方法中目标图像的例示图。
图3显示为本发明一实施例中建立的笛卡尔坐标系的示意图。
图4显示为本发明一实施例中建立的三维坐标系的示意图。
图5显示为本发明一实施例中球形显示图像效果的示意图。
图6显示为本发明一实施例中的球形显示图像处理系统的结构示意图。
元件标号说明
1 球形显示图像处理系统
11 立方体纹理渲染模块
12 目标图像生成模块
S1～S3 方法步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明提供一种球形显示图像处理方法，包括：
步骤S1：将用于构成球形显示的待显示图像作为纹理贴图到模型或曲面上，再将此模型或曲面渲染至一立方体纹理，或者直接将待显示图像作为纹理渲染到立方体纹理中。
在一实施例中，所述模型可以是二维或三维形状的，例如球形，也可以是其他三维模型，还可以是平面或曲面，可以贴纹理，也可不贴纹理，这些模型构成需要在球上演示的场景。
所述立方体纹理(CubeTexture)，立方体纹理即是由一个立方体(六个面/六张子纹理)每个面上的二维图组成，是一个包含了上下左右前后六个面的纹理组，场景渲染到立方体纹理的过程可理解为：以原点为中心，以一个虚拟的大立方体包围场景内物体，再以原点为出发点将物体投影到此立方体上，此方式常用于制作天空盒，立方体纹理也可以作为贴图纹理，内建立有三维坐标系，可由三维坐标(u，v，w)采样确定对应位置像素的颜色值信息，实现方式是以原点和此采样点为射线，与立方体纹理的交点对应的像素颜色即为此三维坐标采样得到的颜色值。
步骤S2：根据所述立方体纹理建立用作球形显示的平面的目标图像，所述目标图像与所述立方体纹理间的对应关系包括：所述目标图像位于极坐标系中，所述目标图像的各个像素点所对应像素点坐标通过极坐标表示；各个像素点的极坐标对应转换有三维坐标系中球面上的三维坐标点，且将通过各该三维坐标点在所述立方体纹理采样获得的各点的颜色值作为对应极坐标所表示的目标图像上像素点的颜色值。
举例来说，例如图2为假定要生成的目标图像，通常为平面圆形图像，当其被投影到球幕上时即形成球形显示，在未对其中各个像素点赋予颜色值时其仅相当于一个“模板”，例如全白的圆形轮廓；再如图3所示，以目标图像中心为原点建立笛卡尔坐标系，假设目标点的坐标为(dstX，dstY)，将(dstX，dstY)，由笛卡尔坐标系转为极坐标系下的坐标
其中的范围为0到π。
根据不同的象限由得到θ的值，θ的取值范围为[0，2π)：
如图4所示，将所述极坐标转换为球上的三维坐标Pt(x，y，z)，假设球半径长度为L，公式如下：
Pt＝(Lsin(R·π)·cos(θ)，Lsin(R·π)·sin(θ)，Lcos(R·π)) (3)
在一实施例中，即通过Pt(x，y，z)，作为前述(u，v，w)在立方体纹理上采样由其内的目标图像所投射至6个面上的点的颜色值，即相当于将原点至所述三维坐标点的射线和立方体纹理表面的交点的颜色值取出。
在一实施例中，将颜色值赋给目标图像上极坐标对应所述三维坐标的像素点，从而将立方体纹理上各个采样点的颜色值赋给目标图像上的各个对应像素点，从而完成将该立方体纹理渲染成目标图像，进而将目标图像投射至球幕后即可生成如图5所示的球形显示效果。
在一实施例中，优选的，若需要显示球上的图像旋转，则只需对立方体纹理中的载有待显示图像的模型或直接对采样点进行旋转，然后利用前述的极坐标到三维坐标到采样点的对应关系来实现球上图像的旋转；具体的，此旋转可由矩阵运算实现，效率非常高效，同样可适用于类似球形的半球，球冠投影显示等；另外，以上步骤都可以基于显卡硬件实现，且可基于opengl或directx软件实现，因此运行效率非常高。
如图6所示，本发明提供一种球形显示图像处理系统1，由于其技术原理与所述方法实施例大致相同，因此可互用的技术细节不再重复赘述；所述系统1包括：立方体纹理渲染模块11，用于将用于构成球形显示的待显示图像作为纹理贴图到模型或曲面上，再将此模型或曲面渲染至一立方体纹理，或者直接将待显示图像作为纹理渲染到立方体纹理中；目标图像生成模块12，用于根据所述立方体纹理建立用作球形显示的平面的目标图像；其中，所述目标图像与所述立方体纹理间的对应关系包括：所述目标图像位于极坐标系中，所述目标图像的各个像素点所对应像素点坐标通过极坐标表示；各个像素点的极坐标对应转换有三维坐标系中球面上的三维坐标点，且将通过各该三维坐标点在所述立方体纹理采样获得的各点的颜色值作为对应极坐标所表示的目标图像上像素点的颜色值。
在一实施例中，所述模型为二维或三维形状。
在一实施例中，所述目标图像为圆形，所述极坐标系是以所述目标图像的中心为原点建立的。
在一实施例中，所述通过各该三维坐标点在所述立方体纹理采样获得的各点的颜色值，包括：以所述立方体纹理中心为原点建立坐标系，通过所述原点向采样点作射线，获取该射线与立方体纹理交点的颜色值。
在一实施例中，所述目标图像生成模块12，还用于根据立方体纹理中采样点或所述模型的旋转而通过所述对应关系来变化目标图像，以实现所述球形显示图像的旋转。
综上所述，本发明提供球形显示图像处理方法及系统，将用于构成球形显示的待显示图像作为纹理贴图到模型或曲面上渲染至一立方体纹理或直接渲染，根据待显示图像建立目标图像，以目标图像的中心为原点建立极坐标系，将目标图像中的各个像素点所对应像素点坐标分别用极坐标表示，且将极坐标变换为对应的三维坐标系中的立方体纹理上的三维坐标，在立方体纹理采样对应的采样点的颜色值，根据获取颜色值作为目标图像中对应像素点的颜色值来输出球形显示；可借助图形平台directx或opengl中顶点shader执行算法变换，通过图形显卡实现高效率高质量转换输出，使显示无盲区，显示灵活，支持待显示图像及模型的任意三维变换操作，运行效率高。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种球形显示图像处理方法，其特征在于，包括：
将用于构成球形显示的待显示图像作为纹理贴图到模型或曲面上，再将此模型或曲面渲染至一立方体纹理，或者直接将待显示图像作为纹理渲染到立方体纹理中；
根据所述立方体纹理建立用作球形显示的平面的目标图像；其中，所述目标图像与所述立方体纹理间的对应关系包括：
所述目标图像位于极坐标系中，所述目标图像的各个像素点所对应像素点坐标通过极坐标表示；各个像素点的极坐标对应转换有三维坐标系中球面上的三维坐标点，且将通过各该三维坐标点在所述立方体纹理采样获得的各点的颜色值作为对应极坐标所表示的目标图像上像素点的颜色值。
2.根据权利要求1所述的球形显示图像处理方法，其特征在于，所述模型为二维或三维形状。
3.根据权利要求1所述的球形显示图像处理方法，其特征在于，所述目标图像为圆形，所述极坐标系是以所述目标图像的中心为原点建立的。
4.根据权利要求1所述的球形显示图像处理方法，其特征在于，所述通过各该三维坐标点在所述立方体纹理采样获得的各点的颜色值，包括：
以所述立方体纹理中心为原点建立坐标系，通过所述原点向采样点作射线，获取该射线与立方体纹理交点的颜色值。
5.根据权利要求1所述的球形显示图像处理方法，其特征在于，包括：根据立方体纹理中采样点或所述模型的旋转而通过所述对应关系来变化目标图像，以实现所述球形显示图像的旋转。
6.一种球形显示图像处理系统，其特征在于，包括：
立方体纹理渲染模块，用于将用于构成球形显示的待显示图像作为纹理贴图到模型或曲面上，再将此模型或曲面渲染至一立方体纹理，或者直接将待显示图像作为纹理渲染到立方体纹理中；
目标图像生成模块，用于根据所述立方体纹理建立用作球形显示的平面的目标图像；其中，所述目标图像与所述立方体纹理间的对应关系包括：所述目标图像位于极坐标系中，所述目标图像的各个像素点所对应像素点坐标通过极坐标表示；各个像素点的极坐标对应转换有三维坐标系中球面上的三维坐标点，且将通过各该三维坐标点在所述立方体纹理采样获得的各点的颜色值作为对应极坐标所表示的目标图像上像素点的颜色值。
7.根据权利要求6所述的球形显示图像处理系统，其特征在于，所述模型为二维或三维形状。
8.根据权利要求6所述的球形显示图像处理系统，其特征在于，所述目标图像为圆形，所述极坐标系是以所述目标图像的中心为原点建立的。
9.根据权利要求6所述的球形显示图像处理系统，其特征在于，所述通过各该三维坐标点在所述立方体纹理采样获得的各点的颜色值，包括：以所述立方体纹理中心为原点建立坐标系，通过所述原点向采样点作射线，获取该射线与立方体纹理交点的颜色值。
10.根据权利要求6所述的球形显示图像处理系统，其特征在于，所述目标图像生成模块，还用于根据立方体纹理中采样点或所述模型的旋转而通过所述对应关系来变化目标图像，以实现所述球形显示图像的旋转。
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