CN107783306A - 一种基于仿真教学实训室的裸眼3d沉浸式交互方法及系统 - Google Patents

一种基于仿真教学实训室的裸眼3d沉浸式交互方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互方法及系统，涉及虚拟仿真教学实训室领域；其方法包括：1)将平面三维场景在渲染引擎中拆分得到T型场景或者十型场景；2)将T型场景或者十型场景利用渲染主机和渲染引擎进行融合和集群渲染得到同步渲染画面，并将其连接显示器件形成四面或者五面同步显示的投影墙；3)基于步骤2利用控制引擎完成画面的实时交互控制；其系统包括渲染主机、渲染引擎、显示器件、路由器和控制引擎；本发明解决了现有仿真教学实训领域仅通过画面合成，借助辅助设备实现第三方观看虚拟画面，无法裸眼与虚拟画面沉浸交互，从而导致实训效果差的问题，达到了实现沉浸式裸眼3D交互的效果。

Description

一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互方法及系统
技术领域
本发明涉及虚拟仿真教学实训室领域，尤其是一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互方法及系统。
背景技术
虚拟仿真：仿真技术，用一个系统模仿另一个真实系统的技术；虚拟仿真实际上是一种可创建和体验虚拟世界的计算机系统；此种虚拟世界由计算机生成，可以是现实世界的再现，也可以是构想中的世界，用户可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互；它是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界，并通过头盔显示器、数据手套等辅助传感设备，提供用户一个观测与该虚拟世界交互的三维界面，使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，产生沉浸感。
在教学实训领域，轨道交通车辆制动教学是用于对学员进行培训，培养学员对轨道交通车辆制动单元结构特点的了解掌握，从而高效地、科学地进行学习；现有的轨道交通教学大多数采用书本内容结合教师的PPT等方式的教学，学习效率不高；另一方面实训基地因铁路轨道本身占地面积大、投入费用高、设置场景固定，很多实训场地无法投入建设，即使建设对应的实训基地，实训过程中无法实现根据需求更换场景或者交互，从而导致实训效果差。
在广电领域，虚拟演播室技术逐渐成熟，在传统色键抠像技术的基础上，充分利用了计算机三维图形技术和视频合成技术，根据摄像机的位置与参数，使三维虚拟场景的透视关系与前景保持一致，经过色键合成后，使得主持人看起来处于三维虚拟场景中，而且能在其中运动，从而创造出逼真的、立体感很强的电视演播室效果，但是虚拟演播室，主持人只能通过观看屏幕看到自己和环境的合成画面，环境不是真实的直接存在于自己周围；虚拟场景仅供观看者和主持人观看，无法进入虚拟场景，无法实现流畅地实时交互。
所以需要一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互方法及系统实现裸眼3D沉浸式交互。
发明内容
本发明的目的在于：本发明提供了一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互方法及系统，解决了现有仿真教学实训领域仅通过画面合成，借助辅助设备实现第三方观看虚拟画面，无法裸眼与虚拟画面沉浸交互，从而导致实训效果差的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互方法，包括如下步骤：
步骤1：将平面三维场景在渲染引擎中拆分得到T型场景或者十型场景；
步骤2：将T型场景或者十型场景利用渲染主机和渲染引擎进行融合和集群渲染得到同步渲染画面，并将其连接显示器件形成四面或者五面同步显示的投影墙；
步骤3：基于四面或者五面同步显示的投影墙利用控制引擎完成画面的实时交互控制。
优选地，所述步骤1包括如下步骤：
步骤1.1：若拆分为T型场景，则在渲染引擎中设置四个摄像机，分别拍摄一个平面三维场景的前、左、右和下四个方向；若拆分为十型场景，则在渲染引擎中设置五个摄像机，分别拍摄一个平面三维场景的前、左、右、下和上五个方向；
步骤1.2：将四个方向或者五个方向的画面进行拼接得到T型场景或者十型场景。
优选地，所述步骤2包括如下步骤：
步骤2.1：将制作好的T型场景或者十型场景，分别拷贝在四台或者五台渲染主机上，通过渲染引擎配置各个渲染主机的机器id；
步骤2.2：通过使用渲染引擎的融合功能在软件界面内调节各个控制点实现融合，通过渲染引擎的集群渲染，统一启动各台渲染主机后获得同步的渲染画面；
步骤2.3：通过渲染主机的hdmi接口将同步的渲染画面连接至显示器件形成四面或者五面同步显示的投影墙。
优选地，所述步骤3包括如下步骤：
步骤3.1：将渲染主机中其中一台主机设置为server渲染主机，其他的设置为client渲染主机；
步骤3.2：将server渲染主机和控制引擎通过路由器连接在同一个局域网内；
步骤3.3：通过控制引擎的touch osc协议将所需的数据发送至server渲染主机，server渲染主机通过渲染引擎的同步功能将数据发送到client渲染主机完成交互控制。
一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互系统，包括
渲染主机，用于连接控制引擎和显示器件，且结合渲染引擎实现画面的渲染；
渲染引擎，用于利用ventuz等软件实现融合和同步后，通过连接显示器件呈现裸眼3D画面；
显示器件，用于通过与渲染主机连接后将渲染的画面显示；
路由器，用于通过无线网卡连接渲染主机和控制引擎；
控制引擎，用于连接路由器实现实时交互控制。
优选地，所述渲染主机包括server渲染主机和client渲染主机。
优选地，所述渲染引擎包括ventuz软件。
优选地，所述控制引擎包括手机、平板电脑和第三方传感器。
优选地，所述显示器件包括投影仪、LED显示屏和液晶拼接屏。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明采用将平面三维场景拆分为T型场景或者十型场景后通过渲染主机和渲染引擎进行渲染，实现裸眼3D，实现沉浸于虚拟场景，同时采用控制引擎结合渲染引擎，实现与虚拟画面中的对象进行实时互动，避免了现有的仿真实训室通过画面合成结合辅助设备导致画面不真实、无法裸眼3D交互的缺点，解决了现有仿真教学实训领域仅通过画面合成，借助辅助设备实现第三方观看虚拟画面，无法裸眼与虚拟画面沉浸交互，从而导致实训效果差的问题；
2.本发明利用渲染引擎中的ventuz软件的融合、同步功能实现裸眼3D画面的同步显示，观众视觉和场景内视觉均能感受到最终画面存在于身边，并且可以与最终画面中的对象通过平板电脑等控制引擎实现交互和互动；
3.本发明对于轨道交通领域的仿真实训，可以避免建设轨道交通实训基地，节约成本，同时结合软件在仿真实训室即可完成实训交互、场景更换，提高教学实训室的实用性，促进提高教学实训的教学效果，可以避免现有实训基地占地面积大、场景固定、费用高、交互困难等缺点；
4.本发明还可应用在旅游实训、宾馆、医院、舞台设计等领域，均可实现裸眼3D交互，使用便利的同时减少对应的成本，且带来很好的交互体验。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的流程图；
图2是本发明的步骤1中T型场景的转换示意图；
图3是本发明的步骤2的示意图；
图4是本发明的步骤1中十型场景的转换示意图；
图5是本发明的系统示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合图1-5对本发明作详细说明。
实施例1
一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互方法，包括如下步骤：
步骤1：将平面三维场景在渲染引擎中拆分得到T型场景或者十型场景；
步骤2：将T型场景或者十型场景利用渲染主机和渲染引擎进行融合和集群渲染得到同步渲染画面，并将其连接显示器件形成四面或者五面同步显示的投影墙；
步骤3：基于四面或者五面同步显示的投影墙利用控制引擎完成画面的实时交互控制。
一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互系统，包括
渲染主机，用于连接控制引擎和显示器件，且结合渲染引擎实现画面的渲染；
渲染引擎，用于利用ventuz等软件实现融合和同步后，通过连接显示器件呈现裸眼3D画面；
显示器件，用于通过与渲染主机连接后将渲染的画面显示；
路由器，用于通过无线网卡连接渲染主机和控制引擎；
控制引擎，用于连接路由器实现实时交互控制。
实施例2
渲染主机包括server渲染主机和client渲染主机；渲染引擎包括ventuz软件；控制引擎包括手机、平板电脑和第三方传感器；显示器件包括投影仪、LED显示屏和液晶拼接屏。
以ventuz软件、投影仪以及平板电脑为例，具体实现如下：
步骤1.1：若拆分为T型场景，则在ventuz软件中设置四个摄像机，分别拍摄一个平面三维场景的前、左、右和下四个方向；若拆分为十型场景，则在ventuz软件中设置五个摄像机，分别拍摄一个平面三维场景的前、左、右、下和上五个方向；
步骤1.2：将四个方向或者五个方向的画面进行拼接得到T型场景或者十型场景；
步骤2.1：将制作好的T型场景或者十型场景，分别拷贝在四台或者五台渲染主机上，通过ventuz软件配置各个渲染主机的机器id；
步骤2.2：通过使用ventuz软件的融合功能在软件界面内调节各个控制点实现融合，通过ventuz软件的集群渲染，统一启动各台渲染主机后获得同步的渲染画面；
步骤2.3：通过渲染主机的hdmi接口将同步的渲染画面连接至投影仪形成四面或者五面同步显示的投影墙；
步骤3.1：将渲染主机中其中一台主机设置为server渲染主机，其他的设置为client渲染主机；
步骤3.2：将server渲染主机和平板电脑通过路由器连接在同一个局域网内；
步骤3.3：通过平板电脑的touch osc协议将所需的数据发送至server渲染主机，server渲染主机通过ventuz软件的同步功能将数据发送到client渲染主机完成交互控制，连接如图5所示。
工作原理：在ventuz软件中设置四个摄像机，拍摄平面三维场景的前、左、右和下四个方向，将四个方向拼接得到T型场景，将T型场景拷贝到渲染主机上，通过ventuz软件配置各个渲染主机的机器id，通过使用ventuz软件的融合功能在软件界面内调节各个控制点实现融合，通过ventuz软件的集群渲染实现渲染主机的同步，获得同步的渲染画面，通过渲染主机的hdmi接口将同步的渲染画面连接至投影仪形成四面同步显示的投影墙；将渲染主机中其中一台主机设置为server渲染主机，其他三台渲染主机设置为client渲染主机；将server渲染主机和平板电脑通过路由器连接在同一个局域网内；需要交互控制时，通过平板电脑的touch osc协议将所需的数据发送至server渲染主机，server渲染主机通过ventuz软件的同步功能将数据发送到client渲染主机完成渲染画面的同步交互控制；实训室的第三方观众以及场景中人物均可沉浸于渲染画面，并且可以通过平板电脑与画面中的对象实现实时互动；本发明采用将平面三维场景拆分为T型场景或者十型场景后通过渲染主机和渲染引擎进行渲染，实现裸眼3D，实现沉浸于虚拟场景，同时采用控制引擎结合渲染引擎，实现与虚拟画面中的对象进行实时互动，避免了现有的仿真实训室通过画面合成结合辅助设备导致画面不真实、无法裸眼3D交互的缺点，解决了现有仿真教学实训领域仅通过画面合成，借助辅助设备实现第三方观看虚拟画面，无法裸眼与虚拟画面沉浸交互，从而导致实训效果差的问题。

Claims (9)

1.一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：将平面三维场景在渲染引擎中拆分得到T型场景或者十型场景；
步骤2：将T型场景或者十型场景利用渲染主机和渲染引擎进行融合和集群渲染得到同步渲染画面，并将其连接显示器件形成四面或者五面同步显示的投影墙；
步骤3：基于四面或者五面同步显示的投影墙利用控制引擎完成画面的实时交互控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互方法，其特征在于：所述步骤1包括如下步骤：
步骤1.1：若拆分为T型场景，则在渲染引擎中设置四个摄像机，分别拍摄一个平面三维场景的前、左、右和下四个方向；若拆分为十型场景，则在渲染引擎中设置五个摄像机，分别拍摄一个平面三维场景的前、左、右、下和上五个方向；
步骤1.2：将四个方向或者五个方向的画面进行拼接得到T型场景或者十型场景。
3.根据权利要求2所述的一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互方法，其特征在于：所述步骤2包括如下步骤：
步骤2.1：将制作好的T型场景或者十型场景，分别拷贝在四台或者五台渲染主机上，通过渲染引擎配置各个渲染主机的机器id；
步骤2.2：通过使用渲染引擎的融合功能在软件界面内调节各个控制点实现融合，通过渲染引擎的集群渲染，统一启动各台渲染主机后获得同步的渲染画面；
步骤2.3：通过渲染主机的hdmi接口将同步的渲染画面连接至显示器件形成四面或者五面同步显示的投影墙。
4.根据权利要求3所述的一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互方法，其特征在于：所述步骤3包括如下步骤：
步骤3.1：将渲染主机中其中一台主机设置为server渲染主机，其他的设置为client渲染主机；
步骤3.2：将server渲染主机和控制引擎通过路由器连接在同一个局域网内；
步骤3.3：通过控制引擎的touch osc协议将所需的数据发送至server渲染主机，server渲染主机通过渲染引擎的同步功能将数据发送到client渲染主机完成交互控制。
5.一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互系统，其特征在于：包括
渲染主机，用于连接控制引擎和显示器件，且结合渲染引擎实现画面的渲染；
渲染引擎，用于利用ventuz等软件实现融合和同步后，通过连接显示器件呈现裸眼3D画面；
显示器件，用于通过与渲染主机连接后将渲染的画面显示；
路由器，用于通过无线网卡连接渲染主机和控制引擎；
控制引擎，用于连接路由器实现实时交互控制。
6.根据权利要求5所述的一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互系统，其特征在于：所述渲染主机包括server渲染主机和client渲染主机。
7.根据权利要求6所述的一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互系统，其特征在于：所述渲染引擎包括ventuz软件。
8.根据权利要求7所述的一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互系统，其特征在于：所述控制引擎包括手机、平板电脑和第三方传感器。
9.根据权利要求8所述的一种基于仿真教学实训室的裸眼3D沉浸式交互系统，其特征在于：所述显示器件包括投影仪、LED显示屏和液晶拼接屏。
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