CN108495102B - 基于Unity拼接融合系统的多投影仪无缝拼接融合方法 - Google Patents
基于Unity拼接融合系统的多投影仪无缝拼接融合方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于多投影仪拼接领域,具体涉及基于Unity拼接融合系统的多投影仪无缝拼接融合方法,旨在解决多投影仪的拼接融合调试的时效性较差、重叠区域融合效果不佳的问题。主要包括:设置投影仪个数、贴图网格、融合网格、投影平面分辨率等参数;在对应投影机界面上选择确定投影区域的坐标点、生成贴图网格并对测试贴图进行融合投影显示测试效果;在投影平面上调整网格以及融合区域中融合系数,保存生成的网格数据和融合系数;加载初次运行系统时保存的网格数据和融合系数;根据读取的网格数据和融合系数,进行贴图融合投影。本系统直接基于Unity平台进行拼接融合,具有投影精准、实时性强、融合无缝隙等优点。
Description
技术领域
本发明属于多投影仪拼接融合领域,具体涉及一种基于Unity拼接融合系统的多投影仪无缝拼接融合方法。
背景技术
随着科技的发展以及人们对视觉美感追求的不断提升,基于大平面的沉溺式的多屏幕投影变得越来越广泛。与一般单投影仪投影不同,多投影仪拼接融合投影技术能够营造出更强的视觉冲击效果,增强体验者的沉溺感。在教育、艺术、娱乐、科技、商业宣传、军事等方面都有较为广泛的应用。由于多投影仪投影同一个高分辨率的画面,对投影仪的安装投影矫正等需要有专业的安装人员进行,需要安装人员根据投影场景制定安装投影方案,而且对安装场景具有一定的要求。如投影仪相对投影平面的距离、投影仪在平面上投影区域的覆盖区域位置等。这种方法安装较为复杂,需要较大的人力物力。
目前多投影仪拼接融合技术通常采用硬拼接或者软拼接两种方式。通过摆放投影仪的位置,硬拼接是从硬装上使得各投影仪的投影区域刚好拼接到一起然后每个投影仪投影画面的一部分的硬拼接方式。这种方式的缺点主要在于,自动化程度低,对投影场景以及投影仪安装人员要求较高,布置费时费力、且不易维护。从投影效果上来看,投影衔接处会存在细微拼接缝隙,而且随着投影仪数量的增多系统投影效果降低。软件拼接通常是通过软件进行拼接处理,这种方法相对于硬件拼接具有易于维护、多投影仪拼接融合时容易扩充、对安装人员要求降低,不需要投影仪在物理上进行拼接投影,而且能够处理投影仪拼接缝隙的问题。当前存在的软件拼接融合仍然需要专业的软件安装与维护人员进行布置与维护;由于投影仪本身的属性等原因,融合带并不能完全的消除,通常会存在融合带发暗或发亮的现象;当需要投影播放高帧率、高分辨率的视频时会存在掉帧、卡顿等现象,使得视觉效果下降。
在一些特定的场景下,需要多投影仪的拼接融合能够快速安装布置;需要在同一个场景下投影不同的画面,要求做到无缝融合;对于高帧率、高分辨率的视频投影时能够实现无卡顿、不丢帧的投影。当前的拼接技术难以满足这些要求。因此,大平面的投影,开发一种能够实现突破快速安装布置,解决高帧率、大分辨率视频丢帧卡顿,方便在Unity3D引擎中使用的投影融和技术成为一个急需解决的课题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题,即为了解决多投影仪的拼接融合调试的时效性较差、重叠区域融合效果不佳的问题,本发明提供了一种基于Unity拼接融合系统的多投影仪无缝拼接融合方法,包括以下步骤:
步骤S1:依据实际场景和需求设置多个投影仪,所述多个投影仪与计算机相连,通过配置计算机的Surround参数实现所述多个投影仪的拼接显示;
步骤S2:根据配置的计算机的Surround参数,对每台投影仪在投影屏幕上选择指定投影区域,生成每台投影仪对应的子网格顶点的UV坐标信息;
步骤S3:计算每台投影仪对应子网格组的四个顶点的UV坐标信息到屏幕坐标的单应矩阵,使用所述单应矩阵对子网格顶点的UV坐标信息转换为屏幕坐标信息并保存;
步骤S4:使用所述保存的各子网格顶点的UV坐标信息及其对应的屏幕坐标信息,进行纹理贴图,调整子网格的顶点坐标及融合系数r达到无缝融合显示,并保存此时的各子网格顶点的UV坐标信息、对应的屏幕坐标信息及融合系数r;
步骤S5:读取贴图信息,以及步骤S4保存的各子网格顶点的UV坐标信息、对应的屏幕坐标信息及融合系数r,进行贴图显示。
优选地,所述“生成每台投影仪对应的子网格顶点的UV坐标信息”,其步骤包括:
步骤S23:在投影仪pi四个屏幕坐标顶点内计算投影仪pi子网格顶点的UV坐标其中n由网格分辨率决定,且n≥4。
优选地,所述步骤S3包括以下步骤:
优选地,步骤S4中获取拼接区域无缝融合显示时子网格的顶点坐标的步骤包括:
步骤S41:根据每台投影仪对应的子网格顶点的UV坐标及其对应的屏幕坐标,Unity拼接融合系统生成纹理贴图,并进行投影显示;
步骤S42:通过对应的子网格角点的调整,获取拼接区域无缝融合显示;
步骤S43:获取拼接区域无缝融合显示时子网格的顶点坐标;
所述子网格角点为组成子网格的两个三角形贴片。
优选地,步骤S4中获取拼接区域无缝融合显示时融合系数r的步骤包括:
基于融合系数r计算融合区域左侧投影仪不同坐标位置上的Alpha值,Unity拼接融合系统基于Alpha值进行shader贴图渲染,并进行投影显示;
基于融合系数r计算融合区域右侧投影仪不同坐标位置上的Alpha值,Unity拼接融合系统基于Alpha值进行shader贴图渲染,并进行投影显示;
调整融合系数r,获取多种融合显示,选择无缝融合显示时对应的融合系数r,并将其保存。
优选地,计算融合区域左侧投影仪的Alpha值的计算公式为:
其中,
xW为融合区域的宽度,x为融合区域顶点UV坐标中的横坐标,xL为融合区域左侧投影仪在融合区域中起始边界的UV横坐标,r为Alpha的融合系数。
优选地,计算融合区域右侧投影仪的Alpha值的计算公式为:
其中,
xW为融合区域的宽度,x为融合区域顶点UV坐标中横坐标,xR为融合区域右侧投影仪在该融合区域中起始边界的UV横坐标,r为Alpha的融合系数。
优选地,在设置多个投影仪的情况下,相邻两个投影区域分别设置有重叠投影区域;
所述投影重叠区域不小于所对应投影仪投影区域的10%。
优选地,所述Surround参数包括各投影仪子网格组对应的网格分辨率、融合网格数、屏幕分辨率参数。
优选地,所述计算机采用NVIDIA显卡。
综上所述,本发明的有益效果如下:
(1)本发明中为用户提供可调节的融合参数,使得用户可以根据不同的操作场景选择不同的融合参数,避免了固定融合参数所造成的在不同场景不同播放内容时的融合带过暗或过亮的缺陷,使得拼接融合更加自然柔和,实现真正意义上的无缝融合。
(2)本发明采用Unity拼接融合系统中shader渲染的方式可以融合播放较高帧率和分辨率的视频,同时也能应用在Unity开发中需要对相机视场等需要拼接融合的地方,能够更好的应用在教育、文化、科普、艺术展览以及大型军用沙盘等实施例中。
附图说明
图1是本发明一种实施例的场景搭建过程中投影可用平面、投影仪投影界面、拼接融合画面关系示意图;
图2是本发明一种实施例的每台投影仪投影的平面上选择投影区域的示意图;
图3是本发明一种实施例的计算单应矩阵时,由贴图的UV坐标计算出投影平面坐标的示意图;
图4是本发明一种实施例的Unity拼接融合系统生成的纹理贴图在投影屏幕上显示的示意图;
图5是本发明一种实施例的对测试贴图和纹理贴图进行融合拼接后在投影屏幕上显示的示意图;
图6是本发明一种实施例的基于Unity拼接融合系统的多投影仪无缝拼接融合方法的流程示意图。
符号说明:
100可供投影仪投影的平面
101右侧投影仪物理投影区域
102左侧投影仪物理投影区域
103需要左侧投影仪投影画面的区域
104需要右侧投影仪投影画面的区域
105右侧投影仪
106左侧投影仪
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是,这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理,并非旨在限制本发明的保护范围。
本发明采用的Unity的拼接融合系统,该系统特点是使用多个投影仪可以实现大面的联动投影,从根本上解决系统安装复杂、投影仪之间融合带明显等问题。
下面对本发明实施例的所用的系统进行介绍:
计算机:安装有Windows 7中的Unity 5.6.0为开发工具,且计算机的显卡为NVIDIA显卡。
投影仪(两个及以上):用以投影影像,投影仪和计算机主机之间通过HDMI转DP延长线连接。
平面幕布或墙体:显示投影仪投影的拼接融合后的效果。
无缝拼接融合系统:接收保存人工设置的参数、为安装人员提供选择投影区域的界面、自动生成网格数据、并使得安装人员可以根据需求对网格进行微调、设置选择融合系数r、最终完成融合贴图显示。
本发明一种实施例的基于Unity拼接融合系统的多投影仪无缝拼接融合方法其具体实施方式如下:
步骤S1:依据实际场景和需求设置多个投影仪,所述多个投影仪与计算机相连,通过配置计算机的显卡的Surround参数实现多个投影仪的拼接显示,其中相邻投影仪的投影区域分别设有重叠区域,且重叠区域不小于该投影仪投影面积的10%,所有投影区域应该能够完全覆盖需要投影的平面,如图1所示为安装部署好的右侧投影仪105和左侧投影仪106,在可供投影仪投影的平面100内进行投影,左侧投影仪物理投影区域102和右侧投影仪物理投影区域101有重叠区域,且重叠区域不小于右侧投影仪105和左侧投影仪106物理投影区域的10%,其中需要左侧投影仪投影画面的区域103是左侧投影仪106在投影屏幕上投影画面的区域,需要右侧投影仪投影画面的区域104是右侧投影仪105在投影屏幕上投影画面的区域;
步骤S2:根据配置计算机主机,在显卡控制面板中设置Surround选项,对每台投影仪在投影屏幕上鼠标双击选择四个顶点指定投影区域,Unity的拼接融合系统生成每台投影仪对应的子网格顶点的UV坐标信息。UV坐标是指所有的图像文件都是二维的一个平面,水平方向是U,垂直方向是V。通过这个平面的,二维的UV坐标系,我们可以定位图像上的任意一个象素;
步骤S3:计算每台投影仪对应子网格组的四个顶点的UV坐标信息到屏幕坐标的单应矩阵,使用所述单应矩阵对子网格顶点的UV坐标信息转换为屏幕坐标信息并保存;
步骤S4:使用所述保存的各子网格顶点的UV坐标信息及其对应的屏幕坐标信息,进行纹理贴图,调整子网格的顶点坐标及融合系数r达到无缝融合显示,并保存此时的各子网格顶点的UV坐标信息、对应的屏幕坐标信息及融合系数r;
步骤S5:Unity拼接融合系统读取贴图信息,以及在Unity拼接融合系统中加载步骤S4保存的各子网格顶点的UV坐标信息、对应的屏幕坐标信息及融合系数r,进行贴图显示。
进一步地,上述步骤S2中生成每台投影仪对应的子网格顶点的UV坐标信息,具体包括:
步骤S21:对投影仪pi的投影范围内鼠标点取投影仪投影区域的四个顶点获取四个顶点对应的屏幕坐标,其中pi表示标号为i的投影仪,如图2所示为本发明一种实施例的在两台投影仪在投影平面上选择的投影区域的示意图;
其中,i为投影仪序号,i=1,…,N,N为投影仪数目;
进一步地,上述步骤S3包括以下步骤:
图3为计算单应矩阵时,由贴图的UV坐标计算出投影平面坐标的示意图,本实施例是实现两台投影仪的无缝融合,在右侧投影仪物理投影区域101的范围内投影显示需要右侧投影仪投影画面的区域104,通过鼠标点取获取投影仪投影区域的四个顶点,Unity拼接融合系统生成子网格顶点坐标,依据已知的投影仪pi四个顶点的UV坐标和选取的屏幕坐标点,根据P=HU的关系计算投影仪pi从UV坐标到屏幕坐标的单应矩阵Hi,再依据单应矩阵Hi计算出每个子网格顶点对应的屏幕坐标。
进一步地,上述步骤S4中获取拼接区域无缝融合显示时子网格的顶点坐标的步骤包括:
步骤S41:根据每台投影仪对应的子网格顶点的UV坐标及其对应的屏幕坐标,Unity拼接融合系统生成纹理贴图,并进行投影显示,图4是本实施例中基于两台投影仪对应的子网格顶点的UV坐标及其对应的屏幕坐标,Unity拼接融合系统生成纹理贴图,在投影屏幕上显示的示意图,上述的纹理贴图与子网格顶点的UV坐标形成的网格框相对应;
步骤S42:通过调整对应的子网格角点(组成子网格的两个三角形贴片)达到无缝融合显示,其中微调的模式有多种,可以是按行、按列、按点以及按整个投影仪子网格组的模式,这种微调模式可以调整局部贴图的色彩或缝隙,以实现多投影仪的无缝融合显示;
步骤S43:获取拼接区域无缝融合显示时子网格的顶点坐标。
为了更方便的获取拼接区域无缝融合显示时子网格的顶点坐标,本发明也可以通过测试贴图与纹理贴图结合的方式,调整子网格角点。图5是本发明实施例的根据网格顶点的UV坐标、屏幕坐标,对测试贴图和纹理贴图进行融合拼接后,在投影屏幕上显示的示意图,其中测试贴图为中国版图,通过测试拼图和纹理贴图在投影屏幕的显示效果,对子网格角点进行微调,以达到无缝融合显示,获取此时的子网格的顶点坐标。
进一步地,上述步骤S4中获取拼接区域无缝融合显示时融合系数r的步骤包括:
按公式(5)、(6)计算融合区域左侧投影仪的Alpha值:
xW为融合区域的宽度,x为融合区域顶点UV坐标中的横坐标,xL为融合带左侧投影仪在融合区域中起始边界的UV横坐标,r为Alpha的融合系数;
按公式(7)、(8)计算融合区域右侧投影仪的Alpha值:
xW为融合区域的宽度,x为融合区域顶点UV坐标中横坐标,xR为融合区域右侧投影仪在该融合区域中起始边界的UV横坐标,r为Alpha的融合系数;
基于融合区域投影仪的Alpha的融合系数r,分别计算融合区域中左、右两侧投影仪的渲染贴图中UV坐标的Alpha值,Unity拼接融合系统基于Alpha值进行shader贴图渲染,显示出初始融合效果;
调整Alpha的融合系数r,融合区域左侧投影仪和右侧投影仪显示不同的渲染效果,获取多种融合显示,选择无缝融合显示时对应的融合系数r,并将其保存。
经过综上的步骤和调试,能够实现多投影仪无缝拼接融合,且本发明经上述的方法和步骤的安装部署完成后,在场景变的情况下,数据可以重复使用,基于本发明的多投影仪无缝拼接融合方法对视频文件进行处理过程如下:
过程A):读取保存的坐标信息和Alpha的融合系数r;
过程B):提取视频或者其他场景的视觉作为纹理贴图;
过程C):使用读取的坐标信息和Alpha融合系数r、和提取的视频贴图纹理,进行shader渲染,完成当前帧的拼接融合;
重复过程B)和过程C),直到场景或视频播放结束。
本发明一种实施例的基于Unity拼接融合系统的多投影仪无缝拼接融合方法,其流程图如图6所示,
进入Unity拼接融合系统,若是第一次部署则基于本发明的基于Unity拼接融合系统的多投影仪无缝拼接融合方法即设置网格分辨率、融合网格数、屏幕分辨率参数;在投影区域内选取投影融合位置;系统生成网格数据、投影融合效果;微调融合数据并保存;读取网格数据和融合系数;根据参数读取生成网格;读取贴图;根据网格数据贴图投影实现无缝融合显示;
若只是变换场景不需要再次部署,则可以直接加载之前保存的各子网格顶点的UV坐标信息、对应的屏幕坐标信息及融合系数r实现无缝融合显示,即进入系统后直接读取网格数据等参数;根据参数读取生成网格;读取贴图;根据网格数据贴图投影,实现无缝融合显示。
本发明提供的基于Unity拼接融合系统的多投影仪无缝拼接融合方法,能够更好的处理高帧率、高分辨率影像的拼接融合,同时也可以用在游戏场等需要拼接融合的地方加以应用,快速实现无缝融合。系统具有安装布置方便、易于维护实用性强等特点。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
本领域技术人员应该能够意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的方法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的参数、方法或者装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其它要素,或者还包括这些参数、方法或者装置所固有的要素。
至此,已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案,但是,本领域技术人员容易理解的是,本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下,本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换,这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于Unity拼接融合系统的多投影仪无缝拼接融合方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1:依据实际场景和需求设置多个投影仪,所述多个投影仪与计算机相连,配置所述计算机的Surround参数;
步骤S2:对每台投影仪在投影屏幕上选择指定投影区域,根据配置的计算机的Surround参数,生成每台投影仪对应的子网格顶点的UV坐标信息;
步骤S3:计算每台投影仪的指定投影区域的四个顶点的UV坐标信息到屏幕坐标的单应矩阵,使用每台投影仪对应的所述单应矩阵将子网格顶点的UV坐标信息转换为屏幕坐标信息,并保存每台投影仪的子网格顶点的UV坐标信息以及对每台投影仪的子网格顶点的UV坐标信息基于所述单应矩阵转换后的屏幕坐标信息;
步骤S4:使用所述步骤S3中保存的UV坐标信息和屏幕坐标信息,进行纹理贴图,获取并保存拼接区域无缝融合显示时的以下参数:融合系数r、每台投影仪的子网格顶点的UV坐标信息以及对应的屏幕坐标信息;
步骤S5:读取贴图信息,以及步骤S4保存的融合系数r、UV坐标信息、屏幕坐标信息,进行贴图显示;
其中,
所述Surround参数包括各投影仪的子网格对应的网格分辨率、融合网格数、屏幕分辨率参数;
所述UV坐标信息是指在横、纵坐标分别为U、V的二维图像平面中,像素点的坐标位置信息;
其中,所述获取拼接区域无缝融合显示时融合系数r的步骤包括:
给定一初始融合系数r;
根据下述两个公式计算融合区域左侧投影仪的Alpha值al(x):
其中,xW为融合区域的宽度,x为融合区域顶点UV坐标中的横坐标,xL为融合区域左侧投影仪在融合区域中起始边界的UV横坐标,r为Alpha的融合系数;
根据下述两个公式计算融合区域右侧投影仪的Alpha值ar(x):
其中,xW为融合区域的宽度,x为融合区域顶点UV坐标中横坐标,xR为融合区域右侧投影仪在该融合区域中起始边界的UV横坐标,r为Alpha的融合系数;
Unity拼接融合系统基于Alpha值进行shader贴图渲染,显示出初始融合效果;
基于显示的初始融合效果,调整Alpha的融合系数r,基于调整后的Alpha的融合系数r计算Alpha值进行shader贴图渲染,显示与所述初始融合效果不同的融合效果,反复执行调整Alpha的融合系数r以及基于调整后的Alpha的融合系数r计算Alpha值进行shader贴图渲染的步骤,从而获取显示的多种不同的融合效果,从所述多种不同的融合效果中选择并保存无缝融合效果对应的融合系数r。
4.根据权利要求3所述的基于Unity拼接融合系统的多投影仪无缝拼接融合方法,其特征在于,步骤S4中获取拼接区域无缝融合显示时的UV坐标信息和屏幕坐标信息的步骤包括:
步骤S41:依据每台投影仪的子网格顶点的UV坐标信息及其对应的屏幕坐标信息,Unity拼接融合系统生成纹理贴图,并进行投影显示;
步骤S42:通过对应的子网格角点的调整,获取拼接区域无缝融合显示;
步骤S43:获取拼接区域无缝融合显示时的UV坐标信息和屏幕坐标信息;
所述子网格角点为组成子网格的两个三角形贴片。
5.根据权利要求1所述的基于Unity拼接融合系统的多投影仪无缝拼接融合方法,其特征在于,在设置多个投影仪的情况下,相邻两个投影区域分别设置有重叠投影区域;
所述重叠投影区域不小于所对应投影仪投影区域的10%。
6.根据权利要求1所述的基于Unity拼接融合系统的多投影仪无缝拼接融合方法,其特征在于,所述计算机采用NVIDIA显卡。
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