CN111857625B - 一种异形曲面矫正及边缘融合的方法 - Google Patents

一种异形曲面矫正及边缘融合的方法 Download PDF

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Abstract

一种异形曲面矫正及边缘融合的方法，属于图形几何矫正、图像融合技术领域，在虚拟空间建立与真实空间中的真实异形曲面半径大小相同的虚拟异形曲面，通过建模软件模拟投影机与投影画面关系，建立基础的投影网格模型和对应的M个投影仪，投影网格模型通过3D引擎进行初步调节，并导出中间格式文件给3D引擎使用，读取3D引擎导出的文件，获取步骤S1中M个投影仪的属性和步骤S1中投影网格模型的属性，通过精密的分析计算投射画面相对于投射屏幕的空间映射关系来反求出每一个像素的实际坐标，实现自定义的融合带形状、宽窄，可以实现对投射区域进行几何分割来创建融合带形状。结合曲面矫正技术，可以实现复杂的形体拼接、异形拼接显示项目。

Description

一种异形曲面矫正及边缘融合的方法
技术领域
本发明属于图形几何矫正、图像融合技术领域，具体涉及一种异形曲面矫正及边缘融合的方法。
背景技术
现有技术中，异形曲面装置一直是大型影视娱乐设施试图演进的技术，随着目前LED显示技术的提升，设置LED异形曲面已经成为可能。LED的360度异形曲面电影装置是根据正方体中心向8个顶点方向发射射线，把球面切割为6个相等的区域，并按此方式形成固定架以及外部结构架，将数片LED灯板和对应的驱动电路板安装到固定架及外部结构架上，从而形成面向异形曲面内部发光并播放影像的LED异形曲面装置。
曲面矫正是实现投影影像投射到曲面或异形表面的画面矫正处理。通过精密的分析计算投射画面相对于投射屏幕的空间映射关系来反求出每一个像素的实际坐标，最终得到精确的矫正结果，是从"本质"上对曲面变形进行矫正。边缘融合是实现将拼接的相邻投影画面实现无缝过渡。实现自定义的融合带形状、宽窄，可以实现对投射区域进行几何分割来创建融合带形状。结合曲面矫正技术，可以实现复杂的形体拼接、异形曲面拼接显示项目。
但是现有的异形曲面系统内，由于采用多台投影机，如何有效解决重合的图像内容既满足曲面矫正，又能实现边缘融合成为了难题，为了解决各个投影中产生分离的画面异常，实像画面统一,必须消除画面色彩、亮度的差别。
发明内容
本发明的目的在于提供一种异形曲面矫正及边缘融合的方法，曲面矫正实现投影影像投射到曲面或异形表面的画面矫正处理。通过精密的分析计算投射画面相对于投射屏幕的空间映射关系来反求出每一个像素的实际坐标，最终得到精确的矫正结果，是从"本质"上对曲面变形进行矫正。边缘融合实现将拼接的相邻投影画面实现无缝过渡。实现自定义的融合带形状、宽窄，可以实现对投射区域进行几何分割来创建融合带形状。结合曲面矫正技术，可以实现复杂的形体拼接、异形曲面拼接显示项目。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种异形曲面矫正及边缘融合的方法，包括以下步骤：
S1、在虚拟空间建立与真实空间中的真实异形曲面半径大小相同的虚拟异形曲面，通过建模软件模拟投影机与投影画面关系，建立基础的投影网格模型和对应的M个投影仪；
S2、所述投影网格模型通过3D引擎进行初步调节，并导出中间格式文件给所述3D引擎使用；
S3、读取所述3D引擎导出的文件，获取S1中M个所述投影仪的属性和S1中所述投影网格模型的属性；
S4、在所述3D引擎中动态生成对应的动态修改投影仪和投影调节网格；
S5、通过所述动态修改投影仪进行投影矩阵融合方式以完全匹配所述建模投影仪的相应点位；
S6、在虚拟空间采用网格模式建立经纬网格球，经纬网格球包括若干条经线和若干条纬线，经纬线网格球分割虚拟异形曲面；
S7、利用M个所述投影仪获取所有经纬网格的顶点属性，包括位置、旋转、法线等信息；
S8、将S7中获得的顶点属性信息在3D引擎中动态调节投影调节网格的顶点位置；
S9、获得邻近的经纬网格顶点位置，以该顶点做线性衰减，获取顶点集合，并动态微调选择的顶点；
S10、在所述3D引擎中更新选择的顶点属性。
进一步的，所述中间格式文件包括但不限定为fbx、dae、obj、bvh、dxf、stl及x3D格式文件。
进一步的，在步骤S4中通过所述动态修改投影仪匹配所述建模投影仪的点位，所述动态修改投影仪解算程序，其公式如下：
b＝Zfar-Znear
c＝-Rnear-Rfar
d＝-RnearZfar-RfarZnear
f＝RnearZfar-RfarZnear
e＝Rnear-Rfar (1)
其中，M＝矩阵；w＝相机宽【屏幕像素宽】；h＝相机高【屏幕像素高】；a＝矩阵的一个构成元素；b，c，d，e，f->矩阵的一个构成元素；Zfar＝相机z轴远裁切距离；Znear＝相机z轴近裁切距离；Rhear＝相机近裁切平面高度/2；Rfar＝相机远裁切平面高度/2。
优选的，M个所述投影仪投射网格图片到异形曲面上，调节所述投影调节网格以使得M个所述投影仪投影的画面实现边缘融合。
在本申请的实施例中，还包括如下步骤：
S51、在相邻的两个投影载体的重叠区域建立融合区域；
S52、将融合区域中的每个像素乘以一个定量，该定量为x，其公式如下：
其中：f(x)代表以x为变量的函数；x＝像素数值[输入变量]；for0≤x＜0.5代表x取值范围在此区间使用0.5(2x)p；p可取1，2，3，4；for0.5≤x≤1代表x取值此范围使用1-0.5(2(1-x))p；p可取1，2，3，4。
S53、经过步骤S52处理后的像素添加到另一个图像中的相应像素上，结果就是预期的像素值。
进一步的，利用3D引擎调节单个所述融合区域的大小及gamma值。
具体的，通过鼠标进行上下左右移动，动态微调选择的顶点。
进一步，所述融合区域将拼接的相邻投影画面无缝过渡，并将融合带形状、宽窄进行自定义。
本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现图像融合方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行图像融合方法的计算机程序。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
本发明在视景仿真软件中通过精密的分析计算投射画面相对于投射屏幕的空间映射关系来反求出每一个像素的实际坐标，最终得到精确的矫正结果，是从"本质"上对曲面变形进行矫正。边缘融合实现将拼接的相邻投影画面实现无缝过渡。实现自定义的融合带形状、宽窄，可以实现对投射区域进行几何分割来创建融合带形状。结合曲面矫正技术，可以实现复杂的形体拼接、异形曲面拼接显示项目，科学计算观众视点相对于屏幕的空间关系，合理分配原始影像在屏幕上的分布方式，使观众能够"进入"画面之中，达到身临其境的感受。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本发明的异形曲面矫正及边缘融合的方法流程图；
图2为本发明的3D引擎示意图；
图3为本发明中投影原理图；
图4为本发明边缘矫正原理图；
图5为本发明两个投影载体的重叠区域指标图。
具体实施方式
下面将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。
参见附图1所示，一种异形曲面矫正及边缘融合的方法，包括以下步骤：
S1、在虚拟空间建立与真实空间中的真实异形曲面半径大小相同的虚拟异形曲面，通过建模软件模拟投影机与投影画面关系，建立基础的投影网格模型和对应的M个投影仪；
S2、所述投影网格模型通过3D引擎进行初步调节，并导出中间格式文件给所述3D引擎使用；
S3、读取所述3D引擎导出的文件，获取S1中M个所述投影仪的属性和S1中所述投影网格模型的属性；
S4、在所述3D引擎中动态生成对应的动态修改投影仪和投影调节网格；
S5、通过所述动态修改投影仪进行投影矩阵融合方式以完全匹配所述建模投影仪的相应点位；
S6、在虚拟空间采用网格模式建立经纬网格球，经纬网格球包括若干条经线和若干条纬线，经纬线网格球分割虚拟异形曲面；
S7、利用M个所述投影仪获取所有经纬网格的顶点属性，包括位置、旋转、法线等信息；
S8、将S7中获得的顶点属性信息在3D引擎中动态调节投影调节网格的顶点位置；
S9、获得邻近的经纬网格顶点位置，以该顶点做线性衰减，获取顶点集合，并动态微调选择的顶点；
S10、在所述3D引擎中更新选择的顶点属性。
进一步的，所述中间格式文件包括但不限定为fbx、dae、obj、bvh、dxf、st l及x3D格式文件。
进一步的，在步骤S4中通过所述动态修改投影仪匹配所述建模投影仪的点位，所述动态修改投影仪解算程序，其公式如下：
b＝Zfar-Znear
c＝-Rnear-Rfar
d＝-RnearZfar-RfarZnear
f＝RnearZfarRfarZnear
e＝Rnear-Rfar (1)
其中，M＝矩阵；w＝相机宽【屏幕像素宽】；h＝相机高【屏幕像素高】；a＝矩阵的一个构成元素；b，c，d，e，f-＞矩阵的一个构成元素；Zfar＝相机z轴远裁切距离；Znear＝相机z轴近裁切距离；Rnear＝相机近裁切平面高度/2；Rfar＝相机远裁切平面高度/2。
优选的，M个所述投影仪投射网格图片到异形曲面上，调节所述投影调节网格以使得M个所述投影仪投影的画面实现边缘融合。
在本申请的实施例中，还包括如下步骤：
S51、在相邻的两个投影载体的重叠区域建立融合区域；
S52、将融合区域中的每个像素乘以一个定量，该定量为x，其公式如下：
其中：f(x)代表以x为变量的函数；x＝像素数值[输入变量]；for0≤x＜0.5代表x取值范围在此区间使用0.5(2x)p；p可取1，2，3，4；for0.5≤x≤1代表x取值此范围使用1-0.5(2(1-x))p；p可取1，2，3，4。
S53、经过步骤S52处理后的像素添加到另一个图像中的相应像素上，结果就是预期的像素值。
进一步的，利用3D引擎调节单个所述融合区域的大小及gamma值，为3D引擎提供了对单个融合区大小及gamma值的调节。
具体的，通过鼠标进行上下左右移动，动态微调选择的顶点。
进一步，所述融合区域将拼接的相邻投影画面无缝过渡，并将融合带形状、宽窄进行自定义。
本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现图像融合方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行图像融合方法的计算机程序。
本领域内的技术人员应明白，本发明的具体实施方式可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件具体实施方式、完全软件具体实施方式、或结合软件和硬件方面的具体实施方式的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明具体实施方式的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤
工作原理：本发明在虚拟空间建立与真实空间中的真实异形曲面半径大小相同的虚拟异形曲面，模拟投影机与投影画面关系，建立基础的投影网格模型，进行异形曲面内进行曲面矫正，投影网格模型通过3D引擎进行初步调节，并导出中间格式文件给所述3D引擎使用,其中中间格式文件包括但不限定为fbx、dae、obj、bvh、dxf、st l及x3D格式文件，读取3D引擎导出的文件，获取M个投影仪的属性和投影网格模型的属性，并匹配建模投影仪的相应点位，同时建立了经纬网格球，通过精密的分析计算投射画面相对于投射屏幕的空间映射关系来反求出每一个像素的实际坐标，最终得到精确的矫正结果，是从"本质"上对曲面变形进行矫正。边缘融合实现将拼接的相邻投影画面实现无缝过渡。实现自定义的融合带形状、宽窄，可以实现对投射区域进行几何分割来创建融合带形状。结合曲面矫正技术，可以实现复杂的形体拼接、异形曲面拼接显示项目，科学计算观众视点相对于屏幕的空间关系，合理分配原始影像在屏幕上的分布方式，使观众能够"进入"画面之中，达到身临其境的感受。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种异形曲面矫正及边缘融合的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在虚拟空间建立与真实空间中的真实异形曲面半径大小相同的虚拟异形曲面，通过建模软件模拟投影机与投影画面关系，建立基础的投影网格模型和对应的M个投影仪；
S2、所述投影网格模型通过3D引擎进行初步调节，并导出中间格式文件给所述3D引擎使用；
S3、读取所述3D引擎导出的文件，获取S1中M个所述投影仪的属性和S1中所述投影网格模型的属性；
S4、在所述3D引擎中动态生成对应的动态修改投影仪和投影调节网格；
在步骤S4中通过所述动态修改投影仪匹配建模投影仪的点位，所述动态修改投影仪解算程序，其公式如下：
b＝Zfar-Znear
c＝-RnearRfar
d＝-RnearZfar-RfarZnear
f＝RnearZfarRfarZnear
e＝Rnear-Rfar (1)
其中，M＝矩阵；w＝相机宽；h＝相机高；a＝矩阵的一个构成元素；b，c，d，e，f为矩阵的一个构成元素；Zfar＝相机z轴远裁切距离；Znear＝相机z轴近裁切距离；Rnear＝相机近裁切平面高度/2；Rfar＝相机远裁切平面高度/2；
S5、通过所述动态修改投影仪进行投影矩阵融合方式以完全匹配所述建模投影仪的相应点位；
S6、在虚拟空间采用网格模式建立经纬网格球，经纬网格球包括若干条经线和若干条纬线，经纬线网格球分割虚拟异形曲面；
S7、利用M个所述投影仪获取所有经纬网格的顶点属性，包括位置、旋转、法线信息；
S8、将S7中获得的顶点属性信息在3D引擎中动态调节投影调节网格的顶点位置；
S9、获得邻近的经纬网格顶点位置，以该顶点做线性衰减，获取顶点集合，并动态微调选择的顶点；
S10、在所述3D引擎中更新选择的顶点属性。
2.根据权利要求1所述的异形曲面矫正及边缘融合的方法，其特征在于：所述中间格式文件包括但不限定为fbx、dae、obj、bvh、dxf、stl及x3D格式文件。
3.根据权利要求1所述的异形曲面矫正及边缘融合的方法，其特征在于：M个所述投影仪投射网格图片到异形曲面上，调节所述投影调节网格以使得M个所述投影仪投影的画面实现边缘融合。
4.根据权利要求3所述的异形曲面矫正及边缘融合的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S51、在相邻的两个投影载体的重叠区域建立融合区域；
S52、将融合区域中的每个像素乘以一个定量，该定量为x，其公式如下：
其中：f(x)代表以x为变量的函数；x＝像素数值；for0≤x＜0.5代表x取值范围在此区间使用0.5(2x)p；p可取1，2，3,4；for0.5≤x≤1代表x取值此范围使用1-0.5(2(1-x))p；p可取1，2，3,4；
S53、经过步骤S52处理后的像素添加到另一个图像中的相应像素上，结果就是预期的像素值。
5.根据权利要求4所述的异形曲面矫正及边缘融合的方法，其特征在于：利用3D引擎调节单个所述融合区域的大小及gamma值。
6.根据权利要求1所述的异形曲面矫正及边缘融合的方法，其特征在于：所述方法还包括，通过鼠标进行上下左右移动，动态微调选择的顶点。
7.根据权利要求5所述的异形曲面矫正及边缘融合的方法，其特征在于：所述融合区域将拼接的相邻投影画面无缝过渡，并将融合带形状、宽窄进行自定义。
8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7任一所述方法。
9.一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至7任一所述方法的计算机程序。
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