CN112348753A - 一种用于沉浸式内容的投影方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明给出了一种用于沉浸式内容的投影方法和系统，包括获取空间中投影设备的姿态信息，其中，所述姿态信息包括所述投影设备的空间姿态和朝向；根据预先处理的图像或音频文件，确认当前姿态信息下的投影画面；利用头相关变换函数计算所述当前姿态信息下的音频数据；输出所述当前姿态信息下的所述投影画面和所述音频数据。利用该方法和系统能够利用单台投影设备以低成本、无需预先安装调试的硬件装置，提供360°环绕用户的全景视听内容。
Description
技术领域
本发明涉及投影技术领域，尤其是一种用于沉浸式内容的投影方法和系统。
背景技术
沉浸式内容包括全景图像或全景视频，通常通过全方位摄像机或一组摄像机同时记录所有可能方向上的场景视图来再现真实场景的全景视图，或者通过3D创建软件来进行虚拟制作。沉浸式内容越来越多地用于营销或广告中，以吸引更多的消费者，因为沉浸式内容能够令商品和服务的感觉更加鲜活。沉浸式内容也用于音乐表演、剧院、音乐会等，以拥有更多的不必出席活动的观众；沉浸式内容在游戏娱乐领域和教育领域也有应用。
除了录制360°视频之外，沉浸式内容制作技术还需要借助特定的后期制作和三维(3D)动画软件，其需要允许通过等矩形投影(equirectangular projection)、圆柱投影(cylindrical projection)、立体投影(stereographic projection)、鱼眼投影(fisheyeprojection)、立方体贴图投影(cube mapping projection)等方式来投影图像的计算机应用程序。
迄今为止在个人层面上最广泛且唯一可访问的沉浸式内容再现技术是使用虚拟现实(VR)眼镜。然而，VR眼镜仅允许佩戴它们的人享受内容，却将用户与真实环境隔离开来。而且VR眼镜仅限单人使用，无法供多人同时观看同一沉浸式内容。
在真实空间中显示沉浸式内容，可以规避上述VR眼镜的缺陷。现有的解决方案例如公开号为CN107592514A的中国专利，其公开了一种全景投影系统及方法，该系统具有多个投影仪，通过投影算法，将待展示的全景图像分割成多个小画面，分别用投影仪投到投影房的数个墙面上。多个小画面拼接成连续的沉浸式画面。该解决方案投影面积大，需要多台投影仪，硬件成本高。且系统需要预先安装、精确调试位置，使用复杂。
再例如公开号为CN109076203A的中国专利，公开了一种用于投影沉浸式内容的系统，使用带有鱼眼透镜的投影仪，在真实空间中投影出水平方向视角为180°的画面。该解决方案投影面积很大，为了投影画面具有足够的亮度，对投影仪的功率要求高。且单个投影仪至多只能投出180°视角的画面，覆盖360°全景仍然需要2台投影仪，具有和前述公开号为CN107592514A的专利解决方案同样的问题。
现有的沉浸式内容投影解决方案，为了展现出360°全局画面，通常需要多台投影仪分别投出不同的小画面，拼接成连续的大幅面沉浸式内容。为了在大面积的墙面上投影出清晰的画面，对投影仪的功率、亮度有较高要求；所需的硬件设备多、成本高；为了用小画面拼接成全景沉浸式内容，需要预先安装调试多台投影仪的位置，使其精确对准拼接。这些技术缺点，限制了现有解决方案的使用场景。使其只适用于固定长时间使用的场合，例如商业展示、博物馆、科教馆等，难以应用在家庭、学校、小型娱乐等场合。
发明内容
为了解决现有技术中的在大面积的墙面上投影出清晰的画面，对投影仪的功率、亮度有较高要求；所需的硬件设备多、成本高；为了用小画面拼接成全景沉浸式内容，需要预先安装调试多台投影仪的位置使其精确对准拼接等技术问题，本发明提出了一种用于沉浸式内容的投影方法和系统，用以解决上述技术问题。
在一个方面，本发明提出了一种用于沉浸式内容的投影方法，包括以下步骤：
S1：获取空间中投影设备的姿态信息，其中，姿态信息包括投影设备的空间姿态和朝向；
S2：根据预先处理的图像或音频文件，确认当前姿态信息下的投影画面；
S3：利用头相关变换函数计算当前姿态信息下的音频数据；以及
S4：输出当前姿态信息下的投影画面和音频数据。
优选的，预先处理的图像或音频文件包括静态全景图或全景视频。透射全景图或全景视频可以更大地提升沉浸感。
优选的，步骤S1中的姿态信息的获取是利用设置于投影设备上的姿态传感器通过姿态解算获得。利用姿态传感器可以快速获取姿态信息。
进一步优选的，姿态传感器为包括有加速度传感器、角速度传感器和地磁数据传感器的6轴或9轴传感器。多轴传感器的设置可以获得更加准确姿态和朝向。
进一步优选的，姿态解算采用卡尔曼滤波的传感器融合算法解算。凭借该算法可以快速解算获取投影设备的姿态信息。
优选的，投影设备在空间中旋转以在空间中的不同位置投射预处理的图像或音频文件对应位置的投影画面和音频数据。通过投影设备地旋转实现不同位置的不同图像或音频的输出，最终在人的脑海中形成全景画面。
根据本发明的第二方面，提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有一或多个计算机程序，该一或多个计算机程序被计算机处理器执行时实施上述方法。
根据本发明的第三方面，提出了一种用于沉浸式内容的投影系统，该系统包括：
投影设备，用于接收待投影的画面，并将其透射至空间表面；
姿态传感器模块，用于获取投影设备在当前空间中的姿态信息，其中，姿态信息包括投影设备的空间姿态和朝向；
处理器模块，用于根据投影设备在空间中旋转时的不同姿态信息，确定投影设备在当前姿态信息下的投影画面。
优选的，投影设备上还包括音频输出模块，用于输出至少一个声道的音频或至少两个声道的立体声音频。多声道的音频输出可以提升沉浸式的效果。
优选的，姿态传感器模块包括加速度、角速度、地磁数据的6轴或9轴传感器。多轴传感器的设置可以获得更加准确姿态和朝向。
本发明提出了一种用于沉浸式内容的投影方法和系统，利用一个可在空间中活动的投影设备，根据姿态传感器定位投影设备当前的空间姿态、朝向，以投影不同的内容，只有在同一个方向和角度上的投影内容是一样的，一旦姿态传感器定位到姿态的变化，则改变投影区域的投影内容，投影内容的改变并非简单的内容变化，而是具有连贯性的。投影设备在空间中旋转时，在不同方向上投出的画面能够拼接成一幅完整的360°环绕全景画面。投影镜头每次只会投影出部分区域，而通过改变投影镜头即可实现投影内容变化，此方式类似于一种探索，不断地调整投影镜头来探索完整的投影内容。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本申请的一个实施例的用于沉浸式内容的投影方法的流程图；
图2是本申请的一个具体的实施例的用于沉浸式内容的投影方法的流程图；
图3是本申请的一个实施例的一种用于沉浸式内容的投影系统的框架图；
图4a－b是本申请的一个具体的实施例的一种用于沉浸式内容的投影系统的效果图；
图5是适于用来实现本申请实施例的电子设备的计算机系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
根据本申请的一个实施例的用于沉浸式内容的投影方法，图1示出了根据本申请的实施例的用于沉浸式内容的投影方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
S101：获取空间中投影设备的姿态信息，其中，姿态信息包括投影设备的空间姿态和朝向。根据投影设备的初始姿态信息可以便于分析设备当前姿态下需要输出何种图像。
在具体的实施例中，姿态传感器可以是包含3轴加速度加3轴角速度的6轴姿态传感器，也可以再增加3轴地磁传感器，组成9轴传感器。姿态传感器可以直接向处理器输出传感器在空间中的姿态、朝向，也可以只输出原始的加速度、角速度、地磁数据，由处理器进行姿态解算。姿态解算的方法采用卡尔曼滤波等传感器融合技术。
在具体的实施例中，投影设备一般包括光源、显示组件、光学镜片组。可使用的投影技术包括单片LCD(液晶显示器)投影、3LCD投影、DLP(数码光处理)投影、LCOS(反射式微型LCD)投影等等。具体根据投影的环境和画面要求选择合适的投影技术的设备。
S102：根据预先处理的图像或音频文件，确认当前姿态信息下的投影画面。全景画面可以是使用各种投影方法预先处理的静态全景图，也可以是投影方法预先处理的全景视频，或从虚拟3D场景通过实时运算而获得的画面。通过预先处理可以确定不同姿态信息下的画面场景，便于进行不同姿态下的画面投射。
S103：利用头相关变换函数计算当前姿态信息下的音频数据。根据设备当前的空间姿态、朝向，计算在当前时刻需要播放的音频数据，音频数据包括至少1个声道的音频，或至少2个声道的立体声音频。通过不同姿态信息下的音频数据的输出，能够给使用者带来更加身临其境的沉浸感，大大提升了沉浸式内容的投影效果。
S104：输出当前姿态信息下的投影画面和音频数据。最终通过投影设备将当前姿态信息下的投影画面和音频数据输出在空间表面，获得包括图像画面和音频输出的沉浸式的投影内容。
图2示出了根据本发明的一个具体的实施例的用于沉浸式内容的投影方法，如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤201，从姿态传感器获取设备当前的空间姿态、朝向。空间姿态、朝向可以获取当前设备的姿态信息，以便于获取该姿态信息下的输出画面或音频。
具体的实施例中，利用传感器获取空间姿态、朝向具体包括以下步骤：
步骤211，从6轴或9轴传感器获取设备当前的加速度、角速度、地磁数据。通过多轴传感器可以实时获取设备当前的参数信息。
步骤212，使用卡尔曼滤波等传感器融合技术，计算出设备当前的空间姿态、朝向。
步骤202，根据设备当前的空间姿态、朝向，计算在当前时刻需要投射的画面。通过预先处理的图像或视频，结合不同的空间姿态、朝向，即可对应获得设备当前的空间姿态和朝向下的透射画面。
步骤203，根据设备当前的空间姿态、朝向，计算在当前时刻需要播放的单声道音频或3D立体声音频。通过头相关变换函数可以根据设备当前的空间姿态、朝向，快速计算出当前时刻的音频数据输出。
步骤204，使用步骤202所得的画面投影出当前画面；使用步骤203所得的音频播放出音频。
继续参考图3，图3示出了根据本发明的一个具体的实施例的用于沉浸式内容的投影系统的框架图，如图3所示，该投影系统包括姿态传感器301、处理器302和投影设备303。其中姿态传感器301能够获得该系统当前在空间中的姿态、朝向；处理器模块302具有一定运算能力，根据系统在空间中的姿态、朝向，计算在当前姿态、朝向下系统需要投射的画面，并将画面发送到投影设备303，还用于计算在当前姿态、朝向下，系统需要播放的音频，发送到投影设备303上的音频输出模块304；投影设备303能够接收待投影的画面，使用光学原理等将画面投射至真实空间的表面。
在具体的实施例中，音频输出模块304能够输出至少1个声道的音频，或至少2个声道的立体声音频，可以是扬声器或耳机等。系统还可以包括外壳305，外壳305包含可手持的部件或可以固定在使用者身体等活动部件上；使用本系统时，通过转动、移动外壳，使姿态传感器301在空间中的姿态、朝向发生变化。通过可手持的设置，可以便于使用者根据需要的画面位置进行转动，进而获取该姿态下的图像画面和音频的内容。
在具体的实施例中，还包括外置式存储模块306，存储了需要投影的沉浸式内容，能够被处理器302读取内容，从而计算当前需要的投影画面和播放的音频。
在具体的实施例中，姿态传感器301可以是包含3轴加速度加3轴角速度的6轴姿态传感器，也可以再增加3轴地磁传感器，组成9轴传感器。姿态传感器301可以直接输出传感器在空间中的姿态、朝向，也可以只输出原始的加速度、角速度、地磁数据，由处理器302做进一步运算，得到姿态传感器301在空间中的姿态、朝向。投影设备303一般包括光源、显示组件、光学镜片组等部件；可使用的投影技术包括单片LCD(液晶显示器)投影、3LCD投影、DLP(数码光处理)投影、LCOS(反射式微型LCD)投影等等，每种技术下，投影设备具体包含的部件有所不同，具体根据不同的投影环境和画面需求而定。
继续参考图4，图4a-b是本申请的一个具体的实施例的一种用于沉浸式内容的投影系统的效果图。如图4a-b所示，401为真实空间中的墙面，可以在上面投影画面；402为投影设备，对应于上述的整个系统，包含可手持的外壳，用户手持投影设备402在空间中移动、旋转；403、405为投影设备402射出的光线照在墙面401上投出的画面；404是待投影的全景图，图中只展示了一部分为“ABCDE”；其全部的图像是360°全景图，空间跨度较大，无法在403的投影范围内显示完整；406为左侧扬声器，407为右侧扬声器。
如图4a，使用者手持投影设备402，指向全景图404中间靠左的方向，经过如图1或图2中所示的处理方法，投影设备402计算并投影出当前画面内容为“BC”字样画面403；并且，基于头相关变换函数(HRTF)计算出当前姿态下左右声道的音频，左侧扬声器406播放左声道音频，右侧扬声器407播放右声道音频，使用者听到音频后感受到音源在文字“C”的位置。
如图4b，使用者手持投影设备402向右旋转，指向全景图404中间靠右的方向，经过如图1或图2所示的处理方法，投影设备402计算并投影出当前画面内容为“CD”字样画面405；基于HRTF计算出当前姿态下左右声道的音频并通过左侧扬声器406、右侧扬声器407播放，使用者听到音频后感受到音源仍然在文字“C”的位置。“CD”字样画面405在墙面401上的范围相比“BC”字样画面403向右移动了，且与“BC”字样画面403的范围有一块重叠。“CD”字样画面405中“C”在墙面401上的位置和“BC”字样画面403中“C”在墙面401上的位置完全相同。即“BC”字样画面面403和“CD”字样画面405能够完美拼接成一副大的画面。当使用者再次手持投影设备402旋转到图4a所示的姿态、方位，投影设备402投影出的画面永远是“BC”字样画面403。也就是说，随着使用者旋转投影设备402，投影设备402在墙面401上投影出的画面不断变化，在任意时刻都只展示全景图404的一部分。在使用者的头脑中，每一时刻的投影画面拼接成一幅360°静态全景图像404。随着使用者旋转投影设备402，左侧扬声器406、右侧扬声器407播放的音频在不断变化，其由于音量、频谱等不同所造成的3D立体声觉，使得使用者感知到的音源一直在文字“C”处。
下面参考图5，其示出了适于用来实现本申请实施例的电子设备的计算机系统500的结构示意图。图5示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图5所示，计算机系统500包括中央处理单元(CPU)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储部分508加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM503中，还存储有系统500操作所需的各种程序和数据。CPU501、ROM502以及RAM503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。
以下部件连接至I/O接口505：包括键盘、鼠标等的输入部分506；包括诸如液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分507；包括硬盘等的存储部分508；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分509。通信部分509经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器510也根据需要连接至I/O接口505。可拆卸介质511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器510上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分508。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分509从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质511被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)501执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本申请的计算机可读存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD－ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请的操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本申请实施例中所涉及到的模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。
作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：获取空间中投影设备的姿态信息，其中，所述姿态信息包括所述投影设备的空间姿态和朝向；根据预先处理的图像或音频文件，确认当前姿态信息下的投影画面；利用头相关变换函数计算所述当前姿态信息下的音频数据；输出所述当前姿态信息下的所述投影画面和所述音频数据。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种用于沉浸式内容的投影方法，其特征在于，包括：
S1：获取空间中投影设备的姿态信息，其中，所述姿态信息包括所述投影设备的空间姿态和朝向；
S2：根据预先处理的图像或音频文件，确认当前姿态信息下的投影画面；
S3：利用头相关变换函数计算所述当前姿态信息下的音频数据；以及
S4：输出所述当前姿态信息下的所述投影画面和所述音频数据。
2.根据权利要求1所述的用于沉浸式内容的投影方法，其特征在于，所述预先处理的图像或音频文件包括静态全景图或全景视频。
3.根据权利要求1所述的用于沉浸式内容的投影方法，其特征在于，所述步骤S1中的姿态信息的获取是利用设置于所述投影设备上的姿态传感器通过姿态解算获得。
4.根据权利要求3所述的用于沉浸式内容的投影方法，其特征在于，所述姿态传感器为包括有加速度传感器、角速度传感器和地磁数据传感器的6轴或9轴传感器。
5.根据权利要求3所述的用于沉浸式内容的投影方法，其特征在于，所述姿态解算采用卡尔曼滤波的传感器融合算法解算。
6.根据权利要求1所述的用于沉浸式内容的投影方法，其特征在于，所述投影设备在空间中旋转以在所述空间中的不同位置投射所述预处理的图像或音频文件对应位置的投影画面和音频数据。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有一或多个计算机程序，其特征在于，该一或多个计算机程序被计算机处理器执行时实施权利要求1至6中任一项所述的方法。
8.一种用于沉浸式内容的投影系统，其特征在于，所述系统包括：
投影设备，用于接收待投影的画面，并将其透射至空间表面；
姿态传感器模块，用于获取所述投影设备在当前空间中的姿态信息，其中，所述姿态信息包括所述投影设备的空间姿态和朝向；
处理器模块，用于根据所述投影设备在空间中旋转时的不同姿态信息，确定所述投影设备在当前姿态信息下的投影画面。
9.根据权利要求8所述的用于沉浸式内容的投影系统，其特征在于，所述投影设备上还包括音频输出模块，用于输出至少一个声道的音频或至少两个声道的立体声音频。
10.根据权利要求8所述的用于沉浸式内容的投影系统，其特征在于，所述姿态传感器模块包括加速度、角速度、地磁数据的6轴或9轴传感器。
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