CN113345113B - 一种基于cave系统的内容呈现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于虚拟现实领域中的数字展示领域，涉及一种基于CAVE系统的内容呈现方法，包括以下步骤：模拟Cave空间，制作相机组，处理边缝拼接问题，并对相机组进行非对称裁剪，得到相机组的显示效果，然后根据分辨率进行输出画面，将程序打包并安装到Cave主机，匹配屏幕与程序显示内容，调用3DVision开启立体视觉。本发明所提供的基于CAVE系统的内容呈现方法，主要针对当下沉浸式交互体验方式，在Cave空间中构建虚拟场景进行漫游，可应用于多种沉浸式展示应用场景，占用空间小，且能提供更好的交互体验。

Description

一种基于CAVE系统的内容呈现方法
技术领域
本发明属于虚拟现实领域中的数字展示领域，涉及沉浸式数字展示虚拟漫游、工业展示等方面，具体涉及一种基于CAVE系统的内容呈现方法。
背景技术
多媒体教学展示离不开交互艺术，交互艺术能让数字展示产生更多的沉浸式体验，而沉浸式的数字展示则会使产品得到更好的营销效果。目前，沉浸式数字展示应用主要包括数字影院、虚拟漫游，以及其他交互系统，但是很多体验设备局限于场地的规模。
CAVE是一种基于投影的虚拟现实系统，由围绕观察者的四个投影面组成，四个投影面组成一个立方体结构，其中三个墙面采用背投方式，地面采用正投方式；观察者带上液晶立体眼镜和一种六个自由度的头部跟踪设备，以便将观察者的视点位置实时反馈到计算机系统和体验身临其境的感觉。Unity是一个可用于创作、运营和变现任何实时互动的2D和3D内容，支持平台包括手机、平板电脑、PC、游戏主机、增强现实和虚拟现实设备的引擎。用unity来开发Cave程序，由于unity相机的对称性，并不能直接用于Cave程序的常规开发上，有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种基于CAVE系统的内容呈现方法，通过在Unity3D引擎中制作非对称相机并进行屏幕裁剪，将裁切出来的画面通过多屏适应打包的方式，把软件部署到CAVE系统中，以达到内容呈现的目的，再将内容呈现方式调节成3D立体视觉。
本发明的技术方案是：
一种基于CAVE系统的内容呈现方法，包括以下步骤：
(1)构建平面片，利用Unity中相机的旋转角度对应平面的角度，显示平面需要展示的画面，每一个平面的画面即相当于Cave空间的一个屏幕，以此模拟Cave空间；
(2)Unity中每个相机对应显示Cave空间的一个屏幕，对应屏幕后放在同一物体下，并设置为原点，以此模拟人的视口，整体即为相机组；
(3)相机组制作完成后，进行边缝拼接处理，并对相机进行非对称裁剪；在对相机进行非对称裁剪时，假设裁切面的长为a，宽度为b，相机的位置是(Vx，Vy，Vz)，相机的近裁面距离为d，远裁面距离为f，通过1/d确定比率R，即可通过公式得到四个距离I：
IL＝(-a/2.0f)-Vx；
IR＝(a/2.0f)-Vx；
IT＝(b/2.0f)-Vy；
IB＝(-b/2.0f)-Vy；
然后确定相机到裁切面的边界长度N：
NL＝IL/R；
NR＝IR/R；
NT＝IT/R；
NB＝IB/R；
将数值带入下述投影矩阵公式中即可构建出显示的屏幕画面：
Figure BDA0003118759200000021
矩阵m为单屏幕单相机的投影内容，其他相机同样处理，即可得到相机组的显示效果；
(4)按照每个屏幕的分辨率横向或纵向排列，相机组的每个相机对应每个渲染画面，根据相机数量确定总屏幕的分辨率，具体步骤为：
横向：总屏幕横向分辨率H＝单屏幕横向分辨率H1+单屏幕横向分辨率H2+…Hn，
总屏幕纵向分辨率V＝单屏幕纵向分辨率V1；
纵向：总屏幕横向分辨率V＝单屏幕横向分辨率V1+单屏幕横向分辨率V2+…Vn，
总屏幕纵向分辨率H＝单屏幕纵向分辨率H1；
(5)打包程序并安装到Cave主机：将程序打包安装到Cave系统中，多屏显示，匹配屏幕与程序显示内容，调用3DVision开启立体视觉。
进一步的，所述步骤(1)中将多个屏幕通过投影的方式进行画面输出，构建平面片，Unity3D中每个相机的旋转角度对应平面的角度，分别对应每个平面，来显示平面需要展示的画面，每一个平面的画面，相当于Cave空间的一个屏幕，来模拟Cave空间。
进一步的，所述步骤(2)中，Unity中每个相机对应显示Cave空间的一个屏幕，对应四个屏幕后放在同一物体下，并设置为原点，来模拟一个人的视口，这个整体就是一个相机组。
进一步的，所述步骤(3)中边缝拼接的处理包括：确定Cave空间的每个屏幕的顶点，以此确定相机需要显示的边界，根据顶点确认边界即可解决边缝拼接问题。
进一步的，所述步骤(4)输出程序时，按照相机数量的加和确定总屏幕的分辨率。
进一步的，所述步骤(5)中开启NVIDIA的3DVision，来完成3D立体视觉。
本发明的有益效果：
本发明所提供的基于CAVE系统的内容呈现方法，主要针对当下沉浸式交互体验方式，在Cave空间中构建虚拟场景进行漫游；本发明通过在Unity3D引擎中制作非对称相机并进行屏幕裁剪，将裁切出来的画面通过多屏适应打包的方式，将程序软件部署到Cave系统中，以达到内容呈现的目的，再将内容呈现方式调节成3D立体视觉；该方法可应用于多种沉浸式展示应用场景，占用空间小，且能提供更好的交互体验。
附图说明
图1为本发明提供的基于CAVE系统的内容呈现方法的流程图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了进一步理解本发明，将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明涉及一种基于CAVE系统的内容呈现方法，包括以下步骤：
将多个屏幕通过投影的方式进行画面输出，构建平面片，Unity3D中每个相机的旋转角度对应平面的角度，分别看向每个平面，来显示平面需要展示的画面，每一个屏幕的画面，相当于Cave空间的一个屏幕，来模拟Cave空间。
Unity中每个相机对应显示Cave空间的一个屏幕，对应四个屏幕后放在同一物体下，并设置为原点，来模拟一个人的视口，这个整体就是一个相机组；相机组制作完成后，发现在相机组动的时候，画面输出很乱，没有Cave空间中的接缝衔接，因此还需要解决两个问题：一个是边缝拼接，一个是相机的画面投影展示形式。
在虚拟场景，即模拟的Cave空间中确定Cave空间的每个屏幕的顶点，以此确定相机需要显示的边界，根据顶点确认边界即可解决边缝拼接问题。相机的画面投影展示形式问题需要将相机的投影形式制作成非对称式相机，在制作非对称相机时，建立一个平面来模拟需要展示的内容，平面的四个顶点就是边界，平面的长度是a，宽度是b，相机的位置是(Vx，Vy，Vz)，每个相机都在相机组的零点位置，相机的近裁面距离为d，远裁面是f，通过1/d确定比率R。
通过裁切面的长和宽确定四个距离I：
IL＝(-a/2.0f)-Vx；IR＝(a/2.0f)-Vx；IT＝(b/2.0f)-Vy；IB＝(-b/2.0f)-Vy；
然后通过截距机理确定相机到裁切面所用到的边界长度N：
NL＝IL/R；NR＝IR/R；NT＝IT/R；NB＝IB/R；
将数值带入投影矩阵公式构建出显示的屏幕画面：
矩阵为：
Figure BDA0003118759200000041
矩阵m是单屏幕单相机的投影内容，对其他相机做同样处理，即可得到相机组的显示效果。
输出程序时，按照每个屏幕的分辨率横向或纵向排列，相机组的每个相机对应每个渲染画面，按照相机数量加起来确定总屏幕的分辨率，即：
横向：总屏幕横向分辨率H＝单屏幕横向分辨率H1+单屏幕横向分辨率H2+…Hn，
横向排列时的总屏幕纵向分辨率V＝单屏幕纵向分辨率V1；其中，V1与V2、V3至Vn(n＝1,2,3...)数值相同；
纵向：总屏幕横向分辨率V＝单屏幕横向分辨率V1+单屏幕横向分辨率V2+…Vn，
纵向排列时的总屏幕纵向分辨率H＝单屏幕纵向分辨率H1；其中，H1与H2、H3至Hn(n＝1,2,3...)数值相同；
Cave系统空间完成后，将程序打包并安装到Cave系统中，一主机多屏显示，匹配Cave的屏幕与程序单相机的内容。开启NVIDIA的3DVision，完成3D立体视觉。
上述说明仅为本发明的优选实施例，并非是对本发明的限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改型等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于CAVE系统的内容呈现方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)构建平面片，利用Unity中相机的旋转角度对应平面的角度，显示平面需要展示的画面，每一个平面的画面即相当于Cave空间的一个屏幕，以此模拟Cave空间；
(2)Unity中每个相机对应显示Cave空间的一个屏幕，对应屏幕后放在同一物体下，并设置为原点，以此模拟人的视口，整体即为相机组；
(3)相机组制作完成后，进行边缝拼接处理，并对相机进行非对称裁剪；在对相机进行非对称裁剪时，假设裁切面的长为a，宽度为b，相机的位置是(Vx，Vy，Vz)，相机的近裁面距离为d，远裁面距离为f，通过1/d确定比率R，即可通过公式得到四个距离I：
IL＝(-a/2.0f)-Vx；
IR＝(a/2.0f)-Vx；
IT＝(b/2.0f)-Vy；
IB＝(-b/2.0f)-Vy；
然后确定相机到裁切面的边界长度N：
NL＝IL/R；
NR＝IR/R；
NT＝IT/R；
NB＝IB/R；
将数值带入下述投影矩阵公式中即可构建出显示的屏幕画面：
Figure FDA0003118759190000011
矩阵m为单屏幕单相机的投影内容，其他相机同样处理，即可得到相机组的显示效果；
(4)按照每个屏幕的分辨率横向或纵向排列，相机组的每个相机对应每个渲染画面，根据相机数量确定总屏幕的分辨率，具体步骤为：
横向：总屏幕横向分辨率H＝单屏幕横向分辨率H1+单屏幕横向分辨率H2+···Hn，
总屏幕纵向分辨率＝单屏幕纵向分辨率；
纵向：总屏幕横向分辨率V＝单屏幕横向分辨率V1+单屏幕横向分辨率V2+···Vn，
总屏幕纵向分辨率＝单屏幕纵向分辨率；
(5)打包程序并安装到Cave主机：将程序打包安装到Cave系统中，多屏显示，匹配屏幕与程序显示内容，调用3DVision开启立体视觉。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中将多个屏幕通过投影的方式进行画面输出，构建平面片，Unity3D中每个相机的旋转角度对应平面的角度，分别对应每个平面，来显示平面需要展示的画面，每一个平面的画面，相当于Cave空间的一个屏幕，来模拟Cave空间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，Unity中每个相机对应显示Cave空间的一个屏幕，对应四个屏幕后放在同一物体下，并设置为原点，来模拟一个人的视口，这个整体就是一个相机组。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中边缝拼接的处理包括：确定Cave空间的每个屏幕的顶点，以此确定相机需要显示的边界，根据顶点确认边界即可解决边缝拼接问题。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)输出程序时，按照相机数量的加和确定总屏幕的分辨率。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中开启NVIDIA的3DVision，来完成3D立体视觉。
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