CN113918021A - 一种3d主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机 - Google Patents
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Abstract
一种3D主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机，设有虚拟现实平台，其可接收用户的输入信号而控制虚拟现实的3D虚拟场景和3D虚拟模型的运动状态；其设有3D图像处理单元，可将实时渲染出的虚拟现实动画图像处理成3D投影图像，并可通过输出端口而输出至主动3D投影设备进行播放；其设有同步信号处理单元和同步信号发射单元，其可向3D眼镜发射与3D投影图像中的左眼图像和右眼图像相对应的同步信号，从而使得用户通过佩戴3D眼镜可观看到虚拟现实的3D立体图像。本发明的一体机可应用于游戏、展示体验、仿真训练系统等，如模拟战地训练、汽车驾驶等各种场景，其可进行交互体验并获得完全沉浸式的虚拟现实感受，其可大大降低CAVE系统的构建难度，扩大应用范围。
Description
【技术领域】
本发明涉及虚拟现实技术，特别涉及一种3D主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机。
【背景技术】
虚拟现实系统的目的是创建一个虚拟的三维世界环境，并使之尽量贴近真实世界，提供给用户一种身临其境的体验，允许用户能够像在真实世界中一样与虚拟对象有良好的交互，使用户(在理想状态下)不能区分虚拟世界与真实世界。在自然条件苛刻的情况下，虚拟现实技术尤其可以发挥它的优势，因为用户不需要进入不适宜的环境(例如危险、寒冷等)也可以实施作业。
现有的虚拟显示系统的搭建较为复杂，其需要较多设备，搭建难度高，不利于提高应用范围。
【发明内容】
本发明旨在解决上述问题，而提供一种可降低虚拟现实系统构件难度以提高应用范围的3D主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机。
为解决上述问题，本发明提供了一种3D主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机，其特征在于，其包括输入端口、虚拟现实平台、3D图像处理单元、同步信号处理单元、同步信号发射单元和输出端口，所述输入端口用于接收用户的输入信号；所述虚拟现实平台用于构建虚拟现实的3D虚拟场景和3D虚拟模型，根据用户的输入信号调整3D虚拟场景的渲染视角和控制改变3D虚拟模型的运动状态以实时渲染出虚拟现实动画图像；所述3D图像处理单元用于将所述虚拟现实动画图像处理成3D投影图像，所述3D投影图像包括与不同的视角相关联的左眼图像数据和右眼图像；所述同步信号处理单元，用于按照预设的3D眼镜的配置信息生成对应所述左眼图像和右眼图像的同步信号；所述同步信号发射单元用于将所述同步信号发射至3D眼镜；所述同步信号用于控制所述3D眼镜的左眼镜片和右眼镜片分别对应接收所述左眼图像和右眼图像；所述输出端口用于将所述3D投影图像输出给与之连接的一个或多个主动3D投影设备。
进一步地，其还包括投影融合单元，用于将所述3D投影图像处理为多个可输出至所述主动3D投影设备进行播放以在整个CAVE屏幕上融合呈现整个投影图像的3D投影图像单元数据。
进一步地，所述输出端口设有若干个，其可分别连接一台主动3D投影设备；所述投影融合单元可将所述3D投影图像处理为数量与和所述输出端口相连的主动3D投影设备的数量相一致的多个3D投影图像单元数据。
进一步地，其还包括动作跟踪及分析处理模块，其与所述输入端口及虚拟现实平台连接，其用于对所述输入端口接收的输入信号进行分析处理，以计算出用户当前在场景中所处的位置及发出的交互指令。
进一步地，所述虚拟现实平台包括三维建模模块、渲染模块、3D虚拟模型动画模块及人机交互模块，所述三维建模模块用于搭建所述3D虚拟场景和3D虚拟模型；所述渲染模块用于实时渲染出所述虚拟现实动画；所述3D虚拟模型动画模块用于模拟现实物体的运动状态；所述人机交互模块根据用户当前所处的位置而实时改变所述3D虚拟场景显示的视角，并根据用户的交互指令控制改变所述3D虚拟模型的运动状态。
进一步地，所述虚拟现实平台还包括三维模型数据库，用于存储和管理所述3D虚拟场景和3D虚拟模型。
本发明的有益贡献在于，其有效解决了上述问题。本发明的一种3D主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机，其设有虚拟现实平台，其可接收用户的输入信号而控制虚拟现实的3D虚拟场景和3D虚拟模型的运动状态；其设有3D图像处理单元，可将实时渲染出的虚拟现实动画图像处理成3D投影图像，并可通过输出端口而输出至主动3D投影设备进行播放；其设有同步信号处理单元和同步信号发射单元，其可向3D眼镜发射与所述3D投影图像中的左眼图像和右眼图像相对应的同步信号，从而使得用户通过佩戴3D眼镜可观看到虚拟现实的3D立体图像。结合相应的动作捕捉设备，用户便可进行交互体验。本发明的一种3D主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机，其可应用于游戏、展示体验、仿真训练系统等，如模拟战地训练、汽车驾驶等各种场景，其使用方便，只需将配套的动作捕捉设备与输入端口连接，主动3D投影设备与输出端口连接，便可进行交互体验，获得完全沉浸式的虚拟现实感受，其可大大降低CAVE系统的构建难度，扩大应用范围。
【附图说明】
图1是本发明的原理框图。
图2是虚拟现实平台的结构框图。
附图标识：输入端口10、虚拟现实平台20、三维建模模块21、渲染模块22、3D虚拟模型动画模块23、人机交互模块24、三维模型数据库25、3D图像处理单元30、同步信号处理单元40、同步信号发射单元50、输出端口60、投影融合单元70、动作跟踪及分析处理模块80。
【具体实施方式】
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
如图1、图2所示，本发明的一种3D主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机包括输入端口10、虚拟现实平台20、3D图像处理单元30、同步信号处理单元40、同步信号发射单元50，其可构建虚拟现实动画并输出3D投影图像与用户进行交互，用户可通过3D眼镜与动作捕捉设备而观看到3D投影图像并进行交互。本发明的3D主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机搭配3D眼镜、动作捕捉设备、主动3D投影设备和投影屏幕可构成可交互的虚拟现实CAVE显示系统。
所述输入端口10主要用于连接外部的动作捕捉设备，以接收用户的输入信号，从而获取到用户的位置、方向、姿态、动作等信息作为输入信号。所述输入信号是用户与3D虚拟模型进行交互的基础，其用于为虚拟现实显示提供正确的渲染视角，使得用户获得图像随用户位置、操作的变化而变化。所述输入端口10的类型不限。
所述虚拟现实平台20用于构建虚拟现实的3D虚拟场景和3D虚拟模型，根据用户的输入信号调整3D虚拟场景的渲染视角和控制改变3D虚拟模型的运动状态以实时渲染出虚拟现实动画图像，及管理三维模型数据库25。所述3D虚拟场景和3D虚拟模型根据应用需要而构建，例如，用于军事演习的交互系统中，可通过所述虚拟现实平台20构件各种地球环境、太空环境等3D虚拟场景，及坦克、导弹、飞行器等各种模拟实体军事武器的3D虚拟模型。
具体的，所述虚拟现实平台20包括三维建模模块21、渲染模块22、3D虚拟模型动画模块23、人机交互模块24、三维模型数据库25。
所述三维建模模块21用于搭建所述3D虚拟场景和3D虚拟模型。
所述三维模型数据库25用于存储和管理所述3D虚拟场景和3D虚拟模型，其包括各虚拟物体的属性，如形状参数、材质、纹理、照明、物理性质等。所述虚拟现实平台20可根据用户的操作而及时更新所述三维模型数据库25中的信息。
所述渲染模块22用于实时渲染出虚拟现实动画。
所述3D虚拟模型动画模块23用于模拟现实物体的运动状态，以实现3D虚拟模型逼真的运动变化效果。
所述人机交互模块24用于根据用户当前所处的位置而实时改变所述3D虚拟场景显示的视角，并根据用户的交互指令控制改变所述3D虚拟模型的运动状态。
所述3D虚拟场景显示的视角，通过虚拟现实平台20的运动相机进行控制。所述运动相机以特定的视角为用户显示三维场景，3D虚拟场景中至少有一个相机，当然，根据需要同时也可设置多个运动相机，每个运动相机的渲染顺序和屏幕位置设置的不同，就可以为用户提供不同的场景展示。通过输入端口10获取到输入信号后，便可根据该输入信号而控制所述运动相机的属性，从而实现用户观察到的场景根据自身所处的位置和方向而改变。例如，用户仰头观看时，运动相机跟随运动，从而使得用户观看到仰头时所能观看到的场景。
进一步的，用户的位置及交互指令，通过动作跟踪及分析处理模块80处理而得到。所述动作跟踪及分析处理模块80分别与所述输入端口10及虚拟现实平台20连接，其用于对所述输入端口10接收的输入信号进行分析处理，以计算出用户当前在场景中所处的位置及发出的交互指令。
通过所述虚拟现实平台20，用户可以构建出虚拟现实的3D虚拟场景和3D虚拟模型，然后结合输入端口10接收到的输入信号，便可调整所述3D虚拟场景的渲染视角以及根据用户的操作而控制改变所述3D虚拟模型的运动状态，并实时渲染出相应的虚拟现实动画图像，从而实现虚拟现实的人机交互。
为使所述虚拟现实动画图像被投影到投影屏幕上而使用户通过3D眼睛观看到3D立体图像，该一体机设有3D图像处理单元30、同步信号处理单元40和同步信号发射单元50。
所述3D图像处理单元30用于将所述虚拟现实动画图像处理成3D投影图像。所述3D投影图像数据输入至主动3D投影设备便可播放出3D立体图像，用户通过3D眼镜便可观看到该3D立体图像。所述3D投影图像包括与不同的视角相关联的左眼图像和右眼图像。所述左眼图像和右眼图像数据按特定的时序依次输出，当用户通过3D眼镜迭合左眼图像和右眼图像时，便可产生立体感受。
所述同步信号处理单元40用于按照预设的3D眼镜的配置信息生成对应所述左眼图像和右眼图像的同步信号。所述同步信号用于控制3D眼镜的左眼镜片和右眼镜片分别对应接收所述左眼图像和右眼图像。当主动3D投影设备投射左眼图像时，所述同步信号处理单元40发出一个控制信号，通过同步信号发射单元50而发送至3D眼睛，3D眼睛的左眼镜片打开，右眼镜片关闭，从而使得用户当前瞬间可观看到左眼图像；当下一瞬间主动3D投影设备投射右眼图像时，所述同步信号处理单元40发出一个控制信号，通过同步信号发射单元50而发送至3D眼睛，3D眼睛的右眼镜片打开，左眼镜片关闭，从而使得用户在该瞬间可观看到右眼图像。所述同步信号处理单元40发出的控制信号，与所述左眼图像和右眼图像依次投射的时序同步，因而称为同步信号。
所述同步信号发射单元50用于将所述同步信号发射至3D眼睛。所述同步信号发射单元50可通过蓝牙、红外等多种方式将所述同步信号发送至3D眼睛。
所述输出端口60用于将所述3D投影图像输出给与之连接的一个或多个主动3D投影设备。
应用时，当投影屏幕为一面时，所述主动3D投影设备需一台，此时，所述主动3D投影设备与所述输出端口60连接，通过所述输出端口60便可将所述3D投影图像输出给所述主动3D投影设备，所述主动3D投影设备便可在投影屏幕上投射出相应的3D投影图像，用户通过3D眼镜便可观看到3D立体图像。用户进行相应动作时，例如改变方位、进行操作等，便可通过所述输入端口10而反馈至所述所述3D虚拟场景和3D虚拟模型，同步调节所述3D虚拟场景的渲染视角和3D虚拟模型的运动状态，从而观看到可实时交互变化的3D立体图像，获得完全沉浸式体验。
应用时，当投影屏幕为多面时，所述主动3D投影设备需要多台，此时，所述3D投影图像需要按照投影屏幕或3D投影设备的数量进行分割，才能使各投影屏幕显示出相应部分的图像，所有投影屏幕结合而显示出完整的图像。
为使多个投影屏幕融合显示所述3D投影图像，该一体机还可包括投影融合单元70。所述投影融合单元70用于将所述3D投影图像处理为多个3D投影图像单元数据，该多个3D投影图像数据可分别输出至连接在所述输出端口60的主动3D投影设备进行播放，从而使各主动3D投影设备分别播放部分3D投影图像，各投影屏幕分别投射出部分3D投影图像，而整个CAVE屏幕则拼接显示出完整的3D投影图像，即融合呈现整个投影图像。
相应的，所述输出端口60设有若干个，其可分别连接一台主动3D投影设备。所述投影融合单元70可将所述3D投影图像处理为数量与所述输出端口60相连的主动3D投影设备的数量相一致的多个3D投影图像单元数据。
例如，当CAVE屏幕设有4块投影屏幕时，其需4台主动3D投影设备进行投射，该4台主动3D投影设备便可通过4个所述输出端口60而与该一体机连接。所述投影融合单元70便可将所述3D投影图像处理为4个内容不同的3D投影图像单元数据，该4个3D投影图像单元数据分别通过所述输出端口60而发送至所述4个主动3D投影设备进行播放，从而可在所述4块投影屏幕上分别显示出相应部分的3D投影图像，而4块投影屏幕整体则显示出全部的3D投影图像。
藉此，便形成了本发明的3D主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机，其设有虚拟现实平台20，其可接收用户的输入信号而控制虚拟现实的3D虚拟场景和3D虚拟模型的运动状态；其设有3D图像处理单元30，可将实时渲染出的虚拟现实动画图像处理成3D投影图像，并可通过输出端口60而输出至主动3D投影设备进行播放；其设有同步信号处理单元40和同步信号发射单元50，其可向3D眼镜发射与所述3D投影图像中的左眼图像和右眼图像相对应的同步信号，从而使得用户通过佩戴3D眼镜可观看到虚拟现实的3D立体图像。结合相应的动作捕捉设备，用户便可进行交互体验。本发明的3D主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机，其可应用于游戏、展示体验、仿真训练系统等，如模拟战地训练、汽车驾驶等各种场景，其使用方便，只需将配套的动作捕捉设备与输入端口10连接，主动3D投影设备与输出端口60连接，便可进行交互体验，获得完全沉浸式的虚拟现实感受，其可大大降低CAVE系统的构建难度，扩大应用范围。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。
Claims (6)
1.一种3D主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机，其特征在于，其包括：
输入端口(10)，用于接收用户的输入信号；
虚拟现实平台(20)，用于构建虚拟现实的3D虚拟场景和3D虚拟模型，根据用户的输入信号调整3D虚拟场景的渲染视角和控制改变3D虚拟模型的运动状态以实时渲染出虚拟现实动画图像；
3D图像处理单元(30)，用于将所述虚拟现实动画图像处理成3D投影图像，所述3D投影图像包括与不同的视角相关联的左眼图像数据和右眼图像；
同步信号处理单元(40)，用于按照预设的3D眼镜的配置信息生成对应所述左眼图像和右眼图像的同步信号；
同步信号发射单元(50)，用于将所述同步信号发射至3D眼镜；所述同步信号用于控制所述3D眼镜的左眼镜片和右眼镜片分别对应接收所述左眼图像和右眼图像；
输出端口(60)，用于将所述3D投影图像输出给与之连接的一个或多个主动3D投影设备。
2.如权利要求1所述的一种3D主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机，其特征在于，其还包括：
投影融合单元(70)，用于将所述3D投影图像处理为多个可输出至所述主动3D投影设备进行播放以在整个CAVE屏幕上融合呈现整个投影图像的3D投影图像单元数据。
3.如权利要求2所述的一种3D主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机，其特征在于，
所述输出端口(60)设有若干个，其可分别连接一台主动3D投影设备；
所述投影融合单元(70)可将所述3D投影图像处理为数量与和所述输出端口(60)相连的主动3D投影设备的数量相一致的多个3D投影图像单元数据。
4.如权利要求1所述的一种3D主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机，其特征在于，其还包括：
动作跟踪及分析处理模块(80)，其与所述输入端口(10)及虚拟现实平台(20)连接，其用于对所述输入端口(10)接收的输入信号进行分析处理，以计算出用户当前在场景中所处的位置及发出的交互指令。
5.如权利要求4所述的一种3D主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机，其特征在于，所述虚拟现实平台(20)包括：
三维建模模块(21)，用于搭建所述3D虚拟场景和3D虚拟模型；
渲染模块(22)，用于实时渲染出所述虚拟现实动画；
3D虚拟模型动画模块(23)，用于模拟现实物体的运动状态；
人机交互模块(24)，根据用户当前所处的位置而实时改变所述3D虚拟场景显示的视角，并根据用户的交互指令控制改变所述3D虚拟模型的运动状态。
6.如权利要求5所述的一种3D主动立体可交互沉浸式虚拟现实一体机，其特征在于，所述虚拟现实平台(20)还包括：
三维模型数据库(25)，用于存储和管理所述3D虚拟场景和3D虚拟模型。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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