CN116820380A - 一种坐标转换方法、装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

一种坐标转换方法、装置、电子设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种坐标转换方法、装置、电子设备和储存介质，获取显示装置的参数，根据参数和根据预设值建立m个观察体，使得所述m个观察体将待显示的三维虚拟空间分为m个坐标区域，每个观察体内的坐标将转换到适配的屏幕坐标系。通过在待显示的虚拟三维场景中建立多个裁剪窗口和观察体，所述待显示的虚拟三维场景为以观察点为视点的视场角大于120度且小于等于360度三维虚拟场景。在三维场景坐标转换到二维显示屏幕坐标的过程中，每个观察体区域内的三维场景的坐标通过坐标变换到对应的显示屏幕。解决了增大视场角时或全视角（360度）时三维坐标变换到二维坐标的问题。

Description

一种坐标转换方法、装置、电子设备和存储介质
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及三维虚拟环境显示中的一种坐标转换方法、装置、电子设备和存储介质。
背景技术
在显示系统中，视场角就是显示器边缘与观察点（眼睛）连线的夹角。在虚拟的三维空间中，水平视场角就是观察点与观察窗口水平两侧边的夹角，垂直视场角就是观察点与观察窗口上下两边的夹角。目前平面的显示面板和曲面显示面板显示虚拟的三维场景的视场角一般在100度以下，有的vr显示终端视场角达到120度，使得在使用过程中同一时间只能显示出视场角120度内的虚拟场景。在实际的三维虚拟场景使用过程中，为了显示出视场角以外的三维虚拟场景，需要通过输入设备、方位传感器来调整虚拟三维场景的方位，才能显示出另一个角度的虚拟三维场景，让不需要显示的虚拟三维场景消失于屏幕。这样的显示方式在pc端的沉浸感差，在vr端显示时又容易导致眩晕不适感，急需一种人和虚拟三维世界交互视场角更大的显示方式。
三维显示原理是将虚拟的三维世界成像到二维的显示屏幕，在虚拟三维场景的世界坐标系中架设一台虚拟的摄像机，通过虚拟摄像机把需要显示的场景投影到观察窗口（又叫做裁剪窗口），这里涉及到将三维的空间坐标变换到二维的平面坐标。待变换的三维坐标是视场角内的坐标，而小于120度的视场角的限制了待显示虚拟三维场景的范围。为了显示更大范围的三维虚拟场景，如何增大视场角成为新的研究方向，究其原理是增大视场角时或增大至全视场角（360度）显示时三维坐标到二维屏幕坐标的坐标变换是新的研究方向。
发明内容
为此，本发明公开了一种坐标转换方法、装置、电子设备和存储介质，用于解决上述问题。
一种坐标转换方法，包括：
获取显示装置的参数，所述参数包括：显示面板的数量m、排列方位、尺寸、像素参数；
建立m个观察体，根据预设值建立m个观察体，使得所述m个观察体将待显示的三维虚拟空间分为m个坐标区域，位于第1观察体区域的坐标记为坐标、位于第2观察体区域的坐标记为坐标/>...位于第m观察体区域的坐标记为坐标/>；
将所述坐标转换到与所述第1观察体适配的第1屏幕坐标系，将所述坐标/>转换到与所述第2观察体适配的第2屏幕坐标系...将所述坐标/>转换到与所诉第m观察体适配的第m屏幕坐标系；
其中，所述待显示三维虚拟环境满足在投影观察点的水平和垂直视场角大于100度且小于等于360度。
根据m个显示面板在空间中排列的方位、尺寸，在同一观察坐标系中建立m个裁剪窗口，使得第1裁剪窗口对应第1显示面板的方位、第2裁剪窗口对应第2显示面板的方位...第m裁剪窗口对应第m显示面板的方位。
可选地，根据m个裁剪窗口在同一观察坐标系下建立所述m个观察体，得到：
第1观察体对应第1裁剪窗口、第2观察体对应第2裁剪窗口...第m观察体对应第m裁剪窗口，其中，m是正整数。
可选地，所述坐标投影变换为第1裁剪窗口的坐标/>，所述坐标/>变换为第1屏幕坐标系的坐标/>；
所述坐标投影变换为第2裁剪窗口的坐标/>，所述坐标/>变换为第2屏幕坐标系的坐标/>；
所述坐标投影变换为第m裁剪窗口的坐标/>，所述坐标/>变换为第m屏幕坐标系的坐标/>。
可选地，本发明还公开了一种坐标转换装置，包括：
获取模块，用于获取显示装置的参数，所述参数包括：显示面板的数量m、排列方位、尺寸、像素参数；
建立模块，根据预设值建立m个观察体，使得所述m个观察体将待显示的三维虚拟空间分为m个坐标区域，位于第1观察体区域的坐标记为坐标、位于第2观察体区域的坐标记为坐标/>...位于第m观察体区域的坐标记为坐标/>；
坐标转换模块，用于将所述转换到与第1观察体适配的第1屏幕坐标系，将所述/>转换到第2观察体适配的第2屏幕坐标系...将所述/>转换到与第m观察体适配的第m屏幕坐标系。
本发明还公开了一种电子设备，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述任何一项的坐标转换方法的步骤。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述任何一项坐标转换方法的步骤。
本发明的有益效果是:
通过在待显示的虚拟三维场景中建立多个裁剪窗口和观察体，所述待显示的虚拟三维场景为以观察点为视点的视场角大于120度且小于等于360度三维虚拟场景。多个观察体将待显示虚拟三维场景分成多个区域，在三维场景坐标转换到二维显示屏幕坐标的过程中，每个观察体区域内的三维场景的坐标通过坐标变换到对应的显示屏幕。解决了增大视场角时或全视角（360度）时三维坐标变换到二维坐标的问题。
附图说明
图1是本发明一种坐标转换方法实施例的步骤流程简图；
图2是本发明一种坐标转换方法实施例的多个裁剪窗口示意图；
图3是本发明一种坐标转换方法实施例的多个观察体示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的，特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的实施例中的坐标转换方法用于虚拟三维场景显示,也用于虚拟三维空间显示。
本发明的实施例提供一种坐标转换方法，如图1，包括：
获取显示装置的参数，所述参数包括：显示面板的数量m、排列方位、尺寸、像素参数；
建立m个观察体，根据预设值建立m个观察体，使得所述m个观察体将待显示的三维虚拟空间分为m个坐标区域，位于第1观察体区域的坐标记为坐标 、位于第2观察体区域的坐标记为坐标/>...位于第m观察体区域的坐标记为坐标/>；
将所述坐标转换到与所述第1观察体适配的第1屏幕坐标系，将所述坐标/>转换到与所述第2观察体适配的第2屏幕坐标系...将所述坐标/>转换到与所诉第m观察体适配的第m屏幕坐标系；
其中，所述待显示三维虚拟环境满足在投影观察点的水平和垂直视场角大于100度且小于等于360度。
具体地，在水平方向，多个观察体且在同一纬度线上的观察体的视场角之和满足大于100度小于等于360度。
具体地，在垂直方向上，多个观察体且在同一经度线上的观察体的视场角之和满足大于100度小于等于360度。
全视场角指水平方向和垂直方向均为360度。
具体地，预设待显示的三维空间的水平视场角和垂直视场角/>满足大于100度小于等于360度。
其中，本发明实施例提供的显示方法用于上述显示装置，对显示装置的要求条件是：显示装置的显示面板有序排列、拼接，呈弧面状围绕观察该显示装置的观察位。
具体地，m个观察体以观察坐标系原点为球心依次序排列。
其中，显示面板方位坐标系是设备坐标系，在计算过程中，只需要对齐观察坐标系，而不参与到虚拟三维空间世界坐标系到观察坐标系的变换。
具体地，所述根据预设值建立m个观察体，如图3，在建立观察体之前，将显示面板坐标系代入到观察坐标系，使得显示面板坐标系原点为观察坐标系原点，显示面板坐标系的x轴y轴z轴与观察坐标系的x轴y轴z轴重合。
在一可选的实施方式中，所述建立观察体，包括：
根据m个显示面板在空间中排列的方位、尺寸，在同一观察坐标系中建立m个裁剪窗口，使得第1裁剪窗口对应第1显示面板的方位、第2裁剪窗口对应第2显示面板的方位...第m裁剪窗口对应第m显示面板的方位。
所述的m个裁剪窗口排列方式如图2，其中图3示意了在同一纬度区间里观察体的拼接示意图。
具体地，根据方位参数，分别建立第1裁剪窗口到第m裁剪窗口的方程并计算出裁剪窗口4条边的方程，再根据近远裁剪面的距离原点的距离计算出观察体各面的方程并得出观察体的坐标范围。
具体地，m个显示面板在空间中的排列方位，方位包括：m个显示面板的在共同的显示面板方位的坐标系下的空间平面方程且加上坐标值限定。显示面板的矩形平面（包括非矩形平面）在显示面板空间直角坐标系中有限面域用坐标点表示，表示显示面板方位的坐标为表达式如下：
m为正整数。
在一可选的实施方式中，根据m个裁剪窗口在同一观察坐标系下建立所述m个观察体，得到：
第1观察体对应第1裁剪窗口、第2观察体对应第2裁剪窗口...第m观察体对应第m裁剪窗口，其中，m是正整数。
具体地，根据显示面板的方位，以观察坐标系原点为观察点，以裁剪窗口为观察窗口，预设待显示三维空间的近远裁剪面，形成一个棱台观察体。
根据预设近裁剪面和远裁剪面距离坐标原点的距离，计算出近裁剪面和远裁剪面的方程，再根据裁剪算法得出棱台观察体的坐标范围。
那么得到第1观察体内的坐标集合为，
那么得到第2观察体内的坐标集合为，
那么得到第m观察体内的坐标集合为。
具体地，裁剪窗口为矩形则形成一个矩形棱台，裁剪窗口为梯形，则形成一个梯形棱台。所述观察体为一个三维坐标集合。
在一可选的实施方式中，所述坐标投影变换为第1裁剪窗口的坐标/>，所述坐标/>变换为第1屏幕坐标系的坐标/>。
具体地，坐标通过透视矩阵换算变换到/>，坐标/>经过规范化变换矩阵后再通过视口变换矩阵换算，变换到坐标/>。
所述坐标投影变换为第2裁剪窗口的坐标/>，所述坐标/>变换为第2屏幕坐标系的坐标/>。
具体地，坐标通过透视矩阵换算变换到/>，坐标/>经过规范化变换矩阵后再通过视口变换矩阵换算，变换到坐标/>。
根据获取的方位关系，计算出旋转和平移的参数，并用英文Revolve的首字母R表示旋转和平移参数，表示第2裁剪窗口相对于第1裁剪窗口的旋转和平移参数，/>表示第3裁剪窗口相对于第2裁剪窗口的旋转和平移参数..../>表示第m裁剪窗口相对于第m-1裁剪窗口的旋转和平移参数。
于是可以得到：表示第2观察体相对于第1观察体的旋转和平移参数，/>表示第3观察体相对于第1观察体的旋转和平移的参数..../>表示第m观察体相对于第1观察体的旋转和平移的参数。
在透视投影变换中，多个相同的裁剪窗口利用旋转参数减少运算。
具体的，有如下2种变换方案。
方案一，根据第1裁剪窗口建立第1观察坐标系和第1 观察体，，即z轴正向为观察方向，且观察体为对称棱台，裁剪窗口平行xy平面，那么第1观察体的投影变换和规范化变换的联合变换过程用矩阵M表示，再将坐标通过视口变换到第1显示面板的屏幕坐标系。
第2观察体在投影变换和规范化变换过程中，将第2观察体的坐标集合通过变换参数/>旋转和平移变换到第1观察体的方位，而后通过上述变换矩阵M得到规范化坐标，再通过视口变换的变换到第2显示面板的屏幕坐标系。
第m观察体在投影变换和规范化变换过程中，将第m观察体的坐标集合通过变换/>旋转和平移变换到第1观察体的方位，而后通过上述变换矩阵M得到规范化坐标，再通过视口变换的变换到第m显示面板的屏幕坐标系。
方案二，根据第1裁剪窗口建立第1观察坐标系和第1观察体，即z轴正向为观察方向，且观察体为对称棱台，使得第1裁剪窗口平行xy平面，并确定裁剪窗口再z轴上的值。
那么第1观察体的投影变换和规范化变换的联合变换过程用矩阵M表示，再将坐标通过视口变换到第1显示面板的屏幕坐标系。
第2观察体在投影变换过程中，以第1观察坐标系原点设定第2观察坐标系的原点，使得第2裁剪窗口平行xy平面，并根据方位参数计算出第2裁剪窗口再第2坐标系中z轴的值。
那么第2观察体的投影变换和规范化变换的联合变换过程用矩阵M表示，再将坐标通过视口变换到第2显示面板的屏幕坐标系。
...
第m观察体在投影变换过程中，以第1观察坐标系原点设定第m观察坐标系的原点，使得第m裁剪窗口平行xy平面，并根据方位参数计算出第m裁剪窗口再第m坐标系中z轴的值。
那么第m观察体的投影变换和规范化变换的联合变换过程用矩阵M表示，再将坐标通过视口变换到第m显示面板的屏幕坐标系。
所述坐标投影变换为第m裁剪窗口的坐标/>，所述坐标/>变换为第m屏幕坐标系的坐标/>。
具体地，坐标通过透视矩阵换算变换到/>，坐标/>经过规范化变换矩阵后再通过视口变换矩阵换算，变换到坐标/>。
在本发明实施例还公开了一种坐标转换装置，包括：
获取模块，用于获取显示装置的参数，所述参数包括：显示面板的数量m、排列方位、尺寸、像素参数；
建立模块，根据预设值建立m个观察体，使得所述m个观察体将待显示的三维虚拟空间分为m个坐标区域，位于第1观察体区域的坐标记为坐标、位于第2观察体区域的坐标记为坐标/>...位于第m观察体区域的坐标记为坐标/>；
坐标转换模块，用于将所述转换到与第1观察体适配的第1屏幕坐标系，将所述/>转换到第2观察体适配的第2屏幕坐标系...将所述/>转换到与第m观察体适配的第m屏幕坐标系。
在本发明实施例还公开了一种电子设备，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述的坐标转换方法的步骤。
在本发明实施例还公开了一种可读储存介质用于存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的坐标转换方法的步骤。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明所提供的一种坐标转换方法、装置、电子设备和存储介质，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种坐标转换方法，其特征在于，包括：
获取显示装置的参数，所述参数包括：显示面板的数量m、排列方位、尺寸、像素参数；
建立m个观察体，根据预设值建立m个观察体，使得所述m个观察体将待显示的三维虚拟空间分为m个坐标区域，位于第1观察体区域的坐标记为坐标、位于第2观察体区域的坐标记为坐标/>...位于第m观察体区域的坐标记为坐标/>；
将所述坐标转换到与所述第1观察体适配的第1屏幕坐标系，将所述坐标/>转换到与所述第2观察体适配的第2屏幕坐标系...将所述坐标/>转换到与所述第m观察体适配的第m屏幕坐标系；
其中，所述待显示三维虚拟环境满足在投影观察点的水平和垂直视场角大于100度且小于等于360度。
2.根据权利要求1所述的一种坐标转换方法，其特征在于，所述建立观察体，包括：
根据m个显示面板在空间中排列的方位、尺寸，在同一观察坐标系中建立m个裁剪窗口，使得第1裁剪窗口对应第1显示面板的方位、第2裁剪窗口对应第2显示面板的方位...第m裁剪窗口对应第m显示面板的方位。
3.根据权利要求1或2所述的一种坐标转换方法，其特征在于，包括：
根据m个裁剪窗口在同一观察坐标系下建立所述m个观察体，得到：
第1观察体对应第1裁剪窗口、第2观察体对应第2裁剪窗口...第m观察体对应第m裁剪窗口，其中，m是正整数。
4.根据权利要求1或3所述的一种坐标转换方法，其特征在于，包括：
所述坐标投影变换为第1裁剪窗口的坐标/>，所述坐标/>变换为第1屏幕坐标系的坐标/>；
所述坐标投影变换为第2裁剪窗口的坐标/>，所述坐标/>变换为第2屏幕坐标系的坐标/>；
所述坐标投影变换为第m裁剪窗口的坐标/>，所述坐标/>变换为第m屏幕坐标系的坐标/>。
5.一种坐标转换装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取显示装置的参数，所述参数包括：显示面板的数量m、排列方位、尺寸、像素参数；
建立模块，根据预设值建立m个观察体，使得所述m个观察体将待显示的三维虚拟空间分为m个坐标区域，位于第1观察体区域的坐标记为坐标、位于第2观察体区域的坐标记为坐标/>...位于第m观察体区域的坐标记为坐标/>；
坐标转换模块，用于将所述转换到与第1观察体适配的第1屏幕坐标系，将所述/>转换到第2观察体适配的第2屏幕坐标系...将所述/>转换到与第m观察体适配的第m屏幕坐标系。
6.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的坐标转换方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的坐标转换方法的步骤。
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