專利名稱：數(shù)字天象系統(tǒng)、球幕和處理數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬星空表演的科普儀器，特別是指一種數(shù)字天象系統(tǒng)、球幕和處理 數(shù)據(jù)的方法。
背景技術(shù)：
天象儀，是一種模擬星空表演的科普儀器。該天象儀可以在一個(gè)半球型天幕上演 示人在地球上不同經(jīng)緯度看到的各類天體。如日月星辰的升降運(yùn)行，行星在恒星中穿行，地 球自轉(zhuǎn)軸的歲差運(yùn)動(dòng)等等。天象儀分為光學(xué)天象儀和數(shù)字天象儀兩種。光學(xué)天象儀和數(shù)字 天象儀相比，各有千秋。傳統(tǒng)的天象節(jié)目表演，是采用光學(xué)天象儀投射出的模擬星空的全天域圖像，配以 其他動(dòng)態(tài)或靜態(tài)圖像來完成表演。光學(xué)天象儀亮度高，放映出的星星有耀眼感，圖像清晰； 缺點(diǎn)是節(jié)目少，較枯燥，不靈活，節(jié)目的制作要求高，放映球幕影片需要和70mm膠片放映機(jī) 配合使用。數(shù)字天象儀操作靈活，節(jié)目來源廣泛，投出的星象位置準(zhǔn)確，還可以單獨(dú)放映數(shù)字 格式的各種節(jié)目。所有顯示的圖像，包括星空的表現(xiàn)，都是由計(jì)算機(jī)計(jì)算生成，并通過投影 設(shè)備表演出來的，從而提供實(shí)時(shí)的、高畫質(zhì)的虛擬宇宙漫游。隨著計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字天象儀已逐漸取代光學(xué)天象儀的地位，不僅僅 作為天文天象表演設(shè)備同時(shí)也是數(shù)字球幕電影的播放設(shè)備。隨著大家對(duì)科學(xué)普及工作的重 視，大型數(shù)字天象廳和數(shù)字球幕劇場(chǎng)的數(shù)量不斷增加，建設(shè)直徑18米以上的大型數(shù)字球幕 劇場(chǎng)成為各大天文館、科技館和博物館的趨勢(shì)。然而大型球幕劇場(chǎng)由于投資成本高，建設(shè)周期長(zhǎng)，場(chǎng)館固定和球幕不可拆卸性，逐 漸顯現(xiàn)出了不適合小型科技館、低成本科普流動(dòng)站(車)和中小學(xué)推廣科普教育的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的數(shù)字天象系統(tǒng)、球幕和處理 數(shù)據(jù)的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供技術(shù)方案如下一方面，提供一種數(shù)字天象系統(tǒng)，包括一計(jì)算裝置，用于獲取星空數(shù)據(jù)，并對(duì)所述星空數(shù)據(jù)進(jìn)行星空化處理，生成一星空 圖像數(shù)據(jù)，并將所述星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)還原成星空?qǐng)D像輸出；至少一投影裝置，用于接收所述星空?qǐng)D像，并將所述星空?qǐng)D像投射出去；一可拆卸球幕，用于接收所述投影裝置投射出來的所述星空?qǐng)D像，并顯示所述星 空?qǐng)D像。另一方面，還提供一種球幕，包括一可拆卸圓柱形支架，具有一傾斜頂面；一可拆卸半球形支架，固定在所述圓柱形支架上，其底部開口面與所述圓柱形支架的所述傾斜頂面吻合；一半球形內(nèi)層投影幕布，伸展開后固定在所述半球形支架上；一半球形外層遮擋幕布，伸展開后與所述半球形內(nèi)層投影幕布結(jié)合成一個(gè)密封 體；一抽氣機(jī)，安裝在所述半球形外層遮擋幕布上，所述抽氣機(jī)進(jìn)行抽氣時(shí)，所述內(nèi)層 投影幕布和所述外層遮擋幕布之間形成負(fù)壓，所述內(nèi)層投影幕布和所述外層遮擋幕布固定 在所述半球形支架上。再一方面，還提供一種處理數(shù)據(jù)的方法，用于數(shù)字天象系統(tǒng)，包括多星表中獲取星空數(shù)據(jù)；對(duì)所述星空數(shù)據(jù)進(jìn)行星空化處理，生成一星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)；將所述星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)還原成星空?qǐng)D像；將所述星空?qǐng)D像輸出到所述數(shù)字天象系統(tǒng)中的投影裝置，并由所述投影裝置將所 述星空?qǐng)D像輸出到所述數(shù)字天象系統(tǒng)的球幕上進(jìn)行顯示。本發(fā)明的實(shí)施例具有以下有益效果上述方案通過開放的計(jì)算裝置獲取星空數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后可獲取星空?qǐng)D像，可以 模擬真實(shí)天文現(xiàn)象；且通過可拆卸的球幕，大大擴(kuò)大了其應(yīng)用領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施例數(shù)字天象系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架示意圖；圖2為圖1所示數(shù)字天象系統(tǒng)中的計(jì)算裝置的具體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2所示計(jì)算裝置中的處理模塊的具體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖2所示計(jì)算裝置中的輸出模塊的具體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為數(shù)字天象系統(tǒng)中的球幕的具體結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖5所示球幕的正視圖；圖7為圖5所示球幕覆蓋上內(nèi)層投影幕布和外層遮擋幕布及抽氣機(jī)后的示意圖；圖8為圖5所示球幕的縱向剖視圖；圖9為圖5所示球幕的俯視圖；圖10為單臺(tái)投影裝置將星空?qǐng)D像投射到球幕上的示意圖；圖11為雙臺(tái)投影裝置將星空?qǐng)D像投射到球幕上的示意圖；圖12為本發(fā)明的實(shí)施例處理數(shù)據(jù)的方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的實(shí)施例要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合 附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明的實(shí)施例針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中大型球幕劇場(chǎng)投資成本高，建設(shè)周期長(zhǎng)，場(chǎng)館固 定和不可拆卸性的問題，提供一種高度集成化的數(shù)字天象系統(tǒng)、球幕和處理數(shù)據(jù)的方法。如圖1所示，本發(fā)明的數(shù)字天象系統(tǒng)，包括計(jì)算裝置10，用于獲取星空數(shù)據(jù)，并對(duì)所述星空數(shù)據(jù)進(jìn)行星空化處理，生成一星空 圖像數(shù)據(jù)，并將所述星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)還原成星空?qǐng)D像輸出；
至少一投影裝置20，用于接收所述星空?qǐng)D像，并將所述星空?qǐng)D像投射出去；可拆卸球幕30，用于接收所述投影裝置投射出來的所述星空?qǐng)D像，并顯示所述星 空?qǐng)D像。在該實(shí)施例中，該計(jì)算裝置10可以是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，也可以是一數(shù)字天象儀，該計(jì) 算裝置10通過獲取星空數(shù)據(jù)，根據(jù)該星空數(shù)據(jù)，可以根據(jù)觀測(cè)者所處的時(shí)間和地點(diǎn)，計(jì)算 天空中太陽、月球、行星和恒星的位置，并將其輸出，它還可以繪制星座、模擬天文現(xiàn)象(如 流星雨、日食和月食等)，實(shí)時(shí)演示當(dāng)時(shí)、當(dāng)?shù)匦强詹⒖娠@示包括行星、恒星、星云、星系的中 國(guó)及國(guó)際名稱、星座連線、星座界線、星座藝術(shù)圖像、行星指示及明亮的月球旁邊的月暈效 果，可選擇顯示方位/高度坐標(biāo)網(wǎng)格、赤經(jīng)/赤緯坐標(biāo)網(wǎng)格，并可在地平坐標(biāo)與赤道坐標(biāo)兩 個(gè)體系間切換；能夠演示不同的時(shí)間不同的速度下天空的景象以及可演示流星雨、日食、月 食、掩星等天文現(xiàn)象；還可演示全天9等星43萬個(gè)天體目標(biāo)，超過60萬個(gè)恒星；放大或者 標(biāo)記你所感興趣的項(xiàng)目；可以查看超過100多個(gè)深空物體的景象；可以查看星座的輪廓、名 稱，觀看每個(gè)星座的圖像或者整個(gè)星空的星座圖像。該計(jì)算裝置10所演示的這些天文現(xiàn)象，都可以被稱為星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)，最后還原成 三維立體星空?qǐng)D像由投影裝置20投射到球幕30上，并在球幕30上逼真的顯示出來。如圖2所示，該計(jì)算裝置10可具體包括獲取模塊101，從該星表中獲取的星空數(shù)據(jù)；該星空數(shù)據(jù)可以是實(shí)時(shí)星空數(shù)據(jù)，也 可以是非實(shí)時(shí)星空數(shù)據(jù)；該實(shí)時(shí)星空數(shù)據(jù)可以通過符合國(guó)際通用的第三方星表獲取，并存 儲(chǔ)在該計(jì)算裝置10中，該星表中的數(shù)據(jù)可以更新，也可以讓用戶手動(dòng)修改；非實(shí)時(shí)星空數(shù) 據(jù)是對(duì)實(shí)時(shí)星空數(shù)據(jù)的回放，如，要播放一些復(fù)雜星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)的節(jié)目，可以事先對(duì)節(jié)目在 非實(shí)時(shí)方式下進(jìn)行處理，處理好的節(jié)目存儲(chǔ)在該計(jì)算裝置10中，根據(jù)具體需求，可以選擇 回放這些節(jié)目；存儲(chǔ)模塊102，用于存儲(chǔ)上述獲取模塊10所獲取的星空數(shù)據(jù)；該存儲(chǔ)模塊10可以 是計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備，該存儲(chǔ)設(shè)備可以是硬盤、內(nèi)存、閃存、USB存儲(chǔ)設(shè)備中任一種；處理模塊103，從該存儲(chǔ)模塊102中讀取該星空數(shù)據(jù)，并對(duì)該星空數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染處 理，生成星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)，并將該星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)還原成的星空?qǐng)D像；輸出模塊104，用于輸出該星空?qǐng)D像。該星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)可以是根據(jù)上述實(shí)時(shí)星空數(shù)據(jù)計(jì)算出來的實(shí)時(shí)天文現(xiàn)象影片，也 可以是在非實(shí)時(shí)方式下已經(jīng)制作好的數(shù)字球幕專用影片，無論是實(shí)時(shí)天文現(xiàn)象影片還是已 經(jīng)制作好的數(shù)字球幕專用影片，都可以進(jìn)行回放這些影片，若是實(shí)時(shí)天文現(xiàn)象影片時(shí)，可以 將該實(shí)時(shí)天文現(xiàn)象影片在播放時(shí)進(jìn)行錄制，并存儲(chǔ)在該計(jì)算裝置中，在回放時(shí)，直接從該計(jì) 算裝置10中讀取；若是已經(jīng)制作好的數(shù)字球幕影片，直接從該計(jì)算裝置10中讀取，進(jìn)行回 放即可；這樣，該系統(tǒng)無論在何時(shí)，何地觀看該影片，都可以通過調(diào)用該計(jì)算裝置10中的影 片，進(jìn)行播放，可以應(yīng)用到低成本科普流動(dòng)站(車)和中小學(xué)推廣科普教育，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng) 域。如圖3所示，上述處理模塊103可具體包括渲染單元1031，用于利用星空渲染引擎調(diào)用星空數(shù)據(jù)庫獲取該星空數(shù)據(jù)和該渲 染參數(shù)信息，并對(duì)該星空數(shù)據(jù)和渲染參數(shù)信息進(jìn)行三維圖形化處理，生成三維星空?qǐng)D像數(shù) 據(jù)；
解碼單元1032，用于對(duì)該三維星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，生成星空?qǐng)D像。該實(shí)施例中，該渲染單元1031可以是該計(jì)算裝置10內(nèi)置的星空渲染引擎，將星空 數(shù)據(jù)3D星空化。以計(jì)算機(jī)為例，具體過程是計(jì)算機(jī)的CPU負(fù)責(zé)調(diào)用星空數(shù)據(jù)信息和處理 交互指令，GPU(圖像處理器)則利用渲染引擎調(diào)用計(jì)算機(jī)的open GL庫將數(shù)據(jù)三維圖形化。 所需的數(shù)據(jù)信息首先從硬盤調(diào)用到內(nèi)存中，GPU再從內(nèi)存中選取渲染所需信息調(diào)入到顯存 中，最后由顯卡輸出圖像。當(dāng)然，這樣將星空數(shù)據(jù)3D星空化的過程不局限于此，還可以采用其它方式進(jìn)行處 理，如利用專用天象儀的處理流程進(jìn)行處理，同樣可以得到星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)。播放影片時(shí)，可 以調(diào)用對(duì)應(yīng)解碼器進(jìn)行解碼，將壓縮數(shù)據(jù)還原成圖像輸出。另外，如圖4所示，該計(jì)算裝置10的輸出模塊104包括圖像變形處理單元1041，用于根據(jù)所述球幕的尺寸，對(duì)所述星空?qǐng)D像進(jìn)行變形處 理，生成適合所述球幕顯示的星空?qǐng)D像；和/或硬件加速單元1042，用于將適合所述球幕顯示的星空?qǐng)D像采用硬件加速模式進(jìn)行 輸出。該實(shí)施例中，播放時(shí)可以采用硬件加速模式。對(duì)于球幕影片，由于在球幕上播放影 片是存在形變，那么在處理影片時(shí)需要對(duì)原始圖形做變形處理，在觀看時(shí)保證正常的視覺 效果。在具體輸出影片時(shí)，還可以將數(shù)字照片輸出到球幕上，如同在劇場(chǎng)的中央有一臺(tái) 虛擬的半球狀幻燈機(jī)一樣。數(shù)字照片可以顯示在球幕上作為場(chǎng)景的背景、旅游風(fēng)景或者宇 宙中其它星球的天文照片。在本發(fā)明的上述數(shù)字天象系統(tǒng)中，具體來講，投影裝置可以為一投影機(jī)，該投影機(jī) 具有可調(diào)角度的魚眼廣角鏡頭和范圍為768*768-1920*1920的分辨率，該實(shí)施例中，采用 魚眼廣角鏡頭可以擴(kuò)大投射范圍以及提高圖像的清晰度。在當(dāng)投影裝置為一臺(tái)投影機(jī)時(shí)，該投影機(jī)的魚眼廣角鏡頭的可調(diào)角度為160 度-180 度，分辨率為 768*768-1080*1080。而當(dāng)投影裝置為兩臺(tái)投影機(jī)時(shí)，投影機(jī)的魚眼廣角鏡頭的可調(diào)角度100度-120 度，分辨率為1024*1024-1920*1920，魚眼廣角鏡頭處還設(shè)置有一光學(xué)遮光片，遮光片用于 對(duì)所述投影機(jī)所投射的重疊區(qū)域內(nèi)圖像進(jìn)行融合處理，融合處理后的圖像就像從一臺(tái)投影 機(jī)投射出來一樣，融合處理的過程可以采用現(xiàn)有技術(shù)中任何一種圖像融合處理技術(shù)。當(dāng)投影裝置為三臺(tái)或者三臺(tái)以上投影機(jī)時(shí)，其魚眼廣角鏡頭的可調(diào)角度為80 度-90 度，分辨率為 768*768-1920*1920。如圖5所示，本發(fā)明的實(shí)施例的數(shù)字天象系統(tǒng)中的球幕30可具體包括一可拆卸圓柱形支架301，其具有一傾斜頂面3011 ；一可拆卸半球形支架302，其固定在該圓柱形支架301上，其底部開口面3021與該 圓柱形支架301的該傾斜頂面3011吻合；一半球形內(nèi)層投影幕布303，其伸展開后固定在該半球形支架302上，用于顯示上 述星空?qǐng)D像；—半球形外層遮擋幕布304，其伸展開后與該半球形內(nèi)層投影幕布303結(jié)合成一 個(gè)密封體；
一抽氣機(jī)305，其安裝在該半球形外層遮擋幕布304上，該抽氣機(jī)305進(jìn)行抽氣時(shí)， 該內(nèi)層投影幕布303和所述外層遮擋幕布304之間形成負(fù)壓，并固定在該半球形支架302上。圖6為圖5所示球幕的正視圖；圖7圖5所示球幕覆蓋上內(nèi)層投影幕布303和外層遮擋幕布304及抽氣機(jī)305后 的示意圖；如圖8所示，為圖5所示的球幕的縱向剖視圖，上述圓柱形支架301包括一底圈梁306，一頂圈梁307以及至少兩個(gè)立柱形龍骨308，該立柱形龍骨308與 該底圈梁306或者頂圈梁307可拆卸連接。具體來講，可以采用螺栓或卡扣連接，這樣使球 幕結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于拆卸與安裝。圖9為上述球幕的俯視圖，上述半球形支架302可包括一球底圖梁309，至少兩個(gè)弧狀龍骨310，該弧狀龍骨310的一端與球底圈梁309 可拆卸連接，至少兩個(gè)弧狀龍骨310的另一端連為一體，形成該半球形支架302的球頂311。 該弧狀龍骨310的一端與球底圈梁309具體連接方式可以采用螺栓或卡扣連接，這樣使球 幕結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可有效防止球幕變形，易于拆卸與安裝。其中，上述圓柱形支架301和半球形支架302中，龍骨可以為鋁合金材料制成的龍 骨，且具有可折疊性，這樣使整個(gè)球幕結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，可有效防止球幕變形，所有安裝接頭 處都可以由螺栓或卡扣連接。整個(gè)球幕重量適中，易于拆卸與安裝。另外，在內(nèi)層投影幕布303和外層遮擋幕布304結(jié)合成密封體時(shí)，可以通過拉鏈結(jié) 合成一體，所述拉鏈部位還附著有粘扣帶，防止漏氣。且該外層遮擋幕布304可以采用絨 布，安裝在外層遮擋幕布304上的抽氣管道連接著抽氣機(jī)，隨著抽氣機(jī)的工作使雙層幕布 之間形成負(fù)壓，并牢固附著于龍骨之上，由于內(nèi)外層遮擋幕布的半徑差從而使內(nèi)層投影幕 布形成一個(gè)穩(wěn)定的半球狀。內(nèi)層投影幕布選用優(yōu)質(zhì)投影軟幕，內(nèi)表面噴涂白色涂料，增益在 0. 8 1，可以保證幕布的亮度和投射在幕布上的圖像清晰度。該數(shù)字天象系統(tǒng)在具體應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際情況采用一臺(tái)投影機(jī)或者兩臺(tái)投影機(jī) 或者兩臺(tái)以上的投影機(jī)作為上述投影裝置20，如圖10所示，在使用一臺(tái)投影機(jī)時(shí)，該投影 機(jī)的魚眼廣角鏡頭的可調(diào)角度為160度-180度，分辨率為768*768-1080*1080 ；該投影機(jī) 可旋轉(zhuǎn)在球幕的中心位置，根據(jù)實(shí)際球幕的半徑調(diào)整投影在球幕中心點(diǎn)的位置。從圖中可 以看出魚眼鏡頭的角度決定了投影機(jī)距離球幕底邊的距離，投影機(jī)的投射像素決定了在保 證圖像質(zhì)量的情況下使用單臺(tái)投影機(jī)的球幕直徑< 8米。如圖11所示，在使用兩臺(tái)投影機(jī)時(shí)，投影機(jī)魚眼廣角鏡頭的可調(diào)角度為100 度-120度，分辨率為1024*1024-1920*1920，分別位于球幕的正前和正后方。從圖中可以看 出對(duì)于球幕系統(tǒng)而言，只需要投射球幕底邊以上的部分。投影機(jī)投射到球幕底邊以下的光 線需要在鏡頭處做遮光處理，投射到球幕天頂區(qū)域的圖像有部分重疊，在這個(gè)部位采用遮 光片對(duì)圖像進(jìn)行融合，使重疊部分的圖像看起來像是從一臺(tái)投影機(jī)中投射出來一樣，可以 做到圖像的無縫拼接，融合方法可以采用現(xiàn)有的任何一種圖像融合方法，經(jīng)過融合后的圖 像像素能夠達(dá)到單臺(tái)投影機(jī)投射像素的1. 5倍，從而使選用球幕的直徑范圍擴(kuò)大到10米。當(dāng)投影裝置為三臺(tái)或者三臺(tái)以上時(shí)，其魚眼廣角鏡頭的可調(diào)角度為80度-90度， 分辨率為 768*768-1920*1920。
綜上，本發(fā)明的數(shù)字天象系統(tǒng)，包括了計(jì)算裝置10，投影裝置20以及可拆卸球幕30，而且還可包括音響系統(tǒng)，具有高度集成化的特點(diǎn)，不但能夠通過該計(jì)算裝置真實(shí)模擬世 界各地任何時(shí)間的星空星象，同時(shí)也能進(jìn)行全球幕視頻節(jié)目回放，與其他類型的劇場(chǎng)比較， 具有視角寬廣、沉浸感強(qiáng)、主題突出、科技含量高、效果逼真等特點(diǎn)，播放內(nèi)容涵蓋地理、歷 史、人文、科技、醫(yī)學(xué)等多方面的影視節(jié)目。該數(shù)字天象系統(tǒng)中的各設(shè)備不僅是天文科普的 主要儀器，也將球幕影院的全部功能涵蓋其中，大大擴(kuò)展了應(yīng)用領(lǐng)域，提供了一種不僅局限 天文的，還可進(jìn)行多功能教育、娛樂的設(shè)施。由于體積相對(duì)較小，安裝拆卸方便，安全環(huán)保等 特點(diǎn)使其非常適用于小型科技館、科普流動(dòng)車、主題公園、學(xué)校、社區(qū)科普中心等。該計(jì)算裝置作為投影系統(tǒng)圖像的來源，不但可以作為數(shù)字天象儀，還可以播放實(shí) 時(shí)渲染的天體運(yùn)動(dòng)并可作為球幕影院來播放專門制作的影片。而且數(shù)字天象儀界面和球幕播放界面可以在同計(jì)算裝置的一個(gè)軟件界面下控制， 用戶可隨時(shí)切換天象表演和球幕節(jié)目。而且該計(jì)算裝置還可以具有一個(gè)無線手持設(shè)備，利用該無線手持設(shè)備遠(yuǎn)程控制提 供行業(yè)內(nèi)最好的易用性設(shè)備。它易學(xué)易用，圖標(biāo)直觀，任何用戶都可以方便的使用它。無需 設(shè)置單獨(dú)的控制計(jì)算機(jī)，不需要復(fù)雜的軟件接口和專業(yè)的放映人員，即可播放影片和星空 演示。上述的整套數(shù)字天象系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝與拆卸，便攜式球幕的安裝和拆卸 只需要10 15分鐘的時(shí)間，方便快捷；且球幕材質(zhì)通過嚴(yán)格的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，阻燃性高；整套 系統(tǒng)基于開放的PC架構(gòu)，系統(tǒng)兼容性良好、運(yùn)行穩(wěn)定性。模塊化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)意味著在以后 的升級(jí)也很方便，容易升級(jí)到更高的版本，打補(bǔ)丁，添加新功能，使用戶切實(shí)體會(huì)到其優(yōu)越 性。另外，本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種處理數(shù)據(jù)的方法，該方法用于數(shù)字天象系統(tǒng)，包 括步驟121，獲取星空數(shù)據(jù)；該星空數(shù)據(jù)可以是實(shí)時(shí)星空數(shù)據(jù)，也可以是非實(shí)時(shí)星空 數(shù)據(jù)；該實(shí)時(shí)星空數(shù)據(jù)可以通過符合國(guó)際通用的第三方星表獲取，并存儲(chǔ)在數(shù)字天象系統(tǒng) 的計(jì)算裝置中，該星表中的數(shù)據(jù)可以更新，也可以讓用戶手動(dòng)修改；非實(shí)時(shí)星空數(shù)據(jù)是對(duì) 實(shí)時(shí)星空數(shù)據(jù)的回放，如，要播放一些復(fù)雜星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)的節(jié)目，可以事先對(duì)節(jié)目在非實(shí)時(shí)
方式下進(jìn)行處理，處理好的節(jié)目存儲(chǔ)在該計(jì)算裝置中，根據(jù)具體需求，可以選擇回放這些節(jié) 目；步驟122，對(duì)所述星空數(shù)據(jù)進(jìn)行星空化處理，生成一星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)，并將該星空?qǐng)D 像數(shù)據(jù)還原成星空?qǐng)D像；步驟123，將所述星空?qǐng)D像輸出到所述數(shù)字天象系統(tǒng)中的投影裝置，并由所述投影 裝置將所述星空?qǐng)D像輸出到所述數(shù)字天象系統(tǒng)的球幕上進(jìn)行顯示。該星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)可以是根據(jù)上述實(shí)時(shí)星空數(shù)據(jù)計(jì)算出來的實(shí)時(shí)天文現(xiàn)象影片，也 可以是在非實(shí)時(shí)方式下已經(jīng)制作好的數(shù)字球幕專用影片，無論是實(shí)時(shí)天文現(xiàn)象影片還是已 經(jīng)制作好的數(shù)字球幕專用影片，都可以進(jìn)行回放這些影片，若是實(shí)時(shí)天文現(xiàn)象影片時(shí)，可以 將該實(shí)時(shí)天文現(xiàn)象影片在播放時(shí)進(jìn)行錄制，并存儲(chǔ)在該計(jì)算裝置中，以回放時(shí)，直接從該計(jì) 算裝置中讀?。蝗羰且呀?jīng)制作好的數(shù)字球幕影片，直接從該計(jì)算裝置中讀取，進(jìn)行回放即 可；這樣，該系統(tǒng)無論在何時(shí)，何地觀看該影片，都可以通過調(diào)用該計(jì)算裝置中的影片，進(jìn)行播放，可以應(yīng)用到低成本科普流動(dòng)站(車)和中小學(xué)推廣科普教育，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。其中，上述步驟122可具體包括步驟1221，利用星空渲染引擎調(diào)用星空數(shù)據(jù)庫，獲取所述星空數(shù)據(jù)和渲染參數(shù)信 息；步驟1222，將所述星空數(shù)據(jù)和所述渲染參數(shù)信息進(jìn)行三維圖形化處理，生成三維 星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)；步驟1223，在所輸出所述星空?qǐng)D像前，對(duì)所述三維星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，生成所 述星空?qǐng)D像。以計(jì)算機(jī)為例，上述步驟的具體過程是計(jì)算機(jī)的CPU負(fù)責(zé)調(diào)用星空數(shù)據(jù)信息和 處理交互指令，GPU(圖像處理器)則利用渲染引擎調(diào)用計(jì)算機(jī)的open GL庫將數(shù)據(jù)三維圖 形化。所需的數(shù)據(jù)信息首先從硬盤調(diào)用到內(nèi)存中，GPU再從內(nèi)存中選取渲染所需信息調(diào)入 到顯存中，最后由顯卡輸出圖像。
當(dāng)然，這樣將星空數(shù)據(jù)3D星空化的過程不局限于此，還可以采用其它方式進(jìn)行處 理，如利用專用天象儀的處理流程進(jìn)行處理，同樣可以得到星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)。播放影片時(shí)，可 以調(diào)用對(duì)應(yīng)解碼器進(jìn)行解碼，將壓縮數(shù)據(jù)還原成圖像輸出。其中，上述步驟123可具體包括步驟1231，對(duì)所述星空?qǐng)D像進(jìn)行變形處理，生成適合數(shù)字天象系統(tǒng)中球幕顯示的 星空?qǐng)D像；步驟1234，將適合所述球幕顯示的星空?qǐng)D像采用硬件加速模式進(jìn)行輸出。該實(shí)施例中，播放時(shí)可以采用硬件加速模式。對(duì)于球幕影片，由于在球幕上播放影 片是存在形變，那么在處理影片時(shí)需要對(duì)原始圖形做變形處理，在觀看時(shí)保證正常的視覺 效果。在具體輸出影片時(shí)，還可以將數(shù)字照片輸出到球幕上，如同在劇場(chǎng)的中央有一臺(tái)虛擬 的半球狀幻燈機(jī)一樣。數(shù)字照片可以顯示在球幕上作為場(chǎng)景的背景、旅游風(fēng)景或者宇宙中 其它星球的天文照片。該方法通過獲取星空數(shù)據(jù)，根據(jù)該星空數(shù)據(jù)模擬出實(shí)時(shí)渲染的天體運(yùn)動(dòng)并可作為 球幕影院來播放專門制作的影片，強(qiáng)大的3D圖形實(shí)時(shí)渲染引擎，以實(shí)時(shí)方式來渲染復(fù)雜和 高細(xì)節(jié)度的模型并將其投影播放在球幕上。節(jié)目表演時(shí)，計(jì)算機(jī)使用存放在硬盤數(shù)據(jù)庫中 的模型數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)時(shí)指令來控制節(jié)目數(shù)據(jù)。提供了一種不僅局限天文的，還可進(jìn)行多功 能教育、娛樂的設(shè)施。由于體積相對(duì)較小，安裝拆卸方便，安全環(huán)保等特點(diǎn)使其非常適用于 小型科技館、科普流動(dòng)車、主題公園、學(xué)校、社區(qū)科普中心等，大大擴(kuò)展了數(shù)字天象系統(tǒng)的應(yīng) 用領(lǐng)域。以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也 應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種數(shù)字天象系統(tǒng)，其特征在于，包括一計(jì)算裝置，用于獲取星空數(shù)據(jù)，并對(duì)所述星空數(shù)據(jù)進(jìn)行星空化處理，生成一星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)，并將所述星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)還原成星空?qǐng)D像輸出；至少一投影裝置，用于接收所述星空?qǐng)D像，并將所述星空?qǐng)D像投射出去；一可拆卸球幕，用于接收所述投影裝置投射出來的所述星空?qǐng)D像，并顯示所述星空?qǐng)D像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字天象系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算裝置包括 獲取模塊，用于從星表中獲取所述星空數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)所述獲取模塊獲取的所述星空數(shù)據(jù)；處理模塊，用于讀取所述存儲(chǔ)模塊中的所述星空數(shù)據(jù)，對(duì)所述星空數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染處理， 生成所述星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)，并將所述星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)還原成星空?qǐng)D像； 輸出模塊，用于輸出所述星空?qǐng)D像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字天象系統(tǒng)，其特征在于，所述處理模塊包括渲染單元，用于利用星空渲染引擎調(diào)用所述存儲(chǔ)模塊中的星空數(shù)據(jù)庫，獲取所述星空 數(shù)據(jù)和渲染參數(shù)信息，將所述星空數(shù)據(jù)和所述渲染參數(shù)信息進(jìn)行三維圖形化處理，生成三 維星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)；解碼單元，用于在所述輸出模塊輸出所述星空?qǐng)D像前，對(duì)所述三維星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)進(jìn)行 解碼，生成所述星空?qǐng)D像。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字天象系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出模塊包括圖像變形處理單元，用于根據(jù)所述球幕的尺寸，對(duì)所述星空?qǐng)D像進(jìn)行變形處理，生成適 合所述球幕顯示的星空?qǐng)D像；和/或硬件加速單元，用于將適合所述球幕顯示的星空?qǐng)D像采用硬件加速模式進(jìn)行輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字天象系統(tǒng)，其特征在于，所述投影裝置具有可調(diào)角度的 魚眼廣角鏡頭和范圍為768*768-1920*1920的分辨率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)字天象系統(tǒng)，其特征在于，所述投影裝置為一臺(tái)投影機(jī)時(shí)， 所述魚眼廣角鏡頭的可調(diào)角度為160度-180度，所述分辨率為768*768-1080*1080 ；所述投影裝置為兩臺(tái)投影機(jī)時(shí)，所述魚眼廣角鏡頭的可調(diào)角度為100度-120度，所述 分辨率為 1024*1024-1920*1920 ；所述投影裝置為三臺(tái)或者三臺(tái)以上投影機(jī)時(shí)，所述魚眼廣角鏡頭的可調(diào)角度為80 度-90度，所述分辨率為768*768-1920*1920。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字天象系統(tǒng)，其特征在于，所述球幕包括 一可拆卸圓柱形支架，具有一傾斜頂面；一可拆卸半球形支架，固定在所述圓柱形支架上，其底部開口面與所述圓柱形支架的 所述傾斜頂面吻合；一半球形內(nèi)層投影幕布，伸展開后固定在所述半球形支架上； 一半球形外層遮擋幕布，伸展開后與所述半球形內(nèi)層投影幕布結(jié)合成一個(gè)密封體； 一抽氣機(jī)，安裝在所述半球形外層遮擋幕布上，所述抽氣機(jī)進(jìn)行抽氣時(shí)，所述內(nèi)層投影 幕布和所述外層遮擋幕布之間形成負(fù)壓，所述內(nèi)層投影幕布和所述外層遮擋幕布固定在所 述半球形支架上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字天象系統(tǒng)，其特征在于，所述圓柱形支架包括一底圈梁，一頂圈梁以及至少兩個(gè)立柱形龍骨，所述立柱形龍骨與所述底圈梁或者頂 圈梁可拆卸連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字天象系統(tǒng)，其特征在于，所述半球形支架包括一球底圈梁，至少兩個(gè)弧狀龍骨，所述弧狀龍骨的一端與所述球底圈梁可拆卸連接，所 述至少兩個(gè)弧狀龍骨的另一端連為一體，形成所述半球形支架的球頂。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的數(shù)字天象系統(tǒng)，其特征在于，所述龍骨為鋁合金材料制 成的龍骨。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字天象系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)層投影幕布和所述外層 遮擋幕布通過拉鏈結(jié)合成一體，所述拉鏈部位還附著有粘扣帶。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字天象系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)層投影幕布的內(nèi)表面涂 有白色涂料，其增益在0. 8 1之間。
13.—種球幕，其特征在于，包括 一可拆卸圓柱形支架，具有一傾斜頂面；一可拆卸半球形支架，固定在所述圓柱形支架上，其底部開口面與所述圓柱形支架的 所述傾斜頂面吻合；一半球形內(nèi)層投影幕布，伸展開后固定在所述半球形支架上； 一半球形外層遮擋幕布，伸展開后與所述半球形內(nèi)層投影幕布結(jié)合成一個(gè)密封體； 一抽氣機(jī)，安裝在所述半球形外層遮擋幕布上，所述抽氣機(jī)進(jìn)行抽氣時(shí)，所述內(nèi)層投影 幕布和所述外層遮擋幕布之間形成負(fù)壓，所述內(nèi)層投影幕布和所述外層遮擋幕布固定在所 述半球形支架上。
14.一種處理數(shù)據(jù)的方法，用于數(shù)字天象系統(tǒng)，其特征在于，包括 多星表中獲取星空數(shù)據(jù)；對(duì)所述星空數(shù)據(jù)進(jìn)行星空化處理，生成一星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)； 將所述星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)還原成星空?qǐng)D像；將所述星空?qǐng)D像輸出到所述數(shù)字天象系統(tǒng)中的投影裝置，并由所述投影裝置將所述星 空?qǐng)D像輸出到所述數(shù)字天象系統(tǒng)的球幕上進(jìn)行顯示。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述對(duì)所述星空數(shù)據(jù)進(jìn)行星空化處理， 生成一星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)的步驟包括利用星空渲染引擎調(diào)用星空數(shù)據(jù)庫，獲取所述星空數(shù)據(jù)和渲染參數(shù)信息； 將所述星空數(shù)據(jù)和所述渲染參數(shù)信息進(jìn)行三維圖形化處理，生成三維星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)； 所述將所述星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)還原成星空?qǐng)D像的步驟具體為 對(duì)所述三維星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，生成所述星空?qǐng)D像。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述將所述星空?qǐng)D像輸出的步驟 包括對(duì)所述星空?qǐng)D像進(jìn)行變形處理，生成適合所述球幕顯示的星空?qǐng)D像； 將適合所述球幕顯示的星空?qǐng)D像采用硬件加速模式進(jìn)行輸出。
全文摘要
本發(fā)明提供一種數(shù)字天象系統(tǒng)、球幕和處理數(shù)據(jù)的方法，其中數(shù)字天象系統(tǒng)包括一計(jì)算裝置，用于獲取星空數(shù)據(jù)，并對(duì)所述星空數(shù)據(jù)進(jìn)行星空化處理，生成一星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)，并將所述星空?qǐng)D像數(shù)據(jù)還原成星空?qǐng)D像輸出；至少一投影裝置，用于接收所述星空?qǐng)D像，并將所述星空?qǐng)D像投射出去；一可拆卸球幕，用于接收所述投影裝置投射出來的所述星空?qǐng)D像，并顯示所述星空?qǐng)D像。本發(fā)明的數(shù)字天象系統(tǒng)基于開放的計(jì)算裝置和可拆卸的球幕，大大擴(kuò)大了其應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G06T1/00GK101847330SQ20091008090
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
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