本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用小間距l(xiāng)ed屏幕的cave顯示系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

cave系統(tǒng)可以應(yīng)用于任何具有沉浸感需求的虛擬仿真應(yīng)用領(lǐng)域。例如，虛擬設(shè)計與制造，虛擬演示，協(xié)同規(guī)劃等等，應(yīng)用十分廣泛?，F(xiàn)有的大部分cave系統(tǒng)中，虛擬顯示空間的墻壁通常由背投影墻組成。地面部分的顯示除了可以進(jìn)行背投，還可以在顯示空間上方安置投影儀投影到地面上。而隨著技術(shù)的發(fā)展，也出現(xiàn)了由lcd3d拼接屏或大尺寸lcd3d屏代替投影顯示的技術(shù)。

現(xiàn)有技術(shù)中兩種常見的cave系統(tǒng)。

(一)基于背投影墻的cave系統(tǒng)

cave系統(tǒng)虛擬顯示空間是由3個面以上(含3面)硬質(zhì)背投影墻組成。系統(tǒng)利用多通道視景同步技術(shù)，在投影墻上顯示整個三維場景內(nèi)容。用戶站在虛擬顯示空間內(nèi)，并佩戴用于觀看影墻三維成像的空框眼鏡，其中空框眼鏡上附著紅外標(biāo)記點。在虛擬顯示空間的角落上分別放置紅外攝像頭。由于空框眼鏡上紅外標(biāo)記點的位置和用戶的人眼位置相距不大，對比整個系統(tǒng)的規(guī)格，可以忽略不計，從而系統(tǒng)利用紅外攝像頭獲取紅外標(biāo)記點的位置參數(shù)以獲取用戶雙眼的位置參數(shù)。系統(tǒng)根據(jù)獲得的用戶雙眼位置參數(shù)，調(diào)整影墻圖像以匹配用戶觀看的當(dāng)前位置(例如：離影墻近畫面就會放大，離影墻遠(yuǎn)畫面就會縮小)。并且結(jié)合畫面校準(zhǔn)系統(tǒng)，校準(zhǔn)折角處的畫面，使顯示圖像不會產(chǎn)生畸變。

(二)基于lcd3d拼接屏或基于大尺寸lcd屏的cave系統(tǒng)

該技術(shù)原理和技術(shù)(一)基本一致，但虛擬顯示空間由背投影墻替換成lcd3d拼接屏或大尺寸lcd屏構(gòu)成(除地屏)，并且改變成顯示相匹配的渲染通道和拼接處理器。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中的cave系統(tǒng)存在以下缺點：

技術(shù)(一)中由背投影墻構(gòu)成虛擬顯示的cave系統(tǒng)需要在環(huán)境較暗才能看清，對環(huán)境光線要求高。并且顯示畫面的色彩飽和度不高，觀看效果不佳。投影機(jī)壽命較短。

技術(shù)(二)中基于lcd3d拼接屏或基于大尺寸lcd屏的cave系統(tǒng)，雖然比起背投影墻不需要對環(huán)境光線有過高的要求，色彩飽和度也更高，但是長期使用，會造成單元間亮度與色彩衰減不一致，并不可恢復(fù)。此外lcd屏間還有物理拼縫，影響觀看效果。大尺寸lcd屏還存在不好運輸?shù)膯栴}。

隨著顯示屏制造技術(shù)的提高，出現(xiàn)了小間距l(xiāng)ed顯示屏。小間距l(xiāng)ed顯示屏自體發(fā)光，不受環(huán)境光線限制；顯示畫面色彩飽和度高、顯示屏間拼接無縫、使用壽命長、可拆卸好運輸。如果它可應(yīng)用于cave系統(tǒng)中，就可以大大減少現(xiàn)有cave系統(tǒng)中各種終端顯示的局限性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種采用小間距l(xiāng)ed屏幕的cave系統(tǒng)顯示方法，該方法包括以下步驟：

1)紅外跟蹤系統(tǒng)采集眼鏡上紅外標(biāo)記點的坐標(biāo)位置；

2)利用所述坐標(biāo)位置估算出用戶雙眼的位置；

3)將所述用戶雙眼的位置發(fā)送給多通道控制服務(wù)器；

4)所述多通道控制服務(wù)器根據(jù)用戶雙眼的位置，計算得到四個通道渲染服務(wù)器的畫面控制信號，并將所述畫面控制信號分別發(fā)送給所述四個通道渲染服務(wù)器，以實現(xiàn)把校準(zhǔn)好的畫面顯示在所述小間距l(xiāng)ed屏幕上，使用戶體驗沉浸式虛擬環(huán)境。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，優(yōu)選的，所述眼鏡為空框眼鏡，所述空框眼鏡附有兩個紅外標(biāo)記點，對應(yīng)用戶雙眼，所述紅外跟蹤系統(tǒng)通過跟蹤所述空框眼鏡上的紅外標(biāo)記點獲得空框眼鏡的坐標(biāo)位置，從而確定用戶雙眼的位置。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，優(yōu)選的，所述小間距l(xiāng)ed屏幕由位于用戶正面，左、右兩側(cè)及地面的四面小間距l(xiāng)ed屏幕組成，所述四個通道渲染服務(wù)器分別用于控制所述四面小間距l(xiāng)ed屏幕的顯示。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，優(yōu)選的，所述紅外跟蹤系統(tǒng)由安裝于所述四面小間距l(xiāng)ed屏幕角落的多個紅外攝像頭組成。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，優(yōu)選的，所述小間距l(xiāng)ed屏幕為自體發(fā)光，不受環(huán)境光線限制，顯示屏間拼接無縫。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種采用小間距l(xiāng)ed屏幕的cave系統(tǒng)顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：空框眼鏡、多通道控制服務(wù)器、多個通道渲染服務(wù)器、多個小間距l(xiāng)ed顯示屏、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、動捕電腦和紅外跟蹤系統(tǒng)；

所述紅外跟蹤系統(tǒng)跟蹤得到所述空框眼鏡的坐標(biāo)位置，并發(fā)送給所述網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；

所述動捕電腦通過所述網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)獲取所述坐標(biāo)位置，得到用戶雙眼的位置參數(shù)；

將所述位置參數(shù)通所述網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)傳輸給所述多通道控制服務(wù)器；

所述多通道控制服務(wù)器把所述位置參數(shù)匹配到虛擬環(huán)境，計算得到所述多個通道渲染服務(wù)器的畫面控制信號；

分別將所述畫面控制信號發(fā)送給所述四個通道渲染服務(wù)器，以實現(xiàn)把校準(zhǔn)好的畫面顯示在所述小間距l(xiāng)ed屏幕上。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，優(yōu)選的，所述多個小間距l(xiāng)ed屏幕包括位于用戶正面，左、右兩側(cè)及地面的四面小間距l(xiāng)ed屏幕組成，所述四個通道渲染服務(wù)器分別用于控制所述四面小間距l(xiāng)ed屏幕的顯示。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，優(yōu)選的，所述紅外跟蹤系統(tǒng)由安裝于所述四面小間距l(xiāng)ed屏幕角落的多個紅外攝像頭組成。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，優(yōu)選的，所述空框眼鏡附有兩個紅外標(biāo)記點，對應(yīng)用戶雙眼，所述紅外跟蹤系統(tǒng)通過跟蹤所述空框眼鏡上的紅外標(biāo)記點獲得空框眼鏡的坐標(biāo)位置，從而確定用戶雙眼的位置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種計算機(jī)存儲介質(zhì)，其包括計算機(jī)程序指令，當(dāng)執(zhí)行所述計算機(jī)程序指令時，執(zhí)行上述方法之一。

通過本發(fā)明的技術(shù)方案取得了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有的cave系統(tǒng)，虛擬顯示空間適用于光線較強(qiáng)的環(huán)境，可實際應(yīng)用在明亮的室內(nèi)環(huán)境，甚至室外環(huán)境；虛擬顯示空間畫面色彩飽和度高，顯示屏間拼接無縫，給用戶很好的觀看效果；使用壽命長。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有本發(fā)明系統(tǒng)構(gòu)成圖

圖2是本發(fā)明的控制流程圖

具體實施方式

<本發(fā)明的系統(tǒng)架構(gòu)>

如圖1，本發(fā)明的虛擬顯示空間由四塊小間距顯示屏組成，小間距顯示屏具有以下特點：自體發(fā)光、不受環(huán)境光線限制；顯示畫面色彩飽和度高、顯示屏間拼接無縫、使用壽命長。在小間距顯示屏的空間角落安置多個紅外攝像頭；攝像頭的個數(shù)可以從至少3個到多個，具體根據(jù)具體需求而定，優(yōu)選的，攝像頭個數(shù)為八個。有若干紅外標(biāo)記點附著在空框眼鏡上。此外還需要有四個獨立的三維通道渲染服務(wù)器，多通道控制服務(wù)器，動捕電腦和紅外跟蹤系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。所述多通道控制服務(wù)器用于接收用戶雙眼的位置信息，并根據(jù)該位置信息生成用于控制四個小間距顯示屏的畫面控制信號，并將四個畫面控制信號發(fā)送給四個通道渲染服務(wù)器，以分別對所述四個小間距顯示屏的顯示進(jìn)行控制。

動捕電腦通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)獲取由多個紅外攝像頭(優(yōu)選為八個)得到空框眼鏡上的紅外標(biāo)記點的位置參數(shù)，從而間接得到用戶雙眼的位置參數(shù)。在每個空框眼鏡的鏡框上設(shè)置兩個距離固定的標(biāo)記點，例如紅外led。紅外攝像頭獲取的圖像中，紅外led在絕大多數(shù)情況下是最亮的點，取合適閾值，就可以把led位置與背景分開。獲取的led在圖像中的位置，反映了用戶相對于攝像頭的水平角度和用戶高度，而兩個led之間的距離，則反映了用戶離攝像頭的距離。這樣，相當(dāng)于獲得了以攝像頭為原點的圓柱坐標(biāo)系內(nèi)的用戶坐標(biāo)。結(jié)合攝像頭自身位置坐標(biāo)，經(jīng)過簡單的坐標(biāo)系變換，就可以獲得用戶的絕對坐標(biāo)。單臺紅外攝像頭因為視角有限，無法完成360°位置捕捉的任務(wù)，可以用幾臺進(jìn)行視場的拼接。也可以使用環(huán)帶相機(jī)，則一臺就可以實現(xiàn)360°位置捕捉的任務(wù)，原理與紅外攝像頭相同。利用電腦中的motivetracker，將用戶雙眼的位置參數(shù)信息通過交換機(jī)傳輸給四個通道渲染服務(wù)器和多通道控制服務(wù)器。所述多通道控制服務(wù)器與所述動捕電腦可整合在同一電腦中，也可以分別由不同的電腦實現(xiàn)其功能。

cave系統(tǒng)使用多攝像頭紅外定位系統(tǒng)通過拍攝附著在空框眼鏡上的紅外標(biāo)記點，讀取用戶雙眼的位置參數(shù)。cave系統(tǒng)根據(jù)用戶雙眼位置的變化，分別調(diào)整顯示空間的圖像以匹配用戶觀看的當(dāng)前位置(例如：離顯示屏近畫面就會放大，離顯示屏遠(yuǎn)畫面就會縮小)。并且結(jié)合畫面校準(zhǔn)系統(tǒng)，校準(zhǔn)折角處的畫面，使顯示空間圖像不會產(chǎn)生畸變。其中顯示空間圖像是由四個獨立的三維渲染服務(wù)來輸出顯示的。cave系統(tǒng)把已校準(zhǔn)好畫面顯示在小間距顯示屏上。

<本發(fā)明的方法流程>

如圖2，本發(fā)明公開了一種采用led3d屏幕的cave系統(tǒng)顯示方法，該方法包括以下步驟：

步驟s1，采集空框眼鏡上紅外標(biāo)記點的坐標(biāo)位置。

cave系統(tǒng)使用多攝像頭紅外定位系統(tǒng)通過拍攝附著在空框眼鏡上的紅外標(biāo)記點，讀取用戶雙眼的位置參數(shù)。在每個空框眼鏡的鏡框上設(shè)置兩個距離固定的標(biāo)記點，例如紅外led。紅外攝像頭獲取的圖像中，紅外led在絕大多數(shù)情況下是最亮的點，取合適閾值，就可以把led位置與背景分開。獲取的led在圖像中的位置，反映了用戶相對于攝像頭的水平角度和用戶高度，而兩個led之間的距離，則反映了用戶離攝像頭的距離。這樣，相當(dāng)于獲得了以攝像頭為原點的圓柱坐標(biāo)系內(nèi)的用戶坐標(biāo)。結(jié)合攝像頭自身位置坐標(biāo)，經(jīng)過簡單的坐標(biāo)系變換，就可以獲得用戶的絕對坐標(biāo)。

步驟s2，利用所述坐標(biāo)位置估算出所述用戶雙眼的位置。

動捕電腦通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)獲取由多個紅外攝像頭(優(yōu)選為八個)得到空框眼鏡上的紅外標(biāo)記點的位置參數(shù)，從而間接得到人眼的位置參數(shù)。獲取的led在圖像中的位置，反映了用戶相對于攝像頭的水平角度和用戶高度，而兩個led之間的距離，則反映了用戶離攝像頭的距離。這樣，相當(dāng)于獲得了以攝像頭為原點的圓柱坐標(biāo)系內(nèi)的用戶坐標(biāo)。結(jié)合攝像頭自身位置坐標(biāo)，經(jīng)過簡單的坐標(biāo)系變換，就可以獲得用戶的絕對坐標(biāo)。

步驟s3，將所述坐標(biāo)位置發(fā)送給多通道控制服務(wù)器。

系統(tǒng)利用電腦中的motivetracker軟件，數(shù)據(jù)通過交換機(jī)傳輸給四個通道渲染服務(wù)器和多通道控制服務(wù)器。

步驟s4，所述多通道控制服務(wù)器根據(jù)所述坐標(biāo)位置，計算得到所述四個通道渲染服務(wù)器的畫面控制信號，并將所述畫面控制信號分別發(fā)送給所述四個通道渲染服務(wù)器，以實現(xiàn)把校準(zhǔn)好的畫面顯示在所述小間距l(xiāng)ed屏幕上。

<本發(fā)明的具體實施例>

本發(fā)明使用了利亞德點間距p1.9的小間距l(xiāng)ed屏，搭建由正面屏，左、右屏，地屏組成的四面顯示空間，視頻拼接器為利亞德系列產(chǎn)品。為了分別渲染led屏上的畫面，還需要四臺三維渲染服務(wù)器，服務(wù)器的型號為惠普系列產(chǎn)品。此外，還有naturalpoint公司的紅外跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行攝像機(jī)的空間定位，此系統(tǒng)放包含八個紅外攝像頭，把它們分布在顯示空間的角落。

用戶把紅外標(biāo)記點固定在需要佩戴的空框眼鏡上。p41動捕電腦通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)獲取由八個紅外攝像頭得到用戶所佩戴的空框眼鏡上的紅外標(biāo)記點的位置參數(shù)，從而間接得到用戶雙眼的位置參數(shù)。系統(tǒng)利用電腦中的motivetracker，數(shù)據(jù)通過交換機(jī)傳輸給四個通道渲染服務(wù)器和多通道控制服務(wù)器。多通道控制服務(wù)器把觀眾人眼的坐標(biāo)信息匹配到虛擬空間中使用，使顯示空間畫面符合人眼真實視角，并且整個顯示畫面無畸變。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換以及改進(jìn)等，均應(yīng)保護(hù)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。