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探索球幕投影与全景影像(三)

2016-02-26 17:03:46 时间机器影像中心
球幕3D校正
用球幕投影系统实现仿真应用时,要将多个通道的3D虚拟场景显示在球幕上,不同通道显示的画面要能够拼接起来,而且拼接后的画面要符合3D虚拟场景的空间坐标关系。
由于投影机安装位置和观众观看位置(EyePoint)是不相同的,而且可能一套系统是由多个投影机组成。所以需要对不同投影机投影的画面进行3D几何校正。
一般来说,投影点和需要的眼点都可能在球幕内的任意位置。如果投影点或观察点任意一个没有在球幕中心,则必须使用校正。校正一个点的过程相对直观。想象把球幕放在要渲染的场景内(图3)。观察点在V点,A点投影在球幕上的图像点为I,但是用位于P点的投影机投影时,在I点的图像必须被绘制在B点。

投影机在P点,眼点在V点,三维空间物体将从A点移动到B点。对一台投影机,场景以眼点为中心渲染一次,包围对该投影机可见的球幕截面。为了使图像适应球面显示,需要绘制一个单独屏幕填充矩形。系统把这个矩形处理为穿过所有屏上像素点的射线集合。每条射线和球幕的交点通过已知的球幕位置和半径来计算。已知这个三维点,逆向使用原始场景渲染的透视投影,结果就是一个与渲染场景图像相关的二维像素。
边缘融合
为了实现多台投影机画面的无缝拼接,需要实现不同投影机画面之间的边缘融合(EdgeBlending)。在通过球幕几何校正实现多个画面的拼接后,需要计算各个通道图像的重叠区域,再根据重叠区域的位置,计算出实际投影图像的亮度衰减系数。
球幕投影系统

以球幕数字天象厅为例,说明球幕投影系统的设计要点。
球幕数字天象厅需要运行互动三维程序,也需要播放高清视频。系统使用N+1的典型球幕拼接方式,这种方式按照球幕经纬度排列,投影画面分布较均匀。
球幕直径为10米,画面由6台高亮度投影机拼接而成。信号源是三台图形工作站,每台工作站可输出两个通道的信号。图形工作站输出的画面经过华图CG仿真融合机处理,实现球形预变形、色彩校正和边缘融合,从而实现拼接。系统有三维仿真模式和视频播放模式,这两种运行模式。三维仿真模式下,多台工作站同步运行三维互动程序,包括二维、三维星空软件,三维仿真软件等。多台工作站分布式输出多路原始图像信号,经过华图CG仿真融合机的球幕3D校正,结合了屏幕参数、观众视域参数,使三维仿真系统的输出画面符合真实三维空间关系。可以满足军事训练、科研等应用对画面质量和仿真准确性的高要求。
影片播放模式下,多台工作站同步播放高清球幕影片。系统不使用3D校正功能,而是直接对单个高清球幕视频,实现自动分割通道和播出。系统最大可支持2K×2K分辨率的球幕视频。用户只需购买高质量球幕视频文件,即可实现多通道同步播放,无需对视频文件进行后期处理。
对于超过2K×2K分辨率的视频文件,为了能够流畅播放,则需要处理成多个视频片段,再提交给多台工作站分布式播放。