CN100501566C - 曲面电影投影***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种曲面电影投影***，包括渲染面，投影屏，渲染真实场景的成像***渲染模型，渲染所述成像***渲染模型渲染的图像在所述渲染面上的投影的投影***渲染模型，将所述投影***渲染模型最终渲染的图像通过光学镜头投影到所述投影屏上的放映装置，所述投影屏为第一面或第一面的一部分，所述渲染面为第二面或第二面的一部分，所述第一面在所述第二面的沿观察者的眼睛到投影屏的视场方向的后方，从观察者的眼睛到所述渲染面的视场方向及角度与到所述投影屏的视场方向及角度一致，所述成像***渲染模型与所述投影***渲染模型光路可逆。本发明的曲面电影投影***降低了渲染费用，同时还能让观众产生身临其境的感觉。

Description

曲面电影投影***及方法

技术领域

本发明涉及数字电影技术，具体涉及一种采用光学技术、计算机图形技术，以数字或其它常规方式录制，在曲面屏幕上投影图像产生真实还原立体效果的装置***。

背景技术

立体电影的能给人身临其境的感觉，最早的立体电影的原理如下，人以两只眼睛看东西，并以其夹角来测定距离及产生立体感，所以左右眼看同样的对象，所见却是不同的角度。愈靠近的物体左右眼视角差愈大，愈远则视角差愈小，看极远方则左右眼是几***行。3D立体电影的原理即为以两台摄影机仿真人眼睛的视角同时拍摄，在放映时亦以两台投影机同步放映至同一面银幕上，并以偏光镜片分离出左右眼不同的画面让人产生立体效果。

还有采用曲面屏幕制作立体电影，其原理如下，首先要说明几个参数，这些参数是关于人眼的光学特性：人眼的视场，水平涵盖角为150°左右，垂直涵盖角为55°左右。人眼的最佳视角约为：视场方向上下10°左右，水平方向左右10°。双眼瞳孔间的距离为：55～74mm。镜头的视角若在55°左右就与人眼的视角相似，拍摄下的图像透视效果符合人眼的***面来模拟球面或曲面，图像不能无缝、平滑、连续，这种情况只能适用于球面、圆锥曲面等简单几何模型。如果用在立体模式下，不能将视差平滑连续。现有技术下也可以用光路追踪的算法去模拟曲面，但是渲染费用巨大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种曲面电影投影***。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为构造一种曲面电影投影***，其特征在于，包括渲染面，投影屏，渲染真实场景的成像***渲染模型，渲染所述成像***渲染模型渲染的图像在所述渲染面上的投影的投影***渲染模型，将所述投影***渲染模型最终渲染的图像通过光学镜头投影到所述投影屏上的放映装置，所述投影屏为第一面或第一面的一部分，所述渲染面为第二面或第二面的一部分，所述第一面在所述第二面的沿观察者的眼睛到投影屏的视场方向的后方，从观察者的眼睛到所述渲染面的视场方向及角度与到所述投影屏的视场方向及角度一致，所述投影***渲染模型渲染真实场景在所述第二面上的映射再通过所述放映装置投影到所述投影屏上正好还原所述成像***渲染模型渲染的图像产生的变形。

所述成像***渲染模型与所述投影***渲染模型分别包括摄影机和投影机，摄影机和投影机的视场方向一致，中心完全重合，光路可逆。

在本发明的曲面电影投影***中，所述成像***渲染模型包括上下M层数字摄影机，每层又包含了N个单独的数字摄影机，所述M、N为正整数。

在本发明的曲面电影投影***中，所述M为3，所述N为7，所述成像***渲染模型共包含了21个单独的数字摄影机。

在本发明的曲面电影投影***中，每个数字摄影机的水平视场角为25.7142857°、垂直视场角为60°，所有数字摄影机的视场方向为等分视场角度的方向，每层数字投影机中每个单独的数字投影机的水平视场方向分别为12.8571°、38.5714°、64.2857°、90°、115.7143°、141.4286°、167.1429°。

在本发明的曲面电影投影***中，所述M为3，所述N为3，所述成像***渲染模型包含了9个单独的数字摄影机，每个数字摄影机的水平视场角为60°、垂直视场角为60°，所有数字摄影机的视场方向为等分视场角度的方向，每层数字摄影机中每个单独的数字摄影机的水平视场方向分别为30°、90°、150°。

在本发明的曲面电影投影***中，所述投影***渲染模型包括上下M层数字投影机，每层又包含了N个单独的数字投影机，所述M、N为正整数。

在本发明的曲面电影投影***中，所述M为3，所述N为7，所述投影***渲染模型包含了21个单独的数字投影机。

在本发明的曲面电影投影***中，每个投影***渲染模型的水平视场角为25.7142857°、垂直视场角为60°，所有数字投影机的视场方向为等分视场角度的方向，每层数字投影机中每个单独的数字投影机的水平视场方向分别为12.8571°、38.5714°、64.2857°、90°、115.7143°、141.4286°、167.1429°。

在本发明的曲面电影投影***中，所述M为3，所述N为3，所述投影***渲染模型包含了9个单独的数字投影机，每个数字投影机的水平视场角为60°、垂直视场角为60°，所有数字投影机的视场方向为等分视场角度的方向，每层数字投影机中每个单独的数字投影机的水平视场方向分别为30°、90°、150°。

在本发明的曲面电影投影***中，所述第一面为曲面、平面或者平面和曲面的组合。

在本发明的曲面电影投影***中，所述第二面为球面、圆锥曲面。

在本发明的曲面电影投影***中，设置一个球面，取球体的垂直截面，所述截面为圆形，所述截面垂直方向的轴为OZ，将所述截面水平方向0～180°的视场分为n等分，用射线OA1～OAn表示这n个视场方向，将所述半圆形截面的直径均匀的分为n等分，有P0、P1、P2......Pn-1、Pn个等分点，过所述n等分点做n条平行于OZ轴的平行线，L1、L2、L3......Ln-1、Ln，依次得出OA1与L1的交点M1、OA2与L2的交点M2、OA3与L3的交点M3......OAn-1与Ln-1的交点Mn-1、OAn与Ln的交点Mn，连接M0、M1、M2……Mn-1、Mn得到一条曲线K，将所述曲线K绕OZ轴旋转360°得到曲面B，所述第二曲面为曲面B。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为，构造一种曲面电影投影方法，包括如下步骤：

A1)成像***渲染模型渲染真实场景；

A2)投影***渲染模型渲染所述成像***渲染模型渲染的图像在渲染面上的投影；

A3)放映装置将所述投影***渲染模型最终渲染的图像通过光学镜头投影到投影屏上。

在本发明的曲面电影投影***中，所述A2)步骤投影***渲染模型中的渲染采用正交渲染的方式。

实施本发明的曲面电影投影***，具有以下有益效果，由于本发明的曲面电影投影***采用球型渲染模型，利用光路可逆性原理，真实还原空间物体的位置关系，使得图像完全无缝、平滑、连续，可真实还原球面、圆锥曲面、可以用数学模型描述的曲面以及用数学模型很难描述的但真实存在的曲面，在立体模式下能将视差平滑连续，让观众产生身临其境的感觉。由于本发明的曲面电影投影***采用简化的数字光学镜头模型，大幅节省渲染费用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是人眼视场、视角侧视图；

图2是人眼视场、视角平面图；

图3是人眼上下环视场景示意图；

图4是人眼左右环视场景示意图；

图5是0～180°视场连续积分示意图；

图6是人眼正前方实景在球面上的映射平面图；

图7是人眼正前方实景在球面上的映射侧面图；

图8是人眼正前方实景在球面上的映射透视图；

图9是球幕计算的简化数字模型侧视图；

图10是球幕计算的简化数字模型平面图；

图11是球幕计算的简化数字模型透视图；

图12是球幕光路示意图、侧视图；

图13是球幕光路示意图、平面图；

图14是用于球幕***的光学镜头模型示意图；

图15是球幕、光学镜头、成像面***示意图；

图16是球面上的定位点示意图；

图17是球面通过光学镜头成像示意图；

图18是球面通过普通数字镜头成像示意图；

图19是球面通过光学镜头成像与普通数字镜头对比；

图20是光路可逆性原理示意图；

图21是计算机渲染总体模型平面图；

图22是计算机渲染总体模型侧视图；

图23是计算机渲染总体模型透视图；

图24是计算机渲染成像***总图；

图25是球面沿经线分割的7个单元之一示意图；

图26是球面沿纬线分割的3种类型；

图27是u单元的球面在计算机中的渲染成像示意图；

图28是m单元的球面在计算机中的渲染成像示意图；

图29是d单元的球面在计算机中的渲染成像示意图；

图30是计算机渲染投射***总图；

图31是u单元图像经过投射***投射到球面上的范围；

图32是m单元图像经过投射***投射到球面上的范围；

图33是d单元图像经过投射***投射到球面上的范围；

图34是半球的正交渲染示意图；

图35是数字光学镜头的数学模型；

图36是数字光学镜头的渲染模型。

具体实施方式

本发明：用的是球型渲染模型，采用光路可逆性原理，真实还原空间物体的位置关系，图像完全无缝、平滑、连续，能适用于球面、圆锥曲面、可以用数学模型描述的曲面、用数学模型很难描述的但真实存在的曲面等。在立体模式下能将视差平滑连续。现有技术下也可以用光路追踪的算法去模拟曲面，但是渲染费用巨大，用简化模型将大幅节省渲染费用。

假设人的左右眼处于同一水平高度。为了模拟人眼环视四周场景的视野范围，建立一个简单的数学模型，如图5。该图表示若以人眼C为源点，向空间某一方向口划出一个无限小的立体角dω，对应球面上的一个截面ds，球的半径为r，则有如下关系：dω＝ds/r2，整个空间的立体ω＝4π球面度，它是人眼视场的连续积分。为了表现人眼正前方的真实场景，假设场景中的真实物体都在以人眼为圆心的球面上有一个投影，当在人眼的位置录制下该图像，然后再从该位置播放到同一个球面上，人眼位于该球面的球心上观看时就可以产生观看真实场景的感觉，如图6、7、8所示。从图6、7中可以看到，如果空间中的海面、船、飞机、桥在以人眼为圆心的球面上有一个投影，该投影可以让人产生看到真实场景的感觉，观众会看到海面、船、飞机、桥位于它们正确的位置上。本发明的基本原理，就是以观众眼睛的位置，视场和视角录制下观众所看到的场景，然后再播放到以观众眼睛位置为球心的一段球面上。当观众在该球幕前的有效位置观看时，可以还原他或她看到的真实场景的感觉。投影的图像可以是实际拍摄的，模拟的方式由于受到设备条件的限制(例如：使用各种吊臂、支架、滑轨、各种行走设备等)，一般只能拍摄一些浏览式的或飞行的场景，由于受浏览设备或飞行安全的限制，不能拍摄到极端惊险刺激的画面，通常在低成本制作时选择该方式。也可以是用计算机技术制作的，其载体可以是胶片、录像带、磁盘、硬盘或其它数字移动存储设备。为保证播放到球幕上影像的正确性，首先要知道播放机的光学镜头的特性，每个超广角镜头都有一个非常复杂的数学模型和镜头材质特性，如果在计算机中建立这个镜头的数学模型和材质特性来渲染场景，将带来非常巨大的渲染费用。如果采用实际拍摄的图像投影，制作的图像是非常有限的。

本发明的实施例中，就是以观众眼睛的位置，视场和视角录制下观众所看到的场景，然后再播放到以观众眼睛位置为球心的一段球面上。当观众在该球幕前的有效位置观看时，可以还原他或她看到的真实场景的感觉。如图12、13所示，表述了球幕模型的光路示意。图中所示的摄影机镜头必须具有在0～160°左右的超广角，并且要有连续、均匀的视场分布特性。在放映时，放映机前所使用的镜头一定为光学镜头，该光学镜头是通过特殊设计的，可以是世界上任何一家镜头生产厂家生产的超广角镜头，与图14中所描述的光学镜头模型相类似，都是共轴球面光学***，

图15具体描述了球幕、光学镜头、成像面、实物、成像面上的实像之间的关系。分两步描述：第一步，在没有球幕的情况下，建筑物M′M通过光学镜头在成像面上成的实像为N′N；第二步，当在光学镜头前放置一个球面，当成像面上的实像N′N被投射到球面上时会在球面上产生一个图像P′P。当观看者站在镜头前观看到球面上的图像P′P时，他或她应该感觉是看到了真实的建筑物M′M，因为保证了视场方向、视角、观察点的高度一致，保证了正确的透视关系。通过实验，拍摄下成像面上的实像，通过对该实像的分析，可以获得一些数据，这些数据可以作为数字光学镜头的设计参考。

将图15中所示***的球面作上标记定位点。标记定位点这样定义：将球面的经线、纬线方向等分成n等分，这些等分的经线和纬线的交点就是球面上的标记定位点，如图16所示。利用图15所示的***，拍摄下球面在成像面上所成的实像。如图17所示，使用是163°、17mm的超广角光学镜头，图中可以清晰的看到许多标记定位点。如果把拍摄到的实像再投回到球幕上的话它们将和球幕上的标记定位点一一对应的重合。将普通数字摄影机的参数设成与光学超广角镜头一样，即163°的超广角，在计算机中建立如图15所示的模型，球面制作成如图16所示，标记定位点也如图16相同，当用普通数字摄影机代替图15中的光学镜头和成像面，渲染该球面时，得到一个如图18所示的图像，该图像就是球面通过普通数字超广角镜头成的像，很显然同一个球面它通过特定的光学镜头成的像与它通过普通数字镜头成的像是完全不同的。从图17中可以分析出特定光学镜头的成像特点：在实际应用中所有特定的超广角镜头都不太可能达到180°，因为180°代表了无限远的水平和垂直视点，它们无法在成像面上成像。但是图17中的X1、X2、M0、Y1、Y2可以无限接近水平、前方、上下的无限远点，也即X1-M0-X2代表水平方向无限远处一条无限长的直线，Y1-M0-Y2代表垂直方向无限远处一条无限长的直线。

从图17中可以看出球面上的标记定位点在成像面上成的像被均匀的分布在一个圆面里，圆面的圆心、球面的球心、特定光学镜头的镜头中心是完全重合的，这就意味着以镜头中心为原点的镜头正前方的半球空间的视场被均匀分割，这是接近完美的球形成像方案，它可以保证某个物体，如果它处于镜头正前方的半球空间内，当它和镜头中心点的直线距离一定时，他可以在成像面上获得大体相同的有效成像面积，避免图像的剧烈拉伸。

从图18中可以看出普通数字超广角镜头的成像特点：越接近与镜头中心线垂直的视场方向，越拉伸的厉害。其缺点是镜头中心线附近的视场方向上的物体的有效成像面积较小，而该区域又是观看场景的重点区域，较小的成像面积将直接导致不能获得足够的图像分辨率。

图19表述了球面通过光学镜头成像与普通数字镜头成像的对比效果。采用普通数字镜头成像会得到失真的图像，本发明要解决的问题之一就是要创建一个简化的数字镜头模型，使它具有与特定的光学镜头相同的光学特性，减低计算量，降低渲染费用，解决的方法会在后面的介绍中提到。

如图9所示，因为人的双眼位于同一水平线上，60°张角的摄影机可以真实的反映人眼的透视，所以将上下0～180°的视场范围3等分每一份为60°，用3个60°张角的摄影机可以简单的模拟人眼上下环视场景时的效果。在水平方向上，由于人眼的瞳距有55mm～74mm，当它们左右环视0～180°的场景时，会产生连续的视差变化，即左右眼看到的场景有细微的差别。如果还是将水平方向0～180°视场3等分的话，摄影机拍摄的左右眼的场景图像会产生让人不适的跳变，所以必须考虑人眼的最佳视场范围，取20°左右的较大值，本发明在水平方向0～180°的连续视场采用7个视场方向来模拟，这是视场连续的最小数量，如图10所示。由此得知可以用水平7个视场方向，垂直3个视场方向，共3x7＝21个视场方向，来模拟观众正前方0～180°范围的连续视场方向，使观看者感觉不到视场的跳变。同时大大简化了视场连续积分的模型。如图11所示。

本发明所说的数字镜头模型并不是一个简单意义上的镜头，它是由许多计算机图形学的算法模型元素组成，它实际上更接近于一种渲染图像算法。其最终成像效果相当于本发明中特定的超广角光学镜头的成像效果，它在计算机图形制作软件中表现为两个渲染模型。第一个模型用来模拟拍摄人眼环视正前方0～180°半球范围场景的图像；第二个模型用来将第一个模型拍摄到的系列图像一一对应的投影到一个特殊计算的曲面上，当正交渲染该曲面时得到的图像相当于本发明中特定的光学镜头拍摄到的图像效果。

下面重点阐述本发明的数字镜头模型。首先来看一下光路的可逆性。在图20中人眼、摄影机、投影机的三个中心是重合的，并且它们的中心线也是重合的。人眼正前方的物体M′M发射了两束射线被摄影机拍下，然后投影机再以同样的角度投射出去，这时在光路中放入屏幕，投影机会在屏幕上投影一个像m′m，当人眼观察该图像时会看到m′m和M′M是完全重合的。如果是平面图像，人眼将会通过透视判断物体的远近，如果是立体图像人眼将会精确的定位该物体，这就是通常所说的光路的可逆性。

本发明专利最重要的部分就是前面提到的两个渲染模型。如图21、22、23中所示，表述的是计算机渲染模型的总图，它包括了两个渲染模型，一个成像***渲染模型，一个投射***渲染模型。无论是成像***还是投射***都包含了上、中、下三层摄影机或投影机，每层又包含了7个单独的摄影机或投影机，也就是说整个渲染模型包括了21个摄影机和21个投影机，并且它们的视场方向一致，中心完全重合并位于半球球面的球心。整个渲染模型中的摄影机单元和投影机单元，可以把它们理解为两个参数完全相同的，但光线方向完全互逆的单元。摄影机接受光线，投影机投射光线，它们互逆的完成球形空间的光能传递方式，它们的参数如下：水平视场角：180°÷7＝25.7142857°；垂直视场角：60°；上、中、下三层用：u、m、d表示；水平方向从0～180°7个方向用：01、02、03、04、05、06、07表示，摄影机用C表示，投影机用P表示，则它们有下表的对应关系：

把上、中、下三层后缀为01的摄影机和投影机叫01组，后缀为02的叫02组......可以得到01～07个组。每组中u、m、d三层的垂直视场方向如图22所示：u为+60度、m为0度、d为-60度。01～07组的水平视场方向如图21所示：

 

组名	01	02	03	04	05	06	07
								水平视场方向	12.8571°	38.5714°	64.2857°	90°	115.7143°	141.4286°	167.1429°

图23给出了计算机渲染模型的总体透视图。接下来分别阐述成像***渲染模型和投射***渲染模型。成像***渲染模型的主要任务是模拟人眼上下左右环视正前方0～180°范围内的半球区域，并按21个视场方向渲染出人眼所看到的景象，以最优化方式模拟人眼的连续视场变化。图24表示了计算机渲染成像***的总图。

图25表示以球心为中心点沿经线方向分割的7个等分单元之一，它主要表示垂直方向的视场分割方式的一个单元，该单元由3台摄影机模拟拍摄。图26表示了一个球面纬线分割单元的三种分割类型，垂直180°的范围被等分为u、m、d三种类型，每种类型的垂直视场角为60°水平视场角25.7142857°。图27、28、29表示从数字摄影机渲染的上、中、下球面的图像，其中阴影部分表示渲染的有效区域，图中O点是视场中心点。由于计算机图形学软件只能渲染平面图像，所以只能渲染球面在平面上的映射，渲染图像和人眼看到的图像很接近，垂直视场角为60°，水平视场角25.7142857°。渲染图像的宽高比满足以下比例关系：宽：高＝25.7142857：60＝0.428571：1

在计算机图形学软件中的高宽比是用分辨率表示的，所以u、m、d三个部分球面的渲染图像分辨率应为429 x 1000或是它的倍数，比如：n(429 x 1000)，n为倍率系数。通过计算机渲染成像***，可以模拟人眼的环视效果，得到上、中、下各7张共21张渲染图像。它们的图像分辨率满足n(429 x 1000)，并且与投影机成一一对应的关系。

投影***渲染模型的主要任务就是要把成像***渲染的图像，一一对应的投射到球面上，并要保证光路的可逆性，也即投射***要保证图像完美的拼接在球面上。

图30是投射渲染模型的总图，投影***的投射单元与成像***的成像单元具有一一对应的关系。图31、32、33分别表述了成像***渲染的u、m、d图像，经过投射***投影到它们所对应曲面上的范围。

为了保证光路的可逆性，投射***的投射单元必须具有以下光学特性：垂直视角＝60°；水平视场角＝25.7142857°。当投射***的投射单元具有以上光学特性时可以认为投射***的投射单元与成像***的成像单元是互逆的，这种互逆性是本发明专利强调的重点。所列举的光学特性只是一个优选的实例。

图34表述了一个半球在计算机图形学软件中的正交渲染图像，即将21个数字摄影镜头渲染的图形合成后的正交渲染图像，显然它的图像是有变形的，中间的部分被拉伸两边的部分被压缩，和图17采用光学镜头得到的均匀的图形是不同的。本发明要解决的问题就是如何还原图像，使采用数字镜头渲染的图像与光学镜头渲染的图像相同。本发明构造一个曲面，把球面上的图像完美的映射到一个曲面上，当正交渲染该曲面时得到的渲染图像同通过光学镜头渲染该球面的图像相同。

结合图35所示，描述如何在计算机图形学软件中进行实际制作该曲面，将水平方向0～180°的视场分为n等分，用射线OA1～OAn表示这n个视场方向，如图35所示。然后将球的直径均匀的分为n等分，有P0、P1、P2......Pn-1、Pn个等分点，过这些等分点可以做n条平行于OZ轴的平行线，L1、L2、L3......Ln-1、Ln，这n条平行线表示了正交视图的视场分布。依次求出OA1与L1的交点M1、OA2与L2的交点M2、OA3与L3的交点M3......OAn-1与Ln-1的交点Mn-1、OAn与Ln的交点Mn，并且连接M0、M1、M2……Mn-1、Mn得到一条曲线，如图35所示。把它叫做曲线K。

接下来分析一下曲线K，它并不是圆锥曲线，因为它没有焦点。但是从O点发出的n条射线OA0、OA1、OA2......OAn-1、OAn与曲线K的交点M0、M1、M2……Mn-1、Mn，是0～180°水平视场均匀等分n份的射线在曲线K上的映射。当正交投影该映射M0、M1、M2……Mn-1、Mn到半圆的直径上时，可以得到P0、P1、P2......Pn-1、Pn个映射点，它们均匀的等分直径为n等分。因此可以把水平方向0～180°视场方向等分到一条水平线上。把垂直方向0～180°视场方向等分到一条垂直线上。当绕图35中的OZ轴旋转曲线K，就可以产生一个曲面B，曲面B即为渲染面，如图36所示。该曲面具有如下特性：当本发明的投射***将光线投影到该曲面上时，如果正交渲染该曲面，将得到如同本发明中使用的特定光学镜头渲染半球球面所得到的图像，也就是说完全实现了光路互逆转换。图36表示了数字光学镜头的最终渲染模型。正交渲染摄影机的分辨率设为4096 x 3592，这是相对于70mm，10片孔的播放设备计算的结果，是本发明的优选方式。

如果考虑到进一步的节省渲染费用，也可以把水平方向的视场等分数降低，最低可以降低到3等分，本发明的另一个实施例就是用水平方向3个视场方向，垂直方向3个视场方向，共3×3＝9个视场方向，来模拟观众正前方0～180°范围的连续视场方向。这种实施方式所对应的成像***渲染模型包括上中下三层摄影机，每层又包括三个单独的摄影机，投影***渲染模型与成像***渲染模型一一对应，也包括上中下三层投影机，每层又包括三个单独的投影机，投影机和摄影机视场方向一致，中心完全重合，光路可逆。01～03组的水平视场方向如下：

 

组名	01	02	03
				水平视场方向	30°	90°	150°

这种简化方式会产生一些视场跳变，但是还基本可以接受，但可以进一步降低渲染费用。

本发明的球幕的内表面采用特殊的金属反射材料制成，其内表面用金属材料连接成一个整体的半球，内表面被均匀的喷涂，从而保持反光的均匀。

本发明提到的技术和装置可以广泛的应用于电影领域，它可以是模拟方式录制，也可以是数字方式制作。人们还可以用本发明提及的技术与装置进行立体制作和放映。

本发明还可以有其他的实施方式，渲染面为曲面B的一部分，投影屏为球面的一部分，渲染面和投影屏的视场角度一致。

对于由普通的数字镜头组成的成像***渲染模型，其渲染的图像会产生变形，将渲染面保持不变(为曲面B，或者曲面B的一部分)来还原其产生的变形，投影屏在渲染面的视场方向后方，投影屏的视场角度渲染面的视场方向及角度与投影屏的视场方向及角度一致即可。在保证前述条件的前提下，本发明还可以有其他的实施方式，例如投影屏为半球面或半球面的一部分，渲染面为曲面B的一部分。投影屏还可以是平面，平面和曲面的结合，任意曲面或任意曲面的一部分，渲染面还可以是球面或圆锥曲面或圆锥曲面的一部分。

无论是成像***还是投射***还可以有如下排列方式：上下M层摄影机或投影机，每层又包含了N个单独的摄影机或投影机，也就是说整个渲染模型可以包括M×N个摄影机和M×N个投影机，M和N为任意正整数即可。

Claims (15)

1、一种曲面电影投影***，其特征在于，包括渲染面，投影屏，渲染真实场景的成像***渲染模型，渲染所述成像***渲染模型渲染的图像在所述渲染面上的投影的投影***渲染模型，将所述投影***渲染模型最终渲染的图像通过光学镜头投影到所述投影屏上的放映装置，所述投影屏为第一面或第一面的一部分，所述渲染面为第二面或第二面的一部分，所述第一面在所述第二面的沿观察者的眼睛到投影屏的视场方向的后方，从观察者的眼睛到所述渲染面的视场方向及角度与到所述投影屏的视场方向及角度一致，所述投影***渲染模型渲染真实场景在所述第二面上的映射再通过所述放映装置投影到所述投影屏上正好还原所述成像***渲染模型渲染的图像产生的变形。

2、根据权利要求1所述的曲面电影投影***，其特征在于，所述成像***渲染模型与所述投影***渲染模型分别包括摄影机和投影机，摄影机和投影机的视场方向一致，中心完全重合，光路可逆。

3、根据权利要求1所述的曲面电影投影***，其特征在于，所述成像***渲染模型包括上下M层数字摄影机，每层又包含了N个单独的数字摄影机，所述M、N为正整数。

4、根据权利要求3所述的曲面电影投影***，其特征在于，所述M为3，所述N为7，所述成像***渲染模型共包含了21个单独的数字摄影机。

5、根据权利要求4所述的曲面电影投影***，其特征在于，每个数字摄影机的水平视场角为25.7142857°、垂直视场角为60°，所有数字摄影机的视场方向为等分视场角度的方向，每层数字投影机中每个单独的数字投影机的水平视场方向分别为12.8571°、38.5714°、64.2857°、90°、115.7143°、141.4286°、167.1429°。

6、根据权利要求3所述的曲面电影投影***，其特征在于，所述M为3，所述N为3，所述成像***渲染模型包含了9个单独的数字摄影机，每个数字摄影机的水平视场角为60°、垂直视场角为60°，所有数字摄影机的视场方向为等分视场角度的方向，每层数字摄影机中每个单独的数字摄影机的水平视场方向分别为30°、90°、150°。

7、根据权利要求1所述的曲面电影投影***，其特征在于，所述投影***渲染模型包括上下M层数字投影机，每层又包含了N个单独的数字投影机，所述M、N为正整数。

8、根据权利要求7所述的曲面电影投影***，其特征在于，所述M为3，所述N为7，所述投影***渲染模型包含了21个单独的数字投影机。

9、根据权利要求8所述的曲面电影投影***，其特征在于，每个投影***渲染模型的水平视场角为25.7142857°、垂直视场角为60°，所有数字投影机的视场方向为等分视场角度的方向，每层数字投影机中每个单独的数字投影机的水平视场方向分别为12.8571°、38.5714°、64.2857°、90°、115.7143°、141.4286°、167.1429°。

10、根据权利要求7所述的曲面电影投影***，其特征在于，所述M为3，所述N为3，所述投影***渲染模型包含了9个单独的数字投影机，每个数字投影机的水平视场角为60°、垂直视场角为60°，所有数字投影机的视场方向为等分视场角度的方向，每层数字投影机中每个单独的数字投影机的水平视场方向分别为30°、90°、150°。

11、根据权利要求1所述的曲面电影投影***，其特征在于，所述第一面为曲面、平面或者平面和曲面的组合。

12、根据权利要求1所述的曲面电影投影***，其特征在于，所述第二面为球面、圆锥曲面。

13、根据权利要求1-11任何一项中所述的曲面电影投影***，其特征在于，设置一个球面，取球体的垂直截面，所述截面为圆形，所述截面垂直方向的轴为OZ，将所述截面水平方向0～180°的视场分为n等分，用射线OA1～OAn表示这n个视场方向，将所述半圆形截面的直径均匀的分为n等分，有P0、P1、P2......Pn-1、Pn个等分点，过所述n等分点做n条平行于OZ轴的平行线，L1、L2、L3......Ln-1、Ln，依次得出OA1与L1的交点M1、OA2与L2的交点M2、OA3与L3的交点M3......OAn-1与Ln-1的交点Mn-1、OAn与Ln的交点Mn，连接M0、M1、M2……Mn-1、Mn得到一条曲线K，将所述曲线K绕OZ轴旋转360°得到曲面B，所述第二曲面为曲面B。

14、一种曲面电影投影方法，其特征在于，包括如下步骤：

A1)成像***渲染模型渲染真实场景；

A2)投影***渲染模型渲染所述成像***渲染模型渲染的图像在渲染面上的投影；

A3)放映装置将所述投影***渲染模型最终渲染的图像通过光学镜头投影到投影屏上。

15、根据权利要求14所述的曲面电影投影方法，其特征在于，所述步骤A2)中的渲染采用正交渲染的方式。

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