CN102117578A - 一种沉入式弧形虚拟现实显示墙 - Google Patents

一种沉入式弧形虚拟现实显示墙 Download PDF

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一种沉入式弧形虚拟现实显示墙，于虚拟现实显示技术领域。包括平板显示器、弧形图像放大导像屏和拼接框架三部分；利用弧形图像放大导像屏将平板显示器的图像位移到弧形导像屏上，在弧形导像屏上显示出弧形图像；在弧形虚拟现实显示墙的曲率确定后，弧形图像放大导像屏的显示面弧面曲率等同于弧形仿真显示墙的曲率，由平板显示器和弧形图像放大导像放大屏组成的尺寸和弧面曲率完全相同的弧形拼接单元，由尺寸、形状完全相同的弧形拼接单元通过拼接框架拼接成弧形虚拟现实显示墙。优点在于，可以实现视觉的立体感。

Description

一种沉入式弧形虚拟现实显示墙
技术领域
本发明属于虚拟现实显示技术领域，特别是提供了一种沉入式弧形虚拟现实显示墙，在作战指挥、模拟仿真、游戏显示、电视台、展览、大型公共演示等场所，有非常广泛的用途。
背景技术
三维空间的物体，籍由其反射的光线进入到人类眼睛的视网膜表面，便能够知道物体的存在与形状。人类视网膜的基本技能和照相摄影的原理类似，在我们的视网膜上密密麻麻地分布了上下左右二维的视神经细胞而且能够知道被观察物体的位置。然而，若想知道观察物体有关于深度(或立体)的感觉，单靠视网膜是不够的。从生理学和心理学的观点来看，人类眼睛在深度(或立体)感觉的来源有下列因素。
一、生理因素
1、两眼视差：人类眼睛两眼相距：平均65mm(瞳孔的距离)，最大角度解析度：约为0.5″(即1/120°)，最大的信号传输率：双眼的传输率为4.3×106bits/s，单一神经传输率率5bits/s。经由两眼不同位置得到的成像差异可以感知并判断被观察物体的深度。
2、光角：即两眼视线对以物体之交叉角，从观察者到对象物体之间的距离远近的不同，两眼视线的交叉角也跟随着改变。彼此激励较靠近的话，交叉角(光角)很大，反之，距离很远则交叉角变小。依照观测物的距离远近，两眼眼球的角度不得不跟随着做调整，于是便可以感觉出物体远近深度的距离大小。因此，在近距离时，视角的变化对于深度的贡献是相当大的，但是距离超过1000mm，由于视角的变化很小，眼睛已经无法感知物体的深度。
3、调节：人类眼睛构造中水晶体相当于照相机的对焦透镜，能够鼓起来将影像投影在视网膜的表面。依照水晶体鼓起程度的调整也可以感觉出对象物的深度远近。一般当对象物距离超过2000mm以上的时候，要藉此来感知对象物的深度将有困难。
目前市场上的显示器都是平面显示器，而人眼的最佳观看视角则是弧面的，平面显示器不是最适合人眼睛观看的显示形状。弧形显示器会将画面还原成有距离感的画面，使人在不带眼镜的前提下自然产生立体影像。
二、心理因素
1、当观察者和对象物移动时，因近景和远景的移动所产生的视差，叫单眼运动视差，单眼运动视差也能够提供观测者对于物体深度远近的感觉。
2、藉着在视网膜上成像大小的不同，即使是相同的物体也能分别出距离之远近。
3、从对象物三维空间的排列配置也可以组合出其深度和立体的感觉。
4、向远方的平行线做眺望时，也可以透过双眼而感觉出其远近的深度。
5、即使眺望远方之均匀排列的对象物，例如梯田或地表坡度等外形，也可以透过不同密度而得到深度的感觉。
6、当眺望同一对比度的远方物体，也可以从对比度减少的变化来判断物体的距离与深度。
7、从对象物依光线产生的阴影变化等可以感受到立体三维空间的外形。
目前的显示器均为平面显示器或略带凸形的CRT显像管显示器，眼睛从普通的显示器图像上感知图像的立体感均是通过心理因素来感知立体图像。从生理的视角上感知立体图像，目前在平面图像上采取发明人惠斯特和普利斯坦立体眼镜的办法包括极化区分法、时间区分法、波长区分法、空间区分法四种；目前在平面图像上采取不带眼镜观看立体图像的办法是美国发明人F.E.Ives提出的视差遮障法(Parallax Barrier)的原理。在平面图像上看到立体图像都是利用双眼的视差来实现的，由此两种方法衍生出很多实现立体显示的方法，但无论是哪种方法都改变了人双眼正常的观看习惯，增加了大脑和视神经对观看到的图像信号处理的习惯，是人很容易产生眩晕、眼睛疲劳和眼球干涩。
随着3D视频源技术的快速发展，3D显示技术已经成为制约3D技术发展的瓶颈，戴眼镜观看3D片源的弊端很早已经被人们认可，不带眼镜观看立体图像的视差遮障法技术近年来虽然发展很快，但大尺寸、高亮度、高分辨率技术仍然制约着视差遮障法技术的发展，尽管视差遮障法技术1903年就已经发明，但真正的商品化使用和推广也是近10年才开始的事情，而所开发出的产品也远远没有达到带眼镜观看能够达到的立体效果，距离大量商品化和走进家庭仍然有很长的路要走。
虚拟现实可以广泛用于飞机模拟、船舶模拟、国土安全、培训模拟、医疗模拟和娱乐等场所，模拟仿真可以对一个物体或过程进行仿真显示模拟，仿真模拟可以节约大量的实战费用，具有巨大的经济效益，如飞机模拟驾驶、汽车模拟驾驶、坦克模拟驾驶、潜艇模拟驾驶、导弹电视制导模拟仿真、仿真游戏机、仿真舞台背景等，其中制约模拟仿真发展的主要是显示***，既显示***无法完美实现软件设计显示的分辨率和无法真实再现按人视角所观察到的实战中的真实图像，从而影响了模拟仿真训练的实际效果。目前市场上使用的模拟仿真显示***主要是比利时巴可、美国科视、英国DP的前置投影显示***，一般均采用无缝边缘融合拼接技术，边缘融合拼接显示***价格非常昂贵，使用成本和维护成本也非常高，一套的价格基本上在3000万元左右，使用成本加维护成本达到2万元/小时，除非在特别重要的模拟仿真中使用，实际的推广与应用受到价格昂贵的影响，而且前置投影也不符合实际仿真的要求，影响模拟仿真的效果，开发低成本的模拟仿真显示***并采用背投影或平板显示是模拟仿真要取得广泛应用必须面对的问题，英国SIMLESS公司在2004年10月展示的采用20英寸液晶电视拼接的无缝拼接显示***如照片1所示，可以广泛用于模拟驾驶和游戏机***，其核心技术是采用SIMLESS公司的专利技术，在液晶电视拼缝的无图像处添加凸透镜，将边缘图像放大显示到无图像区域，虽然存在图像接缝处图像被放大变形的缺点，但解决了单元之间图像的连续性问题和弧形问题，使仿真的图像更接近于实际。英国SIMLESS公司的本套显示***由3台20英寸液晶电视拼接而成，但该产品为我司自2005年至今的产品研发指明了方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沉入式弧形虚拟现实显示墙，可以不带眼镜并能使人感到有强烈溶入画面的显示方法，可以广泛用于大型虚拟现实、影院等场所。
原理是根据人的双眼视差、光角、眼球调节，人的双眼对10米以内，尤其是对2米以内的深度感感觉最强，超过10米，由于视角的变化很小，眼睛已经无法感知物体的深度的人的双眼的基本机能。本发明采用视场还原的方法，利用弧形面显示图像，在不改变人双眼观看***面图像还原为摄像机和人眼观看到的图像，通过弧面的深度使画面自然形成有前后距离感和有一定深度的画面，弧形沉侵式的显示，使人有溶入图像的感应，由此可以克服采用双眼视差的方法由改变人观看习惯所带来的不适，消除人长时间观看立体图像所产生的头晕、眼睛疲劳和眼球干涩的现象。
本发明包括平板显示器、弧形图像放大导像屏和拼接框架三部分；弧形图像导像显示屏入光的平面与平板显示器的显示面必须是紧密安装的，两个平面之间的安装缝隙精度应小于0.5mm，拼接框架安装于平板显示器后面。利用弧形图像放大导像屏将平板显示器的图像位移到弧形导像屏上，在弧形导像屏上显示出弧形图像。在弧形虚拟现实显示墙的曲率(曲率半径在1.3～25米)确定后，弧形图像放大导像屏的显示面弧面曲率等同于弧形仿真显示墙的曲率，由平板显示器和弧形图像放大导像放大屏组成的尺寸和弧面曲率完全相同的弧形拼接单元，由尺寸、形状完全相同的弧形拼接单元通过拼接框架拼接成弧形虚拟现实显示墙。
本发明的所述的弧形图像放大导像屏弧形截面的面积是大于(面积边框大于0.5-2.0mm)与平板显示器面接触面的，与平板显示器加边框的面积相同。弧形图像放大导像屏与平板显示器接触面的面积与平板显示器的显示面积等同，弧形图像放大导像屏四周的加固边框安装于导像屏显示面后1mm～3mm，这样做使显示单元在拼接时可做到无缝拼接。而且边框的几何尺寸小于(0.3～0.8mm)弧形图像放大屏的最大几何尺寸，弧形图像放大导像屏由弧形光纤放大导像屏1、边框2、沉头螺钉3和钢带或铝带4组成，如图1、2、3所示。多屏拼接时，整个弧形拼接显示面的面积要大于(面积边框大于0.5-2.0mm)或等于平板显示器的面积加平板显示器边框的面积，弧形显示面四周的长度、宽度分别大于(0.5-1.0mm)或等于平板显示器的长度、宽度加平板显示器边框的宽度；多屏单层拼接时，弧形显示面拼接方向的宽度或长度大于等于平板显示器拼接方向的显示宽度或长度加平板显示器在拼接方向无图像的边框宽度。
拼接墙弧形的曲率根据人眼的视场和观看的距离来确定，观看距离越大，则弧形的直径越大，观看距离越小，则弧形的直径越小。同尺寸的平板显示器或其他类型的显示器上安装的弧形导像屏，弧形半径越大，越适合远距离观看；弧形半径越小，越适合近距离观看。同尺寸平板显示器或其他类型的显示器上安装的弧形导像屏的弧形直径越小，弧形导像屏图像边缘和图像中心的距离越大，溶入感越强，立体感也越明显。显示器尺寸越大，与之匹配的弧形图像导像屏尺寸也越大，即使在弧形显示面曲率确定的前提下，使用较大尺寸的弧形图像导像屏，弧形显示面显示的图像中心和图像边缘的深度也越大，溶入感越强，得到的图像的立体感也越大。
本发明的平板显示器是液晶显示器，也可以是其他类型的平板显示器。
由平板显示器与弧形图像放大导像屏组成弧形显示器拼接单元，弧形图像导像显示屏入光的平面与平板显示器的显示面必须是紧密安装的，两个平面之间的安装缝隙精度应小于0.5mm，如图4所示，平板显示器5通过沉头螺钉3与弧形图像放大导像屏边框上固定的钢带或铝带4连接，组成弧形虚拟现实拼接墙的显示单元，弧形虚拟现实拼接墙的显示器单元后盖上装有挂架6，如图5所示。挂架如图6所示，上有可以通过调整螺栓7调节弧形显示器拼接单元上下调整的与挂架为一体的螺母8，挂架可以将弧形拼接单元悬挂到拼接框架上。
拼接框架是将弧形显示器拼接单元固定在拼接框架上，弧形显示器拼接单元通过弧形显示器拼接单元后的挂架悬挂在拼接框架上，如图7所示。将调整螺栓7旋入弧形显示拼接单元后挂架上的螺母8，通过旋转调整螺栓7可以微调弧形显示拼接单元高低，避免因弧形显示器拼接单元或拼接框架制造误差而引起的安装精度不够而引起的拼接缝隙加大。弧形显示单元拼接墙如图8所示。
本发明的优点在于可以实现画面的弧面显示，使弧形显示面中间和两边的图像画面相对于人的眼睛产生前后的距离深度，从而使人有溶入画面的感觉，不戴眼镜也可以实现视觉的立体感。
附图说明
图1为弧形图像放大导像屏。平板显示器显示画面尺寸A、平板显示器边框尺寸B、光纤导像屏弧形放大画面尺寸C，注意：A＜B＜＝C
图2为弧形放大导像屏光纤导像屏部分。弧形光纤放大导像屏1、边框2
图3为弧形放大导像屏边缘连接的放大示意图。弧形光纤放大导像屏1、边框2、沉头螺钉3、钢带或铝带4
图4为由平板显示器与弧形图像放大导像屏紧密安装的示意图。平板显示器5
图5为代挂架的弧形显示器拼接单元。挂架6、
图6为挂架示意图。调整螺栓7、螺母8
图7为拼接框架与挂架挂接的示意图。拼接框架9
图8为弧形拼接显示墙示意图。
具体实施方式
图1～8为本发明的一种具体实施方式实施。
本发明包括平板显示器、弧形图像放大导像屏和拼接框架三部分，弧形图像导像显示屏入光的平面与平板显示器的显示面必须是紧密安装的，两个平面之间的安装缝隙精度应小于0.5mm，拼接框架安装于弧形图像放大导像屏显示面后1mm～3mm；利用弧形图像放大导像屏将平板显示器的图像位移到弧形导像屏上，在弧形导像屏上显示出弧形图像；在弧形虚拟现实显示墙的曲率(曲率半径在1.3～3.0米)确定后，弧形图像放大导像屏的显示面弧面曲率等同于弧形仿真显示墙的曲率，由平板显示器和弧形图像放大导像放大屏组成的尺寸和弧面曲率完全相同的弧形拼接单元，由尺寸、形状完全相同的弧形拼接单元通过拼接框架拼接成弧形虚拟现实显示墙。

Claims (4)

1.一种沉入式弧形虚拟现实显示墙，其特征在于，包括平板显示器、弧形图像放大导像屏和拼接框架三部分，弧形图像导像显示屏入光的平面与平板显示器的显示面必须是紧密安装的，两个平面之间的安装缝隙精度应小于0.5mm，弧形图像放大导像屏四周的加固边框安装于导像屏显示面后1mm～3mm，利用弧形图像放大导像屏将平板显示器的图像位移到弧形导像屏上，在弧形导像屏上显示出弧形图像；在弧形虚拟现实显示墙的曲率确定后，曲率半径为1.3～25米；弧形图像放大导像屏的显示面弧面曲率等同于弧形仿真显示墙的曲率，由平板显示器和弧形图像放大导像放大屏组成的尺寸和弧面曲率完全相同的弧形拼接单元，由尺寸、形状完全相同的弧形拼接单元通过拼接框架拼接成弧形虚拟现实显示墙。
2.如权利要求1所述的一种沉入式弧形虚拟现实显示墙，其特征在于，所述的弧形图像放大导像屏弧形截面的面积是大于与平板显示器面接触面的，与平板显示器加边框的面积相同；弧形图像放大导像屏与平板显示器接触面的面积与平板显示器的显示面积等同，弧形图像放大导像屏四周的加固边框安装于导像屏显示面后1mm～3mm，这样使显示单元在拼接时做到无缝拼接；而且边框的几何尺寸小于弧形图像放大屏的最大几何尺寸0.3～0.8mm，弧形图像放大导像屏由弧形光纤放大导像屏(1)、边框(2)、沉头螺钉(3)和钢带或铝带(4)组成；多屏拼接时，整个弧形拼接显示面的面积要大于或等于平板显示器的面积加平板显示器边框的面积，弧形显示面四周的长度、宽度分别大于或等于平板显示器的长度、宽度加平板显示器边框的宽度；多屏单层拼接时，弧形显示面拼接方向的宽度或长度大于或等于平板显示器拼接方向的显示宽度或长度加平板显示器在拼接方向无图像的边框宽度。
3.如权利要求1或2所述的一种沉入式弧形虚拟现实显示墙，其特征在于，由平板显示器与弧形图像放大导像屏组成弧形显示器拼接单元，平板显示器(5)通过沉头螺钉(3)与弧形图像放大导像屏边框上固定的钢带或铝带(4)连接，组成弧形虚拟现实拼接墙的显示单元，弧形虚拟现实拼接墙的显示器单元后盖上装有挂架(6)，挂架上有可以通过调整螺栓(7)调节弧形显示器拼接单元上下调整的与挂架为一体的螺母(8)，挂架(6)将弧形拼接单元悬挂到拼接框架(9)上。
4.如权利要求书1所述的一种沉入式弧形虚拟现实显示墙，其特征在于，所述的拼接框架是将弧形显示器拼接单元固定在拼接框架上弧形显示器拼接单元通过弧形显示器拼接单元后的挂架(6)悬挂在拼接框架(9)上，将调整螺栓(7)旋入弧形显示拼接单元后挂架上的螺母8，通过旋转调整螺栓(7)微调弧形显示拼接单元高低，避免因弧形显示器拼接单元或拼接框架制造误差而引起的安装精度不够而引起的拼接缝隙加大。
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