CN107239143A - 一种采用小间距led屏幕的cave显示***及方法 - Google Patents

一种采用小间距led屏幕的cave显示***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用小间距LED屏幕的CAVE***显示方法，该方法包括以下步骤：红外跟踪***采集眼镜上红外标记点的坐标位置；利用所述坐标位置估算出用户双眼的位置；将所述用户双眼的位置发送给多通道控制服务器；所述多通道控制服务器根据所述位置，计算得到所述四个通道渲染服务器的画面控制信号，并将所述画面控制信号分别发送给所述四个通道渲染服务器，以实现把校准好的画面显示在所述小间距LED屏幕上。通过本发明的技术方案，小间距LED显示屏自体发光，不受环境光线限制；显示画面色彩饱和度高、显示屏间拼接无缝、使用寿命长、可拆卸好运输。如果它可应用于CAVE***中，就可以大大减少现有CAVE***中各种终端显示的局限性。

Description

一种采用小间距LED屏幕的CAVE显示***及方法
技术领域
本发明涉及数据显示技术领域，具体涉及一种采用小间距LED屏幕的CAVE显示***及方法。
背景技术
CAVE***可以应用于任何具有沉浸感需求的虚拟仿真应用领域。例如，虚拟设计与制造，虚拟演示，协同规划等等，应用十分广泛。现有的大部分CAVE***中，虚拟显示空间的墙壁通常由背投影墙组成。地面部分的显示除了可以进行背投，还可以在显示空间上方安置投影仪投影到地面上。而随着技术的发展，也出现了由LCD 3D拼接屏或大尺寸LCD 3D屏代替投影显示的技术。
现有技术中两种常见的CAVE***。
(一)基于背投影墙的CAVE***
CAVE***虚拟显示空间是由3个面以上(含3面)硬质背投影墙组成。***利用多通道视景同步技术，在投影墙上显示整个三维场景内容。用户站在虚拟显示空间内，并佩戴用于观看影墙三维成像的空框眼镜，其中空框眼镜上附着红外标记点。在虚拟显示空间的角落上分别放置红外摄像头。由于空框眼镜上红外标记点的位置和用户的人眼位置相距不大，对比整个***的规格，可以忽略不计，从而***利用红外摄像头获取红外标记点的位置参数以获取用户双眼的位置参数。***根据获得的用户双眼位置参数，调整影墙图像以匹配用户观看的当前位置(例如：离影墙近画面就会放大，离影墙远画面就会缩小)。并且结合画面校准***，校准折角处的画面，使显示图像不会产生畸变。
(二)基于LCD 3D拼接屏或基于大尺寸LCD屏的CAVE***
该技术原理和技术(一)基本一致，但虚拟显示空间由背投影墙替换成LCD 3D拼接屏或大尺寸LCD屏构成(除地屏)，并且改变成显示相匹配的渲染通道和拼接处理器。
然而，现有技术中的CAVE***存在以下缺点：
技术(一)中由背投影墙构成虚拟显示的CAVE***需要在环境较暗才能看清，对环境光线要求高。并且显示画面的色彩饱和度不高，观看效果不佳。投影机寿命较短。
技术(二)中基于LCD 3D拼接屏或基于大尺寸LCD屏的CAVE***，虽然比起背投影墙不需要对环境光线有过高的要求，色彩饱和度也更高，但是长期使用，会造成单元间亮度与色彩衰减不一致，并不可恢复。此外LCD屏间还有物理拼缝，影响观看效果。大尺寸LCD屏还存在不好运输的问题。
随着显示屏制造技术的提高，出现了小间距LED显示屏。小间距LED显示屏自体发光，不受环境光线限制；显示画面色彩饱和度高、显示屏间拼接无缝、使用寿命长、可拆卸好运输。如果它可应用于CAVE***中，就可以大大减少现有CAVE***中各种终端显示的局限性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种采用小间距LED屏幕的CAVE***显示方法，该方法包括以下步骤：
1)红外跟踪***采集眼镜上红外标记点的坐标位置；
2)利用所述坐标位置估算出用户双眼的位置；
3)将所述用户双眼的位置发送给多通道控制服务器；
4)所述多通道控制服务器根据用户双眼的位置，计算得到四个通道渲染服务器的画面控制信号，并将所述画面控制信号分别发送给所述四个通道渲染服务器，以实现把校准好的画面显示在所述小间距LED屏幕上，使用户体验沉浸式虚拟环境。
根据本发明的实施例，优选的，所述眼镜为空框眼镜，所述空框眼镜附有两个红外标记点，对应用户双眼，所述红外跟踪***通过跟踪所述空框眼镜上的红外标记点获得空框眼镜的坐标位置，从而确定用户双眼的位置。
根据本发明的实施例，优选的，所述小间距LED屏幕由位于用户正面，左、右两侧及地面的四面小间距LED屏幕组成，所述四个通道渲染服务器分别用于控制所述四面小间距LED屏幕的显示。
根据本发明的实施例，优选的，所述红外跟踪***由安装于所述四面小间距LED屏幕角落的多个红外摄像头组成。
根据本发明的实施例，优选的，所述小间距LED屏幕为自体发光，不受环境光线限制，显示屏间拼接无缝。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种采用小间距LED屏幕的CAVE***显示***，该***包括：空框眼镜、多通道控制服务器、多个通道渲染服务器、多个小间距LED显示屏、网络交换机、动捕电脑和红外跟踪***；
所述红外跟踪***跟踪得到所述空框眼镜的坐标位置，并发送给所述网络交换机；
所述动捕电脑通过所述网络交换机获取所述坐标位置，得到用户双眼的位置参数；
将所述位置参数通所述网络交换机传输给所述多通道控制服务器；
所述多通道控制服务器把所述位置参数匹配到虚拟环境，计算得到所述多个通道渲染服务器的画面控制信号；
分别将所述画面控制信号发送给所述四个通道渲染服务器，以实现把校准好的画面显示在所述小间距LED屏幕上。
根据本发明的实施例，优选的，所述多个小间距LED屏幕包括位于用户正面，左、右两侧及地面的四面小间距LED屏幕组成，所述四个通道渲染服务器分别用于控制所述四面小间距LED屏幕的显示。
根据本发明的实施例，优选的，所述红外跟踪***由安装于所述四面小间距LED屏幕角落的多个红外摄像头组成。
根据本发明的实施例，优选的，所述空框眼镜附有两个红外标记点，对应用户双眼，所述红外跟踪***通过跟踪所述空框眼镜上的红外标记点获得空框眼镜的坐标位置，从而确定用户双眼的位置。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种计算机存储介质，其包括计算机程序指令，当执行所述计算机程序指令时，执行上述方法之一。
通过本发明的技术方案取得了以下技术效果：
本发明区别于现有的CAVE***，虚拟显示空间适用于光线较强的环境，可实际应用在明亮的室内环境，甚至室外环境；虚拟显示空间画面色彩饱和度高，显示屏间拼接无缝，给用户很好的观看效果；使用寿命长。
附图说明
图1是现有本发明***构成图
图2是本发明的控制流程图
具体实施方式
<本发明的***架构>
如图1，本发明的虚拟显示空间由四块小间距显示屏组成，小间距显示屏具有以下特点：自体发光、不受环境光线限制；显示画面色彩饱和度高、显示屏间拼接无缝、使用寿命长。在小间距显示屏的空间角落安置多个红外摄像头；摄像头的个数可以从至少3个到多个，具体根据具体需求而定，优选的，摄像头个数为八个。有若干红外标记点附着在空框眼镜上。此外还需要有四个独立的三维通道渲染服务器，多通道控制服务器，动捕电脑和红外跟踪***以及网络交换机。所述多通道控制服务器用于接收用户双眼的位置信息，并根据该位置信息生成用于控制四个小间距显示屏的画面控制信号，并将四个画面控制信号发送给四个通道渲染服务器，以分别对所述四个小间距显示屏的显示进行控制。
动捕电脑通过网络交换机获取由多个红外摄像头(优选为八个)得到空框眼镜上的红外标记点的位置参数，从而间接得到用户双眼的位置参数。在每个空框眼镜的镜框上设置两个距离固定的标记点，例如红外LED。红外摄像头获取的图像中，红外LED在绝大多数情况下是最亮的点，取合适阈值，就可以把LED位置与背景分开。获取的LED在图像中的位置，反映了用户相对于摄像头的水平角度和用户高度，而两个LED之间的距离，则反映了用户离摄像头的距离。这样，相当于获得了以摄像头为原点的圆柱坐标系内的用户坐标。结合摄像头自身位置坐标，经过简单的坐标系变换，就可以获得用户的绝对坐标。单台红外摄像头因为视角有限，无法完成360°位置捕捉的任务，可以用几台进行视场的拼接。也可以使用环带相机，则一台就可以实现360°位置捕捉的任务，原理与红外摄像头相同。利用电脑中的Motive Tracker，将用户双眼的位置参数信息通过交换机传输给四个通道渲染服务器和多通道控制服务器。所述多通道控制服务器与所述动捕电脑可整合在同一电脑中，也可以分别由不同的电脑实现其功能。
CAVE***使用多摄像头红外定位***通过拍摄附着在空框眼镜上的红外标记点，读取用户双眼的位置参数。CAVE***根据用户双眼位置的变化，分别调整显示空间的图像以匹配用户观看的当前位置(例如：离显示屏近画面就会放大，离显示屏远画面就会缩小)。并且结合画面校准***，校准折角处的画面，使显示空间图像不会产生畸变。其中显示空间图像是由四个独立的三维渲染服务来输出显示的。CAVE***把已校准好画面显示在小间距显示屏上。
<本发明的方法流程>
如图2，本发明公开了一种采用LED 3D屏幕的CAVE***显示方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1，采集空框眼镜上红外标记点的坐标位置。
CAVE***使用多摄像头红外定位***通过拍摄附着在空框眼镜上的红外标记点，读取用户双眼的位置参数。在每个空框眼镜的镜框上设置两个距离固定的标记点，例如红外LED。红外摄像头获取的图像中，红外LED在绝大多数情况下是最亮的点，取合适阈值，就可以把LED位置与背景分开。获取的LED在图像中的位置，反映了用户相对于摄像头的水平角度和用户高度，而两个LED之间的距离，则反映了用户离摄像头的距离。这样，相当于获得了以摄像头为原点的圆柱坐标系内的用户坐标。结合摄像头自身位置坐标，经过简单的坐标系变换，就可以获得用户的绝对坐标。
步骤S2，利用所述坐标位置估算出所述用户双眼的位置。
动捕电脑通过网络交换机获取由多个红外摄像头(优选为八个)得到空框眼镜上的红外标记点的位置参数，从而间接得到人眼的位置参数。获取的LED在图像中的位置，反映了用户相对于摄像头的水平角度和用户高度，而两个LED之间的距离，则反映了用户离摄像头的距离。这样，相当于获得了以摄像头为原点的圆柱坐标系内的用户坐标。结合摄像头自身位置坐标，经过简单的坐标系变换，就可以获得用户的绝对坐标。
步骤S3，将所述坐标位置发送给多通道控制服务器。
***利用电脑中的Motive Tracker软件，数据通过交换机传输给四个通道渲染服务器和多通道控制服务器。
步骤S4，所述多通道控制服务器根据所述坐标位置，计算得到所述四个通道渲染服务器的画面控制信号，并将所述画面控制信号分别发送给所述四个通道渲染服务器，以实现把校准好的画面显示在所述小间距LED屏幕上。
<本发明的具体实施例>
本发明使用了利亚德点间距P1.9的小间距LED屏，搭建由正面屏，左、右屏，地屏组成的四面显示空间，视频拼接器为利亚德系列产品。为了分别渲染LED屏上的画面，还需要四台三维渲染服务器，服务器的型号为惠普系列产品。此外，还有Natural Point公司的红外跟踪***进行摄像机的空间定位，此***放包含八个红外摄像头，把它们分布在显示空间的角落。
用户把红外标记点固定在需要佩戴的空框眼镜上。P41动捕电脑通过网络交换机获取由八个红外摄像头得到用户所佩戴的空框眼镜上的红外标记点的位置参数，从而间接得到用户双眼的位置参数。***利用电脑中的Motive Tracker，数据通过交换机传输给四个通道渲染服务器和多通道控制服务器。多通道控制服务器把观众人眼的坐标信息匹配到虚拟空间中使用，使显示空间画面符合人眼真实视角，并且整个显示画面无畸变。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应保护在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用小间距LED屏幕的CAVE***显示方法，该方法包括以下步骤：
1)红外跟踪***采集眼镜上红外标记点的坐标位置；
2)利用所述坐标位置估算出用户双眼的位置；
3)将所述用户双眼的位置发送给多通道控制服务器；
4)所述多通道控制服务器根据用户双眼的位置，计算得到四个通道渲染服务器的画面控制信号，并将所述画面控制信号分别发送给所述四个通道渲染服务器，以实现把校准好的画面显示在所述小间距LED屏幕上，使用户体验沉浸式虚拟环境。
2.根据权利要求1所述的方法，所述眼镜为空框眼镜，所述空框眼镜附有两个红外标记点，对应用户双眼，所述红外跟踪***通过跟踪所述空框眼镜上的红外标记点获得空框眼镜的坐标位置，从而确定用户双眼的位置。
3.根据权利要求1所述的方法，所述小间距LED屏幕由位于用户正面，左、右两侧及地面的四面小间距LED屏幕组成，所述四个通道渲染服务器分别用于控制所述四面小间距LED屏幕的显示。
4.根据权利要求3所述的方法，所述红外跟踪***由安装于所述四面小间距LED屏幕角落的多个红外摄像头组成。
5.根据权利要求1所述的方法，所述小间距LED屏幕为自体发光，不受环境光线限制，显示屏间拼接无缝。
6.一种采用小间距LED屏幕的CAVE***显示***，该***包括：空框眼镜、多通道控制服务器、多个通道渲染服务器、多个小间距LED显示屏、网络交换机、动捕电脑和红外跟踪***；
所述红外跟踪***跟踪得到所述空框眼镜的坐标位置，并发送给所述网络交换机；
所述动捕电脑通过所述网络交换机获取所述坐标位置，得到用户双眼的位置参数；
将所述位置参数通所述网络交换机传输给所述多通道控制服务器；
所述多通道控制服务器把所述位置参数匹配到虚拟环境，计算得到所述多个通道渲染服务器的画面控制信号；
分别将所述画面控制信号发送给所述四个通道渲染服务器，以实现把校准好的画面显示在所述小间距LED屏幕上。
7.根据权利要求6所述的***，所述多个小间距LED屏幕包括位于用户正面，左、右两侧及地面的四面小间距LED屏幕组成，所述四个通道渲染服务器分别用于控制所述四面小间距LED屏幕的显示。
8.根据权利要求7所述的方法，所述红外跟踪***由安装于所述四面小间距LED屏幕角落的多个红外摄像头组成。
9.根据权利要求6所述的CAVE显示***，所述空框眼镜附有两个红外标记点，对应用户双眼，所述红外跟踪***通过跟踪所述空框眼镜上的红外标记点获得空框眼镜的坐标位置，从而确定用户双眼的位置。
10.一种计算机存储介质，其包括计算机程序指令，当执行所述计算机程序指令时，执行上述权利要求1-5之一的方法。
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