CN111103979A - 一种基于视觉焦点的分区渲染方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于视觉焦点的分区渲染方法及装置，属于图像处理技术领域。本发明通过VR设备的惯性测量单元获取实时数据，确定视觉焦点；以视觉焦点为中心，采用矩形相套模式将屏幕显示画面逐步向外划分成四个渲染区域；采用不同的渲染精度渲染上述划分的显示画面。本发明的优点在于既能保证用户对核心游戏画面清晰度的要求，同时节省了画面渲染的计算能力，可以有效减少对计算资源的占用，减少画面卡顿现象和用户眩晕感。

Description

一种基于视觉焦点的分区渲染方法及装置
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种基于视觉焦点的分区渲染方法及装置。
背景技术
VR技术通过构建三维空间的虚拟世界，提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者具有身历其境的体验，同时与该空间内的事物进行自由互动。VR以其独有的沉浸感体验和自由拟人的交互方式，使其成为除了电脑、手机外的下一代计算平台。
VR技术的发展受制于计算设备处理能力、VR头盔显示能力等综合影响，难以提供清晰度较高、时延较低的VR应用，很容易在使用过程中产生较为严重的眩晕感。
VR游戏作为VR技术落地的主要应用之一，具有较为良好的市场应用前景，伴随着5G商用落地以及VR设备无线化发展，其市场前景较为明朗。
不过现有的VR游戏，还是采用常规的单一渲染精度，不仅给计算带来较为严重的处理压力，当出现用户视觉范围出现变动会导致显示界面出现较为严重的画面卡顿，乃至影响用户无法有效聚焦到核心游戏画面上，使得用户体验大打折扣，严重打击VR的沉浸式效果。
发明内容
本发明提供了一种基于视觉焦点的分区渲染方法及装置，采用分区分精度的渲染模式，实时定位视觉焦点，动态调整区域范围，可以减少计算压力，缩短画面显示时延，能够有效提升VR显示画面的平滑程度，提高用户体验。
为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于视觉焦点的分区渲染方法，包括：
检测用户佩戴VR设备的实时数据，确定视觉焦点；
以视觉焦点为中心，根据视觉焦点的远近将屏幕显示画面由里向外划分成至少两个渲染区域；
渲染精度根据渲染区域从里向外逐步递减。
优选地，根据VR设备里的惯性测量单元所对应追踪、测试用户头部上下左右前后移动的距离以及角度，确定左右眼中心点在显示画面中的对应位置，以两个中心点的中间点为视觉焦点。
优选地，以视觉焦点为中心，采用矩形相套模式将屏幕显示画面划分成四个渲染区域，分别为：焦点区域、临近区域、周边区域、外延区域；
所述焦点区域是以视觉焦点为中心，向四周外延并与总显示屏幕的边界平行所构成的矩形区域；所述焦点区域包含左右眼中心点在屏幕中的对应位置，焦点区域的视场角范围为（0，20°］；
所述临近区域是指从焦点区域向外延伸，长宽小于总显示屏幕的区域，临近区域的面积大于焦点区域；所述临近区域的视场角范围为（20°,40°］；
所述周边区域是指从临近区域向外延伸，长宽略大于总显示屏幕的区域，所述焦点区域+临近区域+周边区域的范围总和比总显示屏幕大15%-20%；
所述外延区域是指除周边区域之外，不在当前视觉范围的区域；所述外延区域比其余三个区域的范围总和大40%。
进一步优选地，所述焦点区域的渲染精度等于屏幕的最高分辨率，剩下三个渲染区域的渲染精度从里向外按照（0,1）区间的递减系数等比递减。
优选地，当用户的视觉焦点发生变化，产生新的视觉焦点出现在周边区域和外延区域时，重置视觉焦点、重置渲染区域、重置渲染精度。
一种基于视觉焦点的分区渲染装置，包括：
测量模块，检测用户佩戴VR设备的实时数据，确定视觉焦点；
划分模块，以视觉焦点为中心，根据视觉焦点的远近将屏幕显示画面由里向外划分成至少两个渲染区域；
渲染模块，渲染精度根据渲染区域从里向外逐步递减。
优选地，所述测量模块根据VR设备里的惯性测量单元所对应追踪、测试用户头部上下左右前后移动的距离以及角度，确定左右眼中心点在显示画面中的对应位置，以两个中心点的中间点为视觉焦点。
优选地，所述划分模块以视觉焦点为中心，采用矩形相套模式将屏幕显示画面划分成四个渲染区域，分别为：焦点区域、临近区域、周边区域、外延区域；
所述焦点区域是以视觉焦点为中心，向四周外延并与总显示屏幕的边界平行所构成的矩形区域；所述焦点区域包含左右眼中心点在屏幕中的对应位置，焦点区域的视场角范围为（0，20°］；
所述临近区域是指从焦点区域向外延伸，长宽小于总显示屏幕的区域，临近区域的面积大于焦点区域；所述临近区域的视场角范围为（20°,40°］；
所述周边区域是指从临近区域向外延伸，长宽略大于总显示屏幕的区域，所述焦点区域+临近区域+周边区域的范围总和比总显示屏幕大15%-20%；
所述外延区域是指除周边区域之外，不在当前视觉范围的区域；所述外延区域比其余三个区域的范围总和大40%。
进一步优选地，所述焦点区域的渲染精度等于屏幕的最高分辨率，剩下三个渲染区域的渲染精度从里向外按照（0,1）区间的递减系数等比递减。
优选地，当用户的视觉焦点发生变化，产生新的视觉焦点出现在周边区域和外延区域时，重置视觉焦点、重置渲染区域、重置渲染精度。
有益效果
本发明通过以用户真实的视觉焦点为中心，采用矩形相套模式将屏幕显示画面从里向外划分成四个渲染区域，渲染精度逐步降低；既能保证焦点区域内画面显示效果，又能兼顾其他区域的画面平滑过渡。
本发明在用户大幅度移动过程中，能够支持视觉焦点的瞬间迁移和分区域的精度调整；解决了因为视觉范围的变化带来计算压力过大，无法有效支撑用户视觉范围变化，导致游戏画面的模糊、卡顿等现象，从而出现严重的眩晕感等问题。
附图说明
图1为本发明总体功能框架图；
图2为本发明***流程图；
图3为本发明分区划分示意图。
具体实施方式
下面结合附图作进一步说明。
本发明提出一种基于视觉焦点的分区渲染方法及装置，构建以用户视觉焦点为中心，将VR显示画面划分不同矩形相套区域，从里往外逐步降低渲染精度。当用户视觉范围发生变化，实时重新定位视觉焦点，动态调整区域范围，实现与用户视野范围的无缝对接。
本实施例包括综合能力评估、画面区域划分、画面渲染处理、画面输出展现、焦点变更处理五部分，其中视觉焦点和周边区域所包括的VR游戏画面会随着用户视场的变化而相互转换。本实施例的整体架构如图1所示：
画面区域划分：提供以用户视觉焦点为中心，采用矩形相套模式逐步向外划分为焦点区域、临近区域、周边区域和外延区域等四个不同部分。
画面渲染处理：是指按照一定渲染递减原则，将上述区域对应的游戏画面渲染处理的过程。
1）渲染规则：首先要明确所划分区域的范围，主要包括对应的像素点坐标分布情况和范围等；再次按照从内向外的原则，依次规划相关的显示精度，例如焦点区域按照VR屏幕承载的最高画面质量渲染、临近区域采用焦点区域的70%精度输出、周边区域采用临近区域的70%精度输出、外延区域采用临近区域的70%精度输出。
如果采用从里向外，以30%递减的精度输出，并预设四大区域面积相同的情况下，则最终外延区域、周边区域、临近区域将具有焦点区域精度的34.3%、49%、70%。按照上述的计算方式，在保障用户体验的前提下，将节省36.7%的渲染计算能力。同时采用跨区域精度递减机制，也能够有效适应用户视场范围变化过程中，采用渲染精度从内到外逐步降低的呈现方式，减少同一渲染精度计算压力过大，导致时延较长出现眩晕和画面卡顿等现象。
2）画面渲染：即通过上述渲染规则，针对不同区域的VR游戏画面完成相关渲染过程。在整体渲染过程中，采用统一画面输出频率，即相同帧数便于渲染过程中各个区域的游戏画面能够实现自然拼接。
焦点变更处理：是指在用户视觉范围变化时，需要通过重新定位视觉焦点、重置画面区域、重置渲染规则等方式完成VR游戏画面的自适应渲染。
1）重置视觉焦点：通过收集用户VR显示终端（VR头盔）惯性测量单元（IMU）所对应追踪、测试用户头部上下左右前后移动的距离以及角度，从而判断用户当前的左右眼的中心点所在位置，对应VR游戏画面的像素点范围等。
2）重置画面区域：按照重置的视觉焦点位置，重新划分画面区域。
3）重置渲染规则：按照模拟人眼聚焦的方式，在同一画面显示频率下，首先确保焦点区域在较短时延下（例如<20毫秒）以VR显示屏幕最高分辨率输出，之后依次确保临近区域、周边区域和外延区域的输出效果。显示时延是指用户大幅转头到焦点区域正常输出完成的时间差。按照业界经验时间小于20毫秒，用户将基本无感知，没有眩晕感。
本实施例从开始VR游戏起步，到VR游戏画面按照分区分精度显示为止，整体流程请见图2：
步骤1：启动VR游戏。用户准备好VR游戏计算设备和VR头盔等，并开启和运行VR游戏。
步骤2：能力收集。收集计算和显示能力，包括CPU/GPU芯片规格和VR屏幕显示能力（分辨率、刷新率和视场角）等，从而规划出有关整体帧数和最高清晰度等。，技术实现方式采用调用计算设备操作***及VR头盔驱动提供的相关API接口直接获取
步骤3：确定视觉焦点。通过用户VR头盔的惯性测量单元（IMU）获得位置及变化信息，基于磁力计、加速度计和陀螺仪等相关设备获得VR头盔沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度，从而确定左右眼中心点对应游戏画面的位置，并将两个中心点中间位置为整体VR游戏画面显示的视觉焦点
步骤4：游戏画面划分。以VR游戏画面显示的视觉焦点为中心，并涵盖左右双眼中心店划定为焦点区域，并依次向外划分为临近区域、周边区域和外延区域等，相关的划定方法请见图3。
步骤5：分区分精度渲染。按照制定好的渲染显示精度，将游戏画面从焦点区域由里向外，依次递减进行分区分精度显示；采用DirectX多视图渲染技术，基于VR游戏画面各区域像素范围对应输出同一帧数的不同分辨率的游戏画面，并实现相互实时整合在一起。
如出现计算能力不足时，可采用首先显示焦点区域高清晰度画面，临近区域和周边区域暂时采用周边区域精度。待计算能力充足时，临近区域再重新恢复到规则设置的清晰度。
步骤6：画面输出。相应的分区渲染的VR游戏画面，在VR头盔屏幕上按照其自有显示规则，分左右眼模式在左右屏幕输出。
步骤7：用户视场变动。当用户头部转动或者身体移动时，根据实时获得的惯性测量单元（IMU）数据，确定用户当前位置，并转向步骤3重新获得相关的视觉精度，并继续完成步骤3~6。

Claims (10)

1.一种基于视觉焦点的分区渲染方法，其特征在于，包括：
检测用户佩戴VR设备的实时数据，确定视觉焦点；
以视觉焦点为中心，根据视觉焦点的远近将屏幕显示画面由里向外划分成至少两个渲染区域；
渲染精度根据渲染区域从里向外逐步递减。
2.根据权利要求1所述基于视觉焦点的分区渲染方法，其特征在于，根据VR设备里的惯性测量单元所对应追踪、测试用户头部上下左右前后移动的距离以及角度，确定左右眼中心点在显示画面中的对应位置，以两个中心点的中间点为视觉焦点。
3.根据权利要求1所述基于视觉焦点的分区渲染方法，其特征在于，以视觉焦点为中心，采用矩形相套模式将屏幕显示画面划分成四个渲染区域，分别为：焦点区域、临近区域、周边区域、外延区域；
所述焦点区域是以视觉焦点为中心，向四周外延并与总显示屏幕的边界平行所构成的矩形区域；所述焦点区域包含左右眼中心点在屏幕中的对应位置，焦点区域的视场角范围为（0，20°］；
所述临近区域是指从焦点区域向外延伸，长宽小于总显示屏幕的区域，临近区域的面积大于焦点区域；所述临近区域的视场角范围为（20°,40°］；
所述周边区域是指从临近区域向外延伸，长宽略大于总显示屏幕的区域，所述焦点区域+临近区域+周边区域的范围总和比总显示屏幕大15%-20%；
所述外延区域是指除周边区域之外，不在当前视觉范围的区域；所述外延区域比其余三个区域的范围总和大40%。
4.根据权利要求3所述基于视觉焦点的分区渲染方法，其特征在于，所述焦点区域的渲染精度等于屏幕的最高分辨率，剩下三个渲染区域的渲染精度从里向外按照（0,1）区间的递减系数等比递减。
5.根据权利要求1所述基于视觉焦点的分区渲染方法，其特征在于，当用户的视觉焦点发生变化，产生新的视觉焦点出现在周边区域和外延区域时，重置视觉焦点、重置渲染区域、重置渲染精度。
6.一种基于视觉焦点的分区渲染装置，其特征在于，包括：
测量模块，检测用户佩戴VR设备的实时数据，确定视觉焦点；
划分模块，以视觉焦点为中心，根据视觉焦点的远近将屏幕显示画面由里向外划分成至少两个渲染区域；
渲染模块，渲染精度根据渲染区域从里向外逐步递减。
7.根据权利要求6所述基于视觉焦点的分区渲染装置，其特征在于，所述测量模块根据VR设备里的惯性测量单元所对应追踪、测试用户头部上下左右前后移动的距离以及角度，确定左右眼中心点在显示画面中的对应位置，以两个中心点的中间点为视觉焦点。
8.根据权利要求6所述基于视觉焦点的分区渲染装置，其特征在于，所述划分模块以视觉焦点为中心，采用矩形相套模式将屏幕显示画面划分成四个渲染区域，分别为：焦点区域、临近区域、周边区域、外延区域；
所述焦点区域是以视觉焦点为中心，向四周外延并与总显示屏幕的边界平行所构成的矩形区域；所述焦点区域包含左右眼中心点在屏幕中的对应位置，焦点区域的视场角范围为（0，20°］；
所述临近区域是指从焦点区域向外延伸，长宽小于总显示屏幕的区域，临近区域的面积大于焦点区域；所述临近区域的视场角范围为（20°,40°］；
所述周边区域是指从临近区域向外延伸，长宽略大于总显示屏幕的区域，所述焦点区域+临近区域+周边区域的范围总和比总显示屏幕大15%-20%；
所述外延区域是指除周边区域之外，不在当前视觉范围的区域；所述外延区域比其余三个区域的范围总和大40%。
9.根据权利要求8所述基于视觉焦点的分区渲染方法，其特征在于，所述焦点区域的渲染精度等于屏幕的最高分辨率，剩下三个渲染区域的渲染精度从里向外按照（0,1）区间的递减系数等比递减。
10.根据权利要求6所述基于视觉焦点的分区渲染装置，其特征在于，当用户的视觉焦点发生变化，产生新的视觉焦点出现在周边区域和外延区域时，重置视觉焦点、重置渲染区域、重置渲染精度。
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