CN114071104B - 基于着色器实现多投影机投影渐变融合的方法 - Google Patents
基于着色器实现多投影机投影渐变融合的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于着色器实现多投影机投影渐变融合的方法,属于图像处理技术领域,包括以下步骤:根据现场屏幕和投影需求在三维引擎中建立场景图像;建立材质球文件和实时渲染程序,且材质球文件作为实时渲染程序的调用对象;根据所要加载的场景图像设计着色器;将现场环幕宽度、现场重叠带宽度和重叠带颜色调节变量赋值给材质球文件;实时从投影机的视频流数据中获取所要加载的场景图像;采用材质球文件中的着色器对场景图像进行投影渐变融合处理;调用实时渲染程序,对投影渐变融合处理后的场景图像进行实时渲染和投影。本发明以视图可视化的方式实时改变画面区域拉伸系数,从而解决了画面融合过程中出现畸变的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于着色器实现多投影机投影渐变融合的方法,属于图像处理技术领域。
背景技术
投影机是生活中比较常见的一种设备,不管是在会议室还是阶梯教室都会利用投影机来投影教学,而这些场所的投影面积都是比较小的,但若遇上一些投影区域要求较大的场地,就需要运用投影融合技术将两台或多台投影机投射出的画面进行边缘重叠,使画面的效果就像是一台投影机投射的画面。
随着3D技术的日益研新,3D视景效果可以通过环幕的方式来呈现给用户,为了保证画面效果清晰不失真,多投影融合拼接的技术也会广泛应用在环幕、巨幕等应用场景。由于在多通道投影显示***中,每台投影机都是相互独立的,两个投影机所投出的画面之间会有缝隙,而且很多通道大屏幕并不是平面的,而是柱状环幕或者是球幕,这样就会在曲面上产生投影变形。然而当下的投影融合在处理重叠带色差方面存在不足之处,参数调整复杂不方便,非专业人员无法直接对重叠带的色差效果进行调整。因此,现有多投影融合拼接技术的调整过程费时费力,不能在有限的时间内通过对单一变量的修改来调整投影画面的颜色区间变化。
因此,提供一种高效的重叠带色差调整方法是很有必要的。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出了一种基于着色器实现多投影机投影渐变融合的方法,一种基于着色器实现多相机画面拉伸渐变融合的方法,通过这种方法,以视图可视化的方式实时改变画面区域拉伸系数,从而解决画面融合过程中出现畸变的问题。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是:
本发明实施例提供的一种基于着色器实现多投影机投影渐变融合的方法,包括以下步骤:
根据现场屏幕和投影需求在三维引擎中建立场景图像;
建立材质球文件和实时渲染程序,且材质球文件作为实时渲染程序的调用对象;
根据所要加载的场景图像设计着色器;
将现场环幕宽度、现场重叠带宽度和重叠带颜色调节变量赋值给材质球文件;
实时从投影机的视频流数据中获取所要加载的场景图像;
采用材质球文件中的着色器对场景图像进行投影渐变融合处理;
调用实时渲染程序,对投影渐变融合处理后的场景图像进行实时渲染和投影。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述方法还包括以下步骤:
根据现场屏幕和投影需求设置多个投影机。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述现场屏幕包括环形投影屏幕。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述实时渲染程序挂载到安装有三维引擎的相机上。
作为本实施例一种可能的实现方式,将材质球文件的输入接口开放出来。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述着色器对所要加载的场景图像存在于重叠带的像素颜色进行融合计算。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述采用材质球文件中的着色器对场景图像进行投影渐变融合处理,包括:
获取现场环幕的实际宽度ScreenWidth;
获取多投影机投影造成重叠带的宽度OverlapWidth;
获取现场屏幕最左侧与所述重叠带中心的距离SLtoOCDistance;
计算重叠带中心在屏幕上的横坐标M0=SLtoOCDistance/ScreenWidth,重叠带在屏幕上的宽度OWidth=OverlapWidth/ScreenWidth;
将场景宽度和场景高度分别转换为U,V坐标,则图像采样点坐标为(x0,y0);
根据图像采集点和重叠带中心点横坐标M0构建色差渐变的曲线模型,并求得重叠带色差渐变程度与重叠带内图像采集点横坐标X0的线性关系数学模型;
在着色器的顶点函数中读取图像采集点像素的UV坐标:o.uv = v.uv;
利用图像采集点像素UV坐标获取初步图像像素输出;
利用线性关系数学模型计算重叠带色差渐变程度;
将初步图像像素输出和计算所得的重叠带色差渐变程度进行混合计算,得到投影渐变融合处理后的场景图像。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述根据图像采集点和重叠带中心点横坐标M0构建色差渐变的曲线模型,并求得重叠带色差渐变程度与重叠带内图像采集点横坐标X0的线性关系数学模型,包括:
(1)当M0=<X0<= M0+OWidth*0.5时:
基于两点确定一条直线原理,经过图像采集点和重叠带中心点的曲线上必然存在(M0+OWidth/2,1)和(M0,重叠带颜色调节变量)两点,以此构建该区域色差渐变的曲线模型:
重叠带颜色调节变量=K1*M0+B1(1)
1=K1*(M0+OWidth*0.5)+B1 (2)
K1为系数,B1为常数;
根据式(1)和式(2)得到:
K1=2*(1-重叠带颜色调节变量)/OWidth;
B1=重叠带颜色调节变量-2*(1-重叠带颜色调节变量)/OWidth*M0;
根据K1和B1,求得重叠带色差渐变程度与重叠带内图像采集点横坐标X0线性关系数学模型为:
重叠带色差渐变程度=2*(1-重叠带颜色调节变量)/OWidth*X0+重叠带颜色调节变量-2*(1-重叠带颜色调节变量)/OWidth*M0;
(2)当M0-OWidth/2=<x0<= M0时:
基于两点确定一条直线原理,经过图像采集点和重叠带中心点的曲线上必然存在(M0-OWidth/2,1)和(M0,重叠带颜色调节变量)两点,以此构建该区域色差渐变的曲线模型:
重叠带颜色调节变量=K2*M0+B2(3)
1=K2*(M0-OWidth*0.5)+B2 (4)
K2为系数,B2为常数;
根据式(3)和式(4)得到:
K2=2*(重叠带颜色调节变量-1)*/OWidth;
B2=重叠带颜色调节变量-2*(重叠带颜色调节变量-1)/OWidth*M0;
根据K2和B2,求得重叠带色差渐变程度与重叠带内图像采集点横坐标X0线性关系数学模型为:
重叠带色差渐变程度 =2*(重叠带颜色调节变量-1)/OWidth*X0+重叠带颜色调节变量-2*(重叠带颜色调节变量-1))/OWidth*M0。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述初步图像像素输出为:
col=tex2D(_MainTex,float2(u,v))*_Main_Color
其中,tex2D( )函数是CG程序中用来对贴图进行采样的函数;_MainTex为CG语言自定义的四维变量, float2( )是CG语言内置变量,代表float类型的二元向量;_ Main_Color为CG语言自定义的四维变量RGBA,属于color类型,为亮度和颜色调节参数。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述利用线性关系数学模型计算重叠带色差渐变程度,包括:
当M0=<X0<= M0+OWidth*0.5时:
重叠带色差渐变程度R=2*(1-重叠带颜色调节变量)/OWidth*o.u+重叠带颜色调节变量-2*(1-重叠带颜色调节变量)/OWidth*M0;其中,o.u为o.uv坐标中的横坐标;
当M0-OWidth/2=<x0<= M0时:
重叠带色差渐变程度R=2*(重叠带颜色调节变量-1)/OWidth*o.u+重叠带颜色调节变量-2*(重叠带颜色调节变量-1)/OWidth*M0。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述投影渐变融合处理后的场景图像为:
FinalCol=col.rgb*R
其中,col.rgb为初步图像像素输出的RGB图像,R为重叠带色差渐变程度。
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下:
本发明提供了一种基于着色器实现多相机画面拉伸渐变融合的方法,它以视图可视化的方式实时改变画面区域拉伸系数,从而解决画面融合过程中出现畸变的问题。
本发明通过定向改变投影区域局部的颜色亮度显示,从而解决融合带区域颜色色差的问题有效降低了投影融合带的色差,画面渐变颜色顺滑,降本增效。
本发明实时改变画面区域拉伸系数,基于Unity引擎通过编写着色器来实现相机融合解决畸变,灵活方便,可行性高,性能稳定,适用于各种三维场景的渲染。
本发明使用方便,将脚本挂载在相机上,通过改变系数,改变着色器效果。
附图说明
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于着色器实现多投影机投影渐变融合的方法的流程图;
图2是根据一示例性实施例示出的一种投影渐变融合处理前的原始图像;
图3是采用本发明所述方法对图2进行投影渐变融合处理过程中的图像示意图;
图4是采用本发明所述方法对图2进行投影渐变融合处理并渲染后的最终图像。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明:
为能清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,并结合其附图,对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外,本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意,在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
如图1至图4所示,本发明实施例提供的一种基于着色器实现多投影机投影渐变融合的方法,包括以下步骤:
根据现场屏幕和投影需求在三维引擎中建立场景图像;
建立材质球文件和实时渲染程序,且材质球文件作为实时渲染程序的调用对象;
根据所要加载的场景图像设计着色器;
将现场环幕宽度、现场重叠带宽度和重叠带颜色调节变量赋值给材质球文件;
实时从投影机的视频流数据中获取所要加载的场景图像,图2为投影渐变融合处理前的原始图像,图2中间(两条竖线之间)部分为需要渐变融合处理的重叠带图像;
采用材质球文件中的着色器对场景图像进行投影渐变融合处理,图3为采用本发明所述方法对图2进行投影渐变融合处理过程中的一幅图像;
调用实时渲染程序,对投影渐变融合处理后的场景图像进行实时渲染和投影,图4为对图2进行投影渐变融合处理并渲染后的最终投影图像,从而实现可视化地调节现场环幕由于多投影机造成的颜色重叠带问题。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述方法还包括以下步骤:
根据现场屏幕和投影需求设置多个投影机。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述现场屏幕包括环形投影屏幕。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述实时渲染程序挂载到安装有三维引擎的相机上。
作为本实施例一种可能的实现方式,将材质球文件的输入接口开放出来。将建立的实时渲染程序中的屏幕宽度、重叠带宽度和重叠带颜色调节变量开放出来,方便现场用户根据环幕实际重叠效果,通过实时的可视化参数的调节,在视觉效果上达成统一。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述着色器对所要加载的场景图像存在于重叠带的像素颜色进行融合计算。所述着色器可以利用计算机图形学语言进行编写。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述采用材质球文件中的着色器对场景图像进行投影渐变融合处理,包括:
获取现场环幕的实际宽度ScreenWidth;
获取多投影机投影造成重叠带的宽度OverlapWidth;
获取现场屏幕最左侧与所述重叠带中心的距离SLtoOCDistance;
计算重叠带中心在屏幕上的横坐标M0=SLtoOCDistance/ScreenWidth,重叠带在屏幕上的宽度OWidth=OverlapWidth/ScreenWidth;
将场景宽度和场景高度分别转换为U,V坐标,则图像采样点坐标为(x0,y0);
根据图像采集点和重叠带中心点横坐标M0构建色差渐变的曲线模型,并求得重叠带色差渐变程度与重叠带内图像采集点横坐标X0的线性关系数学模型;
在着色器的顶点函数中读取图像采集点像素的UV坐标:o.uv = v.uv;
利用图像采集点像素UV坐标获取初步图像像素输出;
利用线性关系数学模型计算重叠带色差渐变程度;
将初步图像像素输出和计算所得的重叠带色差渐变程度进行混合计算,得到投影渐变融合处理后的场景图像。
由于场景图像作为着色器的采样图像,场景宽度和场景高度分别转换为采样中的U,V,在着色器中U,V的范围都是0~1,因此重叠带中心在屏幕上的横坐标M0=SLtoOCDistance/ScreenWidth;重叠带在屏幕上的宽度OWidth=OverlapWidth/ScreenWidth。
作为本实施例一种可能的实现方式,根据多投影机造成的重叠带的特性,重叠带色差渐变程度与图像采集点距离重叠带中心点横坐标M0的距离存在线性变化关系,且0<重叠带色差渐变程度<=1。所述根据图像采集点和重叠带中心点横坐标M0构建色差渐变的曲线模型,并求得重叠带色差渐变程度与重叠带内图像采集点横坐标X0的线性关系数学模型,包括:
(1)当M0=<X0<= M0+OWidth*0.5时:
基于两点确定一条直线原理,经过图像采集点和重叠带中心点的曲线上必然存在(M0+OWidth/2,1)和(M0,重叠带颜色调节变量)两点,以此构建该区域色差渐变的曲线模型:
重叠带颜色调节变量=K1*M0+B1(1)
1=K1*(M0+OWidth*0.5)+B1 (2)
K1为系数,B1为常数;
根据式(1)和式(2)得到:
K1=2*(1-重叠带颜色调节变量)/OWidth;
B1=重叠带颜色调节变量-2*(1-重叠带颜色调节变量)/OWidth*M0;
根据K1和B1,求得重叠带色差渐变程度与重叠带内图像采集点横坐标X0线性关系数学模型为:
重叠带色差渐变程度=2*(1-重叠带颜色调节变量)/OWidth*X0+重叠带颜色调节变量-2*(1-重叠带颜色调节变量)/OWidth*M0;
(2)当M0-OWidth/2=<x0<= M0时:
基于两点确定一条直线原理,经过图像采集点和重叠带中心点的曲线上必然存在(M0-OWidth/2,1)和(M0,重叠带颜色调节变量)两点,以此构建该区域色差渐变的曲线模型:
重叠带颜色调节变量=K2*M0+B2(3)
1=K2*(M0-OWidth*0.5)+B2 (4)
K2为系数,B2为常数;
根据式(3)和式(4)得到:
K2=2*(重叠带颜色调节变量-1)*/OWidth;
B2=重叠带颜色调节变量-2*(重叠带颜色调节变量-1)/OWidth*M0;
根据K2和B2,求得重叠带色差渐变程度与重叠带内图像采集点横坐标X0线性关系数学模型为:
重叠带色差渐变程度 =2*(重叠带颜色调节变量-1)/OWidth*X0+重叠带颜色调节变量-2*(重叠带颜色调节变量-1))/OWidth*M0。
通过下式在着色器的顶点函数中读取图像采集点像素的UV坐标: o.uv = v.uv 。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述初步图像像素输出为:
col=tex2D(_MainTex,float2(u,v))*_Main_Color
其中,tex2D( )函数是CG程序中用来对贴图进行采样的函数;_MainTex为CG语言自定义的四维变量, float2( )是CG语言内置变量,代表float类型的二元向量;_ Main_Color为CG语言自定义的四维变量RGBA,属于color类型,为亮度和颜色调节参数。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述利用线性关系数学模型计算重叠带色差渐变程度,包括:
当M0=<X0<= M0+OWidth*0.5时:
重叠带色差渐变程度R=2*(1-重叠带颜色调节变量)/OWidth*o.u+重叠带颜色调节变量-2*(1-重叠带颜色调节变量)/OWidth*M0;其中,o.u为o.uv坐标中的横坐标;
当M0-OWidth/2=<x0<= M0时:
重叠带色差渐变程度R=2*(重叠带颜色调节变量-1)/OWidth*o.u+重叠带颜色调节变量-2*(重叠带颜色调节变量-1)/OWidth*M0。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述投影渐变融合处理后的场景图像为:
FinalCol=col.rgb*R
其中,col.rgb为初步图像像素输出的RGB图像,R为重叠带色差渐变程度。
本发明通过定向改变投影区域局部的颜色亮度显示,从而解决融合带区域颜色色差的问题有效降低了投影融合带的色差,画面渐变颜色顺滑,降本增效。
本发明实时改变画面区域拉伸系数,基于Unity引擎通过编写着色器来实现相机融合解决畸变,灵活方便,可行性高,性能稳定,适用于各种三维场景的渲染。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于着色器实现多投影机投影渐变融合的方法,其特征是,包括以下步骤:
根据现场屏幕和投影需求在三维引擎中建立场景图像;
建立材质球文件和实时渲染程序,且材质球文件作为实时渲染程序的调用对象;
根据所要加载的场景图像设计着色器;
将现场环幕宽度、现场重叠带宽度和重叠带颜色调节变量赋值给材质球文件;
实时从投影机的视频流数据中获取所要加载的场景图像;
采用材质球文件中的着色器对场景图像进行投影渐变融合处理;
调用实时渲染程序,对投影渐变融合处理后的场景图像进行实时渲染和投影;
所述采用材质球文件中的着色器对场景图像进行投影渐变融合处理,包括:
获取现场环幕的实际宽度ScreenWidth;
获取多投影机投影造成重叠带的宽度OverlapWidth;
获取现场屏幕最左侧与所述重叠带中心的距离SLtoOCDistance;
计算重叠带中心在屏幕上的横坐标M0=SLtoOCDistance/ScreenWidth,重叠带在屏幕上的宽度OWidth=OverlapWidth/ScreenWidth;
将场景宽度和场景高度分别转换为U,V坐标,则图像采样点坐标为(x0,y0);
根据图像采集点和重叠带中心点横坐标M0构建色差渐变的曲线模型,并求得重叠带色差渐变程度与重叠带内图像采集点横坐标X0的线性关系数学模型;
在着色器的顶点函数中读取图像采集点像素的UV坐标:o.uv = v.uv;
利用图像采集点像素UV坐标获取初步图像像素输出;
利用线性关系数学模型计算重叠带色差渐变程度;
将初步图像像素输出和计算所得的重叠带色差渐变程度进行混合计算,得到投影渐变融合处理后的场景图像;
当M0=<X0<= M0+OWidth*0.5时,所述色差渐变的曲线模型为:
重叠带颜色调节变量=K1*M0+B1(1)
1=K1*(M0+OWidth*0.5)+B1 (2)
所述的线性关系数学模型为:
重叠带色差渐变程度=2*(1-重叠带颜色调节变量)/OWidth*X0+重叠带颜色调节变量-2*(1-重叠带颜色调节变量)/OWidth*M0;
当M0-OWidth/2=<x0<= M0时,所述色差渐变的曲线模型为:
重叠带颜色调节变量=K2*M0+B2(3)
1=K2*(M0-OWidth*0.5)+B2 (4)
所述的线性关系数学模型为:
重叠带色差渐变程度 =2*(重叠带颜色调节变量-1)/OWidth*X0+重叠带颜色调节变量-2*(重叠带颜色调节变量-1))/OWidth*M0;
式中,K1和K2为系数,B1和B2为常数。
2.根据权利要求1所述的基于着色器实现多投影机投影渐变融合的方法,其特征是,还包括以下步骤:
根据现场屏幕和投影需求设置多个投影机。
3.根据权利要求1所述的基于着色器实现多投影机投影渐变融合的方法,其特征是,所述实时渲染程序挂载到安装有三维引擎的相机上。
4.根据权利要求1所述的基于着色器实现多投影机投影渐变融合的方法,其特征是,将材质球文件的输入接口开放出来。
5.根据权利要求1所述的基于着色器实现多投影机投影渐变融合的方法,其特征是,所述着色器对所要加载的场景图像存在于重叠带的像素颜色进行融合计算。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的基于着色器实现多投影机投影渐变融合的方法,其特征是,所述初步图像像素输出为:
col=tex2D(_MainTex,float2(u,v))*_Main_Color
其中,tex2D( )函数是CG程序中用来对贴图进行采样的函数;_MainTex为CG语言自定义的四维变量, float2( )是CG语言内置变量,代表float类型的二元向量;_ Main_Color为CG语言自定义的四维变量RGBA,属于color类型,为亮度和颜色调节参数。
7.根据权利要求6所述的基于着色器实现多投影机投影渐变融合的方法,其特征是,所述利用线性关系数学模型计算重叠带色差渐变程度,包括:
当M0=<X0<= M0+OWidth*0.5时:
重叠带色差渐变程度R=2*(1-重叠带颜色调节变量)/OWidth*o.u+重叠带颜色调节变量-2*(1-重叠带颜色调节变量)/OWidth*M0;其中,o.u为o.uv坐标中的横坐标;
当M0-OWidth/2=<x0<= M0时:
重叠带色差渐变程度R=2*(重叠带颜色调节变量-1)/OWidth*o.u+重叠带颜色调节变量-2*(重叠带颜色调节变量-1)/OWidth*M0。
8.根据权利要求7所述的基于着色器实现多投影机投影渐变融合的方法,其特征是,所述投影渐变融合处理后的场景图像为:
FinalCol=col.rgb*R
其中,col.rgb为初步图像像素输出的RGB图像,R为重叠带色差渐变程度。
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CN114071104A (zh) | 2022-02-18 |
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