CN114584747B - 一种360°环幕无缝投影软矫正方法 - Google Patents

一种360°环幕无缝投影软矫正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种360°环幕无缝投影软矫正方法，包括：将摄影机等间隔等高度设置在环幕中心位置；利用投影机水平视场角和环幕施工半径，得出环幕投影的水平距离；在unity3D引擎中给定融合区域控制点的位置数量和位置坐标，并结合设定的融合带水平宽度参数和融合带渐变系数计算控制点的融合区域不同位置纹理坐标的水平偏移量和垂直偏移量；结合水平偏移量和垂直偏移量实现多通道投影拼接，通过融合带水平宽度参数、融合带渐变系数和多通道融合带融函数实现多通道投影融合。本发明基于Unity3D引擎，利用软件进行校正成本更低、更容易控制，降低Unity3D虚拟仿真引擎360°环幕多通道投影虚拟仿真***对硬件环境的要求，也提高了多通道拼接融合的质量。

Description

一种360°环幕无缝投影软矫正方法
技术领域
本发明涉及环幕投影技术领域，尤其涉及一种360°环幕无缝投影软矫正方法。
背景技术
目前，通过多通道环幕实现逼真的沉浸式虚拟环境仿真***逐渐成为虚拟仿真的研究热点，并随着科学技术的发展，多通道环幕拼接逐步应用于虚拟仿真、模拟训练、科普教育、科技展览等领域。为实现多通道投影进行拼接融合，现有技术基本依赖投影机硬件矫正插件实现，导致硬件成本的增加。
Unity3D作为主流的虚拟仿真、模拟训练开发环境，迄今注册用户已超过1900万，现今全平台虚拟仿真、模拟训练、游戏开发等超过一半使用Unity3D进行开发，当前使用Unity3D进行多通道虚拟仿真、模拟训练的开发人员数量也在逐步上升。
但是，现有基于Unity3D多通道投影融合多通道拼接采用基于单片机技术的硬件拼接方法，该方法采用单片机等硬件设备导致成本较高，局限性较大，同时采用硬件拼接的方法拼接融合的质量较低，融合区域的融合带亮度与屏幕亮度有差别，使融合区域出现模糊、重影等效果。
发明内容
本发明提供一种360°环幕无缝投影软矫正方法，以克服采用硬件芯片进行校正和融合局限性较大等技术问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种360°环幕无缝投影软矫正方法，包括以下步骤：
步骤1、将环幕投影***中的摄影机等间隔等高度设置在环幕中心位置；
步骤2、利用投影机水平视场角F和环幕施工半径r，得出投影机在环幕投影的水平距离l；
步骤3、在unity3D引擎中使用可编辑渲染管线给定融合区域控制点的位置数量和位置坐标，并结合设定的融合带水平宽度参数t和融合带渐变系数s计算控制点的融合区域不同位置纹理坐标的水平偏移量P(u).χ和垂直偏移量P(u).y；
步骤4、结合水平偏移量P(u).χ和垂直偏移量P(u).y实现多通道投影拼接，通过融合带水平宽度参数t、融合带渐变系数s和多通道融合带融函数实现多通道投影融合。
进一步的，所述步骤3中通过控制点计算融合区域不同位置纹理坐标的水平偏移量P(u).χ和垂直偏移量P(u).y具体为：
步骤3.1、给定unity3D引擎中有n个控制点数，通过控制点控制Unity3D输出画面的纹理坐标参数和相邻投影通道的融合带纹理坐标融合，使融合带纹理坐标等于融合带水平宽度参数t，调整融合带渐变系数s使融合带亮度与投影屏幕亮度保持一致；其中，控制点k坐标为Pk＝(χk,yk)，k＝0,1,2,…n；
步骤3.2、获得控制点k的水平偏移量χ(u)和控制点k垂直偏移量y(u)；
步骤3.3、利用控制点k的水平偏移量χ(u)和控制点k垂直偏移量y(u)获得两控制点间的插值曲线函数纹理二维偏移量P(u)；
步骤3.4、利用插值曲线函数纹理二维偏移量P(u)获得融合区域不同位置纹理坐标的水平偏移量P(u).χ和垂直偏移量P(u).y。
进一步的，所述步骤4中所述多通道融合带融函数具体计算公式为：
其中，t表示融合带水平宽度参数、s表示融合带渐变系数，L(t)表示多通道融合带融函数。
进一步的，步骤3.2中获得控制点k的水平偏移量χ(u)和垂直偏移量y(u)的具体计算公式为：
χ(u)＝aχu3+bχu2+cχu+dχ
y(u)＝ayu3+byu2+cyu+dy
其中，u表示拟合曲线线段变量，在环幕几何矫正中表示该分段曲线的纹理坐标u偏移量；ax,bx,cx,dx,ay,by,cy,dy分别为方程组系数。
进一步的，步骤3.3中利用控制点k的水平偏移量χ(u)和控制点k垂直偏移量y(u)获得两控制点间的插值曲线函数纹理二维偏移量的具体计算公式为：P(u)＝(χ(u)，y(u))＝Pk-1(-0.5u3+u2-0.5u)+Pk(1.5u3-2.5u2+1)+Pk+1(-1.5u3+2u2+0.5u)+Pk+2(0.5u3-0.5u2)。
进一步的，步骤3.4中利用插值曲线函数纹理二维偏移量P(u)获得融合区域不同位置纹理坐标的水平偏移量P(u).χ和垂直偏移量P(u).y的具体计算公式为：i.uv＝i.uv-half4(P(u).χ，P(u).y，0，0)；
其中，i.uv表示屏幕纹理坐标，half4表示纹理坐标四元函数，P(u).χ表示P(u)的水平偏移量，P(u).y表示P(u)的垂直偏移量。
有益效果：
1、本发明基于Unity3D引擎，利用软件进行校正，相比于硬件校正方法成本更低、更容易控制，降低Unity3D虚拟仿真引擎360°环幕多通道投影虚拟仿真***对硬件环境的要求；同时，也提高了多通道拼接融合的质量。
2、本发明通过融合函数的方法，针对Unity3D可编辑渲染管线通过多通道拼接融合算法对虚拟引擎三维成像纹理坐标进行校正，实现了360°环幕投影无缝拼接融合，保证了融合带亮度与屏幕亮度的统一。
3、本发明通过对插值分段曲线参数与融合函数参数进行数据记录，环幕投影只需对参数校正一次即可，使Unity3D程序开发人员只需在程序中添加多通道拼接函数逻辑与融合带融合函数逻辑，即可实现程序的环幕拼接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的360°环幕无缝投影软矫正方法的实现流程图；
图2a为未矫正融合的纹理形状；
图2b为未矫正融合的投影形状；
图3a为应用本发明后的矫正后纹理形状；
图3b为应用本发明后的矫正后投影形状。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种360°环幕无缝投影软矫正方法，如图1，包括以下步骤：
步骤1、将环幕投影***中的摄影机等间隔等高度设置在环幕中心位置；具体的，360°环幕由多块圆弧形屏幕连在一起构成，每块屏幕设置一台高清的投影机，投影机向对面屏幕上同步投影，多块弧形屏幕拼接成一幅圆形或弧形的画面；
布置方式是：将多台投影机等间隔等高度设置在环幕中心位置；每台投影机朝向对应的屏幕投影。在本实施例中，采用12台高清投影机，以30°为分隔设置在同一高度的360°环幕中心位置；
步骤2、利用投影机水平视场角F和环幕施工半径r，得出投影机在环幕投影的水平距离l；得出投影机在环幕投影的水平距离的公式为
步骤3、在unity3D引擎中使用可编辑渲染管线给定融合区域控制点的位置数量和位置坐标，并结合设定的融合带水平宽度参数t和融合带渐变系数s计算控制点的融合区域不同位置纹理坐标的水平偏移量P(u).χ和垂直偏移量P(u).y；具体的，调试人员通过设定屏幕控制点数水平偏移量调整unity3D引擎屏幕水平输出偏移量，使其输出屏幕各部分保持水平并屏幕整体与屏幕距离l保持一致；并设定屏幕控制点数垂直偏移量调整虚拟引擎屏幕垂直输出偏移量，使其输出屏幕各部分保持垂直地面，使360°环幕投影几何矫正；所述纹理坐标为偏移量进行修改的坐标；
步骤4、结合水平偏移量P(u).χ和垂直偏移量P(u).y实现多通道投影拼接，通过融合带水平宽度参数t、融合带渐变系数s和多通道融合带融函数实现多通道投影融合
具体的，依次对不同通道投影进行360°环幕几何校正，得到水平偏移量P(u).χ、垂直偏移量P(u).y写入配置文件保存；再按照步骤4的方法，依次对不同通道投影进行360°环幕无缝融合，得到融合带水平宽度参数与融合带渐变系数，并写入配置文件保存；操作人员可通过unity引擎加载配置文件，读取配置文件拼接、融合数据并发送至拼接融合计算代码中进行屏幕后处理，从而实现360°环幕拼接融合。
在具体实施例中，所述步骤3中通过控制点计算融合区域不同位置纹理坐标的水平偏移量P(u).χ和垂直偏移量P(u).y具体为：
步骤3.1、给定unity3D引擎中有n个控制点数，通过控制点控制Unity3D输出画面的纹理坐标参数和相邻投影通道的融合带纹理坐标融合，使融合带纹理坐标等于融合带水平宽度参数t，调整融合带渐变系数s使融合带亮度与投影屏幕亮度保持一致；其中，控制点k坐标为Pk＝(χk,yk)，k＝0,1,2,…n；
步骤3.2、获得控制点k的水平偏移量χ(u)和控制点k垂直偏移量y(u)；
步骤3.3、利用控制点k的水平偏移量χ(u)和控制点k垂直偏移量y(u)获得两控制点间的插值曲线函数纹理二维偏移量P(u)；
步骤3.4、利用插值曲线函数纹理二维偏移量P(u)获得融合区域不同位置纹理坐标的水平偏移量P(u).χ和垂直偏移量P(u).y。
在具体实施例中，步骤4中所述多通道融合带融函数具体计算公式为：
其中，t表示融合带水平宽度参数、s表示融合带渐变系数，L(t)表示多通道融合带融合函数。
在具体实施例中，步骤3.2中获得控制点k的水平偏移量χ(u)和垂直偏移量y(u)的具体计算公式为：
χ(u)＝aχu3+bχu2+cχu+dχ
y(u)＝ayu3+byu2+cyu+dy
其中，u表示拟合曲线线段变量，在环幕几何矫正中表示该分段曲线的纹理坐标u偏移量，其范围为0到1；ax，bx，Cx，dx，ay，by，Cy，dy分别为方程组系数，通过设置方程组χ(u)和y(u)在n+1个控制点中共产生n个曲线段；
在具体实施例中，步骤3.3中利用控制点k的水平偏移量χ(u)和控制点k垂直偏移量y(u)获得两控制点间的插值曲线函数纹理二维偏移量的具体计算公式为：P(u)＝(χ(u)，y(u))＝Pk-1(-0.5u3+u2-0.5u)+Pk(1.5u3-2.5u2+1)+Pk+1(-1.5u3+2u2+0.5u)+Pk+2(0.5u3-0.5u2)。
在具体实施例中，步骤3.4中利用插值曲线函数纹理二维偏移量P(u)获得融合区域不同位置纹理坐标的水平偏移量P(u).χ和垂直偏移量P(u).y的具体计算公式为：i.uv＝i.uv-half4(P(u).χ，P(u).y，0，0)；
其中，i.uv表示屏幕纹理坐标，half4表示纹理坐标四元函数，P(u).χ表示P(u)的水平偏移量，P(u).y表示P(u)的垂直偏移量。
图2a和图2b为未矫正融合的纹理形状和投影形状，此投影形状无法进行正常的环幕显示。采用本发明的360°环幕无缝投影软矫正方法，矫正后的纹理形状与投影形状如图3a和图3b所示，由图2a、图2b和图3a、图3b所示，应用本发明后能够实现无缝拼接融合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种360°环幕无缝投影软矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将环幕投影***中的摄影机等间隔等高度设置在环幕中心位置；
步骤2、利用投影机水平视场角F和环幕施工半径r，得出投影机在环幕投影的水平距离l；
步骤3、在unity3D引擎中使用可编辑渲染管线给定融合区域控制点的位置数量和位置坐标，并结合设定的融合带水平宽度参数t和融合带渐变系数s计算控制点的融合区域不同位置纹理坐标的水平偏移量P(u).x和垂直偏移量P(u).y；
步骤3.1、给定unity3D引擎中有n个控制点数，通过控制点控制Unity3D输出画面的纹理坐标参数和相邻投影通道的融合带纹理坐标融合，使融合带纹理坐标等于融合带水平宽度参数t，调整融合带渐变系数s使融合带亮度与投影屏幕亮度保持一致；其中，控制点k坐标为Pk＝(xk，yk)，k＝0，1，2，..n；
步骤3.2、获得控制点k的水平偏移量x(u)和控制点k垂直偏移量y(u)；计算公式为：
x(u)＝axu3+bxu2+cxu+dx
y(u)＝ayu3+byu2+cyu+dy
其中，u表示拟合曲线线段变量，在环幕几何矫正中表示分段曲线的纹理坐标u偏移量；ax，bx，cx，dx，ay，by，cy，dy分别为方程组系数；
步骤3.3、利用控制点k的水平偏移量x(u)和控制点k垂直偏移量y(u)获得两控制点间的插值曲线函数纹理二维偏移量P(u)；
具体计算公式为：P(u)＝(x(u)，y(u))＝Pk-1(-0.5u3+u2-0.5u)+Pk(1.5u3-2.5u2+1)+Pk+1(-1.5u3+2u2+0.5u)+Pk+2(0.5u3-0.5u2)；
步骤3.4、利用插值曲线函数纹理二维偏移量P(u)获得融合区域不同位置纹理坐标的水平偏移量P(u).x和垂直偏移量P(u).y；
具体计算公式为：i.uv＝i.uv-half4(P(u).x，P(u).y，0，0)；
其中，i.uv表示屏幕纹理坐标，half4表示纹理坐标四元函数，P(u).x表示P(u)的水平偏移量，P(u).y表示P(u)的垂直偏移量；
步骤4、结合水平偏移量P(u).x和垂直偏移量P(u).y实现多通道投影拼接，通过融合带水平宽度参数t、融合带渐变系数s和多通道融合带融函数实现多通道投影融合；
所述多通道融合带融函数具体计算公式为：
其中，t表示融合带水平宽度参数、s表示融合带渐变系数，L(t)表示多通道融合带融函数。
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