[發明專利]一種三維全景空間立體圖像生成方法

有效

• 申請號: 201110385706.0
• 申請日: 2011-11-29
• 公開（公告）號: CN103139580A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 范靜濤;丁瑩;楊華民;姜會林
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H04N13/00
• 分類號: H04N13/00;H04N13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明方法涉及一種三維全景空間立體圖像生成方法，屬于計算機圖像處理技術和光電顯示技術領域。

背景技術

高分辨率、高亮度的全景顯示系統越來越廣泛地應用于科學計算可視化、虛擬裝配、軍事訓練、模擬駕駛、文化娛樂等領域。為了實現更具視覺沖擊力和沉浸體驗感的效果，立體顯示技術也被逐步引入到這些領域，成為近年來國內外的研究熱點。目前大多顯示設備的分辨率通常只有幾百萬像素，單個設備無法滿足高清晰度和大視場角的需求，需要采用多投影儀無縫拼接的大屏幕顯示形式來解決這個問題。多通道大屏幕投影顯示系統作為一種先進的交互顯示系統，在軍用和民用領域都具有廣闊的應用前景。在軍用領域，多屏顯示可視化技術系統應用非常普遍，例如美國的飛行員已用模擬器在真實數據生成的全球戰場地形上進行飛行戰術訓練，達到了非常好的對敵打擊效果，而自身的損失降到了最低；在民用領域，多通道投影顯示系統的應用領域也十分廣泛，尤其是在2010年上海世博會中，眾多場館都采用了各種表現形式的多通道投影顯示技術。在多通道大屏幕投影顯示系統中，可以進行3D立體顯示的投影形式主要包括環幕系統、球幕系統、球帶系統、CAVE系統等，然而這些顯示系統無法滿足多觀眾、多視角、同時、4π立體角空間觀察的要求。

本發明提供一種三維全景空間立體圖像生成方法，針對全景(4π立體角空間)顯示系統的特點(超大視場角，即水平、垂直方向均為360度，遠大于人眼視場角)，以及大尺寸立體顯示的問題，首次提出了基于立體視角分割的全景立體圖像生成方法。打破現有的立體圖像生成方法；通過建立經緯劃分、局部空間角范圍結算、出屏與攝像機間距關系結算等模型，實現了高沉浸感全景立體圖像的生成。

發明內容

為了提高投影顯示系統的沉浸感，在保證更寬視場角和更高分辨率的同時，實現多用戶、多視場角體驗，本發明提出一種三維全景空間立體圖像生成方法。

一種三維全景空間立體圖像生成方法，其特征在于，其實現步驟如下：

實現步驟：

步驟1：建立4π立體角空間，初始化一個以0點為原點，R為半徑的球體1，這里R為正數；

步驟2：將球體1用球面的緯度線等分m份，用球面的經度線等分n份，其中m和n為整數，由相鄰兩條經度線和相鄰兩條緯度線相交得到四個交點，由這四個交點組成一個平面四邊形，在南極和北極處得到一個三角形，將南極點和北極點看作一條直線，則在南極和北極處得到的三角形也是平面四邊形；以下統稱這些平面四邊形和三角形為幾何多邊形；

步驟3：選擇任意一個幾何多邊形2，連接幾何多邊形2的兩組相對邊的中心點得到兩條直線，這兩條直線的交點為幾何多邊形2的幾何中心；建立笛卡爾子坐標系3，即以0點為原點，0點朝著幾何多邊形2的幾何中心的連線方向為Y軸正方向；過幾何多邊形2沿緯度方向兩側邊的中心點和0點的平面為XOY坐標平面；垂直于XOY平面，且指向北極的方向為Z軸正方向；根據右手定則可確定X軸正方向；

步驟4：在笛卡爾子坐標系3下，將幾何多邊形2沿著X軸正方向平移距離detaX得到幾何多邊形21，將幾何多邊形2沿著X軸負方向平移距離detaX得到幾何多邊形22；將0點沿著X軸正方向平移距離detaX得到點01，將0點沿著X軸負方向平移距離detaX得到02；

步驟5：在幾何多邊形21所在平面上，選取幾何多邊形21的最小外接矩形23。由最小外接矩形23的4個頂點和01點建立四棱錐4；在幾何多邊形22所在平面上，選取幾何多邊形22的最小外接矩形25。由最小外接矩形25的4個頂點和02點建立四棱錐5；

步驟6：使用四棱錐4和四棱錐5分別作為左眼和右眼的視錐，再經過渲染得到圖像6和圖像7；

步驟7：將圖像6落在幾何多邊形21中的像素保留，其他像素清空，得到可匹配幾何多邊形21形狀的視口圖像8；將圖像7落在幾何多邊形22中的像素保留，其他像素清空，得到可匹配幾何多邊形22形狀的視口圖像9；

步驟8：將視口圖像8和視口圖像9按照像素視角對應關系映射到顯示屏幕上，得到屏幕圖像10和屏幕圖像11，屏幕圖像10和屏幕圖像11構成立體圖像對。

有益效果：

本發明提供一種三維全景空間立體圖像生成方法，其優點在于能夠生成4π立體角空間的大視場高分辨率立體圖像，供全景立體系統播放，解決工業設計、虛擬制造、軍事仿真、天文氣象、影視娛樂等領域對多用戶、多角度、同時進行立體觀察的需要。該技術簡單通用，可廣泛于娛樂、廣告、展覽、虛擬仿真、工業制造、科學考察等領域；同時，可用推廣到其他大視場角、高沉浸感圖像的生成應用中。