[發明專利]基于立體多畫顯示的隔網對抗性項目虛擬仿真系統及方法

有效

• 申請號: 201410752193.6
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN104394400A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 楊承磊;孫維思;周士勝;李韓超;林于杰;蓋偉;李慧宇;陳瀟瑞;李國政;孟祥旭
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H04N13/00
• 分類號: H04N13/00;H04N13/04;A63F13/52
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種基于立體多畫顯示的隔網對抗性項目虛擬仿真系統及方法。

背景技術

隨著社會現代化水平的提高，人們對于娛樂文化生活的要求也越來越高，以三維、沉浸感的逼真輸出為標志的虛擬現實技術也逐漸被應用到這些領域。通過對客觀現實世界的模擬創造出一個虛擬的世界，而用戶正是基于他們在現實世界中所積累的生活經驗和習慣性的行為模式與虛擬世界進行交互。所以沉浸感越強烈，即用戶在虛擬世界中發生的行為或觀看到的影像越接近他們在現實世界中的體驗與感知，就越能獲得大眾的青睞。而3D顯示技術帶來的立體感覺更是將虛擬世界的呈現空間延伸到了屏幕之外。

在目前市面上的大多數立體顯示設備中，當多個用戶觀看同一屏幕顯示器時，他們看到的畫面往往是一致的。即當顯示器的畫面上有物體運動時，他們所看到的物體的運動方向也是一致的。但是在現實世界中，當有物體朝我們“飛”來時，不同視角位置的人看到的物體的運動軌跡其實是不同的。這說明了目前3D顯示設備在提高用戶沉浸感方面的局限性。因此，本發明設計了一種基于立體多畫顯示的隔網對抗性項目虛擬仿真系統，并具體說明了基于該系統進行的虛擬網球對抗比賽項目，可以將不同視角的3D游戲畫面分別輸出到相應玩家的眼中，而玩家可以像在現實世界進行網球比賽那樣通過相應的動作控制游戲中的對應角色跑動、揮拍等，從而使得游戲有更好的交互性和沉浸感。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種基于立體多畫顯示的隔網對抗性項目虛擬仿真系統及方法，該系統可擴張到游戲運動生活的諸多方面，如網球、羽毛球、乒乓球甚至排球等。本系統不僅能夠實現在同一屏幕顯示器上進行多畫立體顯示，而且能夠基于不同視角位置對同一游戲場景進行實時渲染。下面針對虛擬網球系統對本發明系統進行詳細說明。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于立體多畫顯示的隔網對抗性項目虛擬仿真系統，包括：網絡連接模塊、游戲邏輯模塊、交互控制模塊、物理引擎模塊、立體渲染模塊和雙畫投影顯示模塊；其中：

所述網絡連接模塊，包括服務器子模塊和客戶端子模塊，用于進行網絡通信和數據傳遞；

所述游戲邏輯模塊，用于存儲游戲規則、角色動畫的播放控制和位置映射；

所述交互控制模塊，利用Kinect組合陣列捕捉玩家位置、識別玩家動作，控制虛擬網球游戲場景中各自相應的游戲角色進行移動，拍攝不同視點的立體畫面；

所述物理引擎模塊，用于通過物理引擎高效、逼真地模擬網球反彈、碰撞等物理效果，使得游戲畫面更加真實而生動。

所述立體渲染模塊，用于利用時分法，將用戶裝配的雙目攝像頭同步拍攝渲染出角色視點的左右幀畫面中每一幀計算出的兩個不同的畫面進行交替顯示，從而得到虛擬角色視點的立體畫面；

所述雙畫投影顯示模塊，用于將渲染出的兩組立體畫面分別輸送到兩投影儀中，經過加裝在兩投影儀前端的水平和豎直偏振片的過濾，水平和豎直偏振光分別搭載一組立體視頻投影到同一屏幕顯示器上。

所述服務器子模塊，用于承擔著對游戲規則的運用、處理客戶端用戶的輸入數據，并將當前處于活躍狀態的客戶端的操作狀態和處理結果轉發、同步給其他客戶端，保證客戶端之間并不會進行實際的連接，以保護終端用戶的隱私權。

所述客戶端子模塊，與服務器子模塊進行連接，將自己的IP地址通知給服務器子模塊，客戶端子模塊處理從Kinect傳輸的確定的動作行為指令，來控制本地相應游戲角色的動畫播放，并將確定的行為結果發送給服務器子模塊。

基于上述系統的工作方法，包括以下步驟：

(1)通過連接服務器接入到虛擬游戲系統中，產生對應的游戲角色，Kinect陣列協同工作捕捉到兩個玩家在真實空間中的位置坐標，并將游戲角色分別映射到虛擬場景中場地的兩端；

(2)根據場景中的位置，通過立體渲染模塊對場景雙目攝像機拍攝的左右幀畫面進行實時渲染；

(3)將兩客戶端渲染的立體畫面投影到同一屏幕顯示器上，每位玩家透過3D眼鏡，針對看到的基于其所在位置的立體視像做出交互反應，控制對應的游戲角色的動畫播放和位置移動；

(4)重復步驟(1)-(3)。

所述步驟(2)中，其具體方法包括：游戲角色分別配有兩臺虛擬攝像機，這兩臺攝像機均包括兩臺并列安置的虛擬攝像機，來模擬人雙眼觀察景物的方法，同步拍攝出兩條帶水平視差的視頻畫面；利用時分法，將每一幀計算出的兩個不同的畫面進行交替顯示。

所述步驟(3)具體包括：