專利名稱：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技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明方法涉及一種三維全景空間立體圖像生成方法，屬于計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù) 和光電顯示技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高分辨率、高亮度的全景顯示系統(tǒng)越來越廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算可視化、虛擬裝 配、軍事訓(xùn)練、模擬駕駛、文化娛樂等領(lǐng)域。為了實(shí)現(xiàn)更具視覺沖擊力和沉浸體驗(yàn)感的效果， 立體顯示技術(shù)也被逐步引入到這些領(lǐng)域，成為近年來國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。目前大多顯示設(shè) 備的分辨率通常只有幾百萬像素，單個(gè)設(shè)備無法滿足高清晰度和大視場(chǎng)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(gè)問題。多通道大屏幕投影顯示系統(tǒng)作為 一種先進(jìn)的交互顯示系統(tǒng)，在軍用和民用領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。在軍用領(lǐng)域，多屏顯 示可視化技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用非常普遍，例如美國的飛行員已用模擬器在真實(shí)數(shù)據(jù)生成的全球戰(zhàn) 場(chǎng)地形上進(jìn)行飛行戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，達(dá)到了非常好的對(duì)敵打擊效果，而自身的損失降到了最低；在 民用領(lǐng)域，多通道投影顯示系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也十分廣泛，尤其是在2010年上海世博會(huì)中， 眾多場(chǎng)館都采用了各種表現(xiàn)形式的多通道投影顯示技術(shù)。在多通道大屏幕投影顯示系統(tǒng) 中，可以進(jìn)行3D立體顯示的投影形式主要包括環(huán)幕系統(tǒng)、球幕系統(tǒng)、球帶系統(tǒng)、CAVE系統(tǒng) 等，然而這些顯示系統(tǒng)無法滿足多觀眾、多視角、同時(shí)、4 π立體角空間觀察的要求。
本發(fā)明提供一種三維全景空間立體圖像生成方法，針對(duì)全景(4 π立體角空間)顯 示系統(tǒng)的特點(diǎn)(超大視場(chǎng)角，即水平、垂直方向均為360度，遠(yuǎn)大于人眼視場(chǎng)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(xiàn)有的 立體圖像生成方法；通過建立經(jīng)緯劃分、局部空間角范圍結(jié)算、出屏與攝像機(jī)間距關(guān)系結(jié)算 等模型，實(shí)現(xiàn)了高沉浸感全景立體圖像的生成。發(fā)明內(nèi)容
為了提高投影顯示系統(tǒng)的沉浸感，在保證更寬視場(chǎng)角和更高分辨率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn) 多用戶、多視場(chǎng)角體驗(yàn)，本發(fā)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(shí)現(xiàn)步驟如下:
實(shí)現(xiàn)步驟:
步驟1:建立4 31立體角空間，初始化一個(gè)以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)，R為半徑的球體1，這里 R為正數(shù)；
步驟2:將球體I用球面的緯度線等分m份，用球面的經(jīng)度線等分η份，其中m和 η為整數(shù)，由相鄰兩條經(jīng)度線和相鄰兩條緯度線相交得到四個(gè)交點(diǎn)，由這四個(gè)交點(diǎn)組成一 個(gè)平面四邊形，在南極和北極處得到一個(gè)三角形，將南極點(diǎn)和北極點(diǎn)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(tǒng)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(gè)幾何多邊形2，連接幾何多邊形2的兩組相對(duì)邊的中心點(diǎn)得到兩條直線，這兩條直線的交點(diǎn)為幾何多邊形2的幾何中心；建立笛卡爾子坐標(biāo)系3，即以O(shè) 點(diǎn)為原點(diǎn)，O點(diǎn)朝著幾何多邊形2的幾何中心的連線方向?yàn)閅軸正方向；過幾何多邊形2沿 緯度方向兩側(cè)邊的中心點(diǎn)和O點(diǎn)的平面為XOY坐標(biāo)平面；垂直于XOY平面，且指向北極的方 向?yàn)閆軸正方向；根據(jù)右手定則可確定X軸正方向；
步驟4:在笛卡爾子坐標(biāo)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(fù)方向平移距離detaX得到幾何多邊形22 ； 將O點(diǎn)沿著X軸正方向平移距離detaX得到點(diǎn)01，將O點(diǎn)沿著X軸負(fù)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(gè)頂點(diǎn)和01點(diǎn)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(gè)頂點(diǎn)和02點(diǎn)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(jīng)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(duì)應(yīng)關(guān)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(gòu)成立體圖像對(duì)。
有益效果:
本發(fā)明提供一種三維全景空間立體圖像生成方法，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠生成4 π立體 角空間的大視場(chǎng)高分辨率立體圖像，供全景立體系統(tǒng)播放，解決工業(yè)設(shè)計(jì)、虛擬制造、軍事 仿真、天文氣象、影視娛樂等領(lǐng)域?qū)Χ嘤脩?、多角度、同時(shí)進(jìn)行立體觀察的需要。該技術(shù)簡(jiǎn)單 通用，可廣泛于娛樂、廣告、展覽、虛擬仿真、工業(yè)制造、科學(xué)考察等領(lǐng)域；同時(shí)，可用推廣到 其他大視場(chǎng)角、高沉浸感圖像的生成應(yīng)用中。


圖1為本發(fā)明方法的實(shí)施流程圖。
圖2為4JI立體空間網(wǎng)格化示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明方法為全景立體播放系統(tǒng)提供了一種三維全景空間立體圖像的生成方法， 從而提高投影顯示系統(tǒng)的沉浸感和沖擊力，在保證更寬視場(chǎng)角和更高分辨率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn) 多用戶、多視場(chǎng)角體驗(yàn)。
本發(fā)明方法的具體工作流程如圖1所示:
步驟1:建立4 31立體角空間，初始化一個(gè)以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)，R為半徑的球體1，這里 R為正數(shù)；
步驟2:將球體I用球面的緯度線等分m份，用球面的經(jīng)度線等分η份，其中m和 η為整數(shù)，由相鄰兩條經(jīng)度線和相鄰兩條緯度線相交得到四個(gè)交點(diǎn)，由這四個(gè)交點(diǎn)組成一 個(gè)平面四邊形，在南極和北極處得到一個(gè)三角形，將南極點(diǎn)和北極點(diǎn)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(tǒng)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(gè)幾何多邊形2，連接幾何多邊形2的兩組相對(duì)邊的中心點(diǎn)得 到兩條直線，這兩條直線的交點(diǎn)為幾何多邊形2的幾何中心；建立笛卡爾子坐標(biāo)系3，即以O(shè) 點(diǎn)為原點(diǎn)，O點(diǎn)朝著幾何多邊形2的幾何中心的連線方向?yàn)閅軸正方向；過幾何多邊形2沿 緯度方向兩側(cè)邊的中心點(diǎn)和O點(diǎn)的平面為XOY坐標(biāo)平面；垂直于XOY平面，且指向北極的方 向?yàn)閆軸正方向；根據(jù)右手定則可確定X軸正方向；
步驟4:在笛卡爾子坐標(biāo)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(fù)方向平移距離detaX得到幾何多邊形22 ； 將O點(diǎn)沿著X軸正方向平移距離detaX得到點(diǎn)01，將O點(diǎn)沿著X軸負(fù)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(gè)頂點(diǎn)和01點(diǎn)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(gè)頂點(diǎn)和02點(diǎn)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(jīng)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(duì)應(yīng)關(guān)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(gòu)成立體圖像對(duì)。
權(quán)利要求
1.一種三維全景空間立體圖像生成方法，其特征在于，其實(shí)現(xiàn)步驟如下:實(shí)現(xiàn)步驟:步驟1:建立4 JI立體角空間，初始化一個(gè)以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)，R為半徑的球體(I)，這里R 為正數(shù)；步驟2:將球體(I)用球面的緯度線等分m份，用球面的經(jīng)度線等分η份，其中m和η為 整數(shù)，由相鄰兩條經(jīng)度線和相鄰兩條緯度線相交得到四個(gè)交點(diǎn)，由這四個(gè)交點(diǎn)組成一個(gè)平 面四邊形，在南極和北極處得到一個(gè)三角形，將南極點(diǎn)和北極點(diǎn)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(tǒng)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(gè)幾何多邊形(2)，連接幾何多邊形(2)的兩組相對(duì)邊的中心點(diǎn)得 到兩條直線，這兩條直線的交點(diǎn)為幾何多邊形(2)的幾何中心；建立笛卡爾子坐標(biāo)系(3)， 即以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)，O點(diǎn)朝著幾何多邊形(2)的幾何中心的連線方向?yàn)閅軸正方向；過幾何多 邊形(2)沿緯度方向兩側(cè)邊的中心點(diǎn)和O點(diǎn)的平面為XOY坐標(biāo)平面；垂直于XOY平面，且指 向北極的方向?yàn)閆軸正方向；根據(jù)右手定則可確定X軸正方向；步驟4:在笛卡爾子坐標(biāo)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(fù)方向平移距離detaX得到幾何多邊形(22);將O點(diǎn)沿著X軸正方向平移距離detaX得到點(diǎn)01，將O點(diǎn)沿著X軸負(fù)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(gè)頂點(diǎn)和01點(diǎn)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(gè)頂點(diǎn)和02點(diǎn)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(jīng)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(duì)應(yīng)關(guān)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(gòu)成立體圖像對(duì)。利用本發(fā)明方法能夠提高投影顯示系統(tǒng)的沉浸感和沖擊力，在保證更寬視場(chǎng)角和更高 分辨率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)多用戶、多視場(chǎng)角體驗(yàn)。
全文摘要
本發(fā)明方法涉及一種三維全景空間立體圖像生成方法，屬于計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和光電顯示技術(shù)領(lǐng)域。此方法針對(duì)全景(4π立體角空間)顯示系統(tǒng)的特點(diǎn)(超大視場(chǎng)角，即水平、垂直方向均為360度，遠(yuǎn)大于人眼視場(chǎng)角)，以及大尺寸立體顯示的問題，提出了一種基于立體視角分割的全景立體圖像生成方法。打破現(xiàn)有的立體圖像生成方法；通過建立經(jīng)緯劃分、局部空間角范圍解算等模型，實(shí)現(xiàn)了高沉浸感全景立體圖像的生成。此方法可實(shí)現(xiàn)4π空間立體角的大視場(chǎng)高分辨率立體圖像的生成，解決工業(yè)設(shè)計(jì)、虛擬制造、軍事仿真、天文氣象、影視娛樂等領(lǐng)域?qū)Χ嘤脩簟⒍嘟嵌?、同時(shí)進(jìn)行立體觀察的需要；同時(shí)，可用推廣到其他大視場(chǎng)角、高沉浸感圖像的生成應(yīng)用中。
文檔編號(hào)H04N13/00GK103139580SQ20111038570
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者范靜濤, 丁瑩, 楊華民, 姜會(huì)林 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)