本發(fā)明涉及裸眼3D顯示技術(shù)，具體涉及一種裸眼3D虛擬現(xiàn)實(shí)展示系統(tǒng)及其展示方法。
背景技術(shù)：
：人類生活在一個(gè)立體的世界中，利用立體視覺(jué)機(jī)制來(lái)感知這個(gè)立體世界。為了表達(dá)這個(gè)世界，人們已提出并發(fā)展了很多方式，其中圖像是最直觀的表達(dá)方式。然而，目前大多數(shù)顯示設(shè)備只能實(shí)現(xiàn)2D(二維)顯示，可表達(dá)出場(chǎng)景的內(nèi)容卻忽略了深度信息，因此人們只能通過(guò)平時(shí)生活中所累積的經(jīng)驗(yàn)以及2D圖像中的陰影等信息去判斷物體間的前后位置關(guān)系。在信息化、數(shù)字化的時(shí)代，隨著社會(huì)的發(fā)展，2D顯示逐漸不能滿足人類的需求，3D顯示已成為研究人員新的研究目標(biāo)，并成為顯示領(lǐng)域中新的發(fā)展趨勢(shì)。隨著人們對(duì)3D顯示的研究不斷深入，已提出各種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多種3D顯示方式。其中，多視點(diǎn)光柵式裸眼3D顯示器可讓多名觀看者在較大觀看視角內(nèi)同時(shí)觀看到立體圖像，且無(wú)需任何助視設(shè)備幫助便能感受到震撼的視覺(jué)體驗(yàn)，因而備受人們關(guān)注。虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality，VR)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，結(jié)合相關(guān)科學(xué)技術(shù)，生成與一定范圍真實(shí)環(huán)境在視、聽、觸感等方面高度近似的數(shù)字化環(huán)境，用戶借助必要的裝備與數(shù)字化環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響，可以產(chǎn)生親臨對(duì)應(yīng)自然環(huán)境的感受和體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)是人類在探索自然過(guò)程中創(chuàng)造形成的一種用于認(rèn)識(shí)自然、模擬自然，進(jìn)而更好地適應(yīng)和利用自然的科學(xué)方法和技術(shù)。隨著社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)VR技術(shù)的研究日益重視，VR技術(shù)也取得了巨大進(jìn)展，并逐步成為一個(gè)新的科學(xué)
技術(shù)領(lǐng)域：
。但是，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前僅供單人進(jìn)行沉浸式體驗(yàn)，而在其旁邊的觀看者因?yàn)橹荒芸吹接螒蛘邘е鳹R頭盔在做各種各樣的動(dòng)作，而看不到VR顯示屏上的內(nèi)容，導(dǎo)致無(wú)法分享和理解游戲者正在經(jīng)歷的沉浸式感受。雖然旁觀者可以通過(guò)監(jiān)視器看到VR頭盔中的單眼畫面即第一視角畫面，但是因?yàn)槿狈﹄p目畫面帶來(lái)的沉浸式三維立體效果，并且旁觀者只能被動(dòng)地接受因游戲者頭部快速移動(dòng)所造成的圖像快速變化，導(dǎo)致旁觀者不僅不能分享到游戲者所經(jīng)歷的震撼，也會(huì)因?yàn)榭焖僮儞Q的圖像而產(chǎn)生視覺(jué)疲勞。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種裸眼3D虛擬現(xiàn)實(shí)展示系統(tǒng)及其展示方法。本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種裸眼3D虛擬現(xiàn)實(shí)展示系統(tǒng)。本發(fā)明的裸眼3D虛擬現(xiàn)實(shí)展示系統(tǒng)包括：VR傳感單元、多目相機(jī)定位采集單元、三維渲染單元、VR顯示單元、裸眼3D合成顯示單元和綠幕空間；其中，VR傳感單元、多目相機(jī)定位采集單元、VR顯示單元和游戲者均位于綠幕空間內(nèi)；VR傳感單元和多目相機(jī)定位采集單元分別連接至三維渲染單元；三維渲染單元分別連接至VR顯示單元和裸眼3D合成顯示單元；根據(jù)觀看對(duì)象不同，裸眼3D虛擬現(xiàn)實(shí)展示系統(tǒng)分為游戲者部分和旁觀者部分；在游戲者部分中，VR傳感單元采集游戲者在綠幕空間中的運(yùn)動(dòng)信息，并將運(yùn)動(dòng)信息傳輸至三維渲染單元，觸發(fā)或控制三維渲染單元中的三維虛擬場(chǎng)景，并控制三維渲染單元渲染游戲者視角所看到的三維虛擬場(chǎng)景的雙目圖像；雙目圖像傳輸至VR顯示單元，將具有雙目視差的雙目圖像輸送給游戲者的左右眼，從而游戲者產(chǎn)生沉浸式的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)；在旁觀者部分中，多目相機(jī)定位采集單元中的實(shí)際立體相機(jī)陣列拍攝位于綠幕空間的游戲者，采集不同角度的多張帶有綠幕背景的游戲者圖像，與實(shí)際立體相機(jī)陣列的姿態(tài)一起發(fā)送至三維渲染單元；三維渲染單元根據(jù)實(shí)際立體相機(jī)陣列的參數(shù)設(shè)置多目虛擬相機(jī)的參數(shù)，并根據(jù)實(shí)際立體相機(jī)陣列的姿態(tài)控制多目虛擬相機(jī)的姿態(tài)使得二者時(shí)刻保持同步，多目虛擬相機(jī)對(duì)由VR傳感單元觸發(fā)或控制的三維虛擬場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染，獲得虛擬場(chǎng)景渲染圖像，并將游戲者圖像中的綠幕背景進(jìn)行綠幕剔除，然后將綠幕摳像后的游戲者圖像和虛擬場(chǎng)景渲染圖像進(jìn)行疊加，形成多張視差圖像，傳輸至裸眼3D合成顯示單元；裸眼3D合成顯示單元將多張視差圖進(jìn)行視差圖像合成，并進(jìn)行裸眼3D顯示；旁觀者控制多目相機(jī)定位采集單元中實(shí)際立體相機(jī)陣列的姿態(tài)，通過(guò)裸眼3D合成顯示單元的顯示，實(shí)現(xiàn)第三視角的觀察體驗(yàn)。綠幕空間是指由綠幕搭建的一個(gè)長(zhǎng)方體的內(nèi)部空間，長(zhǎng)方體內(nèi)的每一個(gè)面均由綠幕覆蓋，長(zhǎng)方體內(nèi)能夠布置下VR傳感單元、游戲者和多目相機(jī)定位采集單元，長(zhǎng)方體的側(cè)面設(shè)置有人員進(jìn)出口。VR傳感單元進(jìn)行游戲者與裸眼3D虛擬現(xiàn)實(shí)展示系統(tǒng)的人機(jī)交互，進(jìn)行游戲者與虛擬場(chǎng)景之間的感知傳遞，包括真實(shí)感觸/力覺(jué)感知、三維空間方位跟蹤、交互行為等信息。其中，采用三維空間跟蹤定位技術(shù)，通過(guò)跟蹤定位器來(lái)捕捉的游戲者的運(yùn)動(dòng)信息，使游戲者具有可以自由移動(dòng)的交互空間，增加游戲者交互操作的靈活性，運(yùn)動(dòng)信息包括游戲者的頭部位置和角度，以及肢體信息。跟蹤定位技術(shù)可分為有源跟蹤定位技術(shù)和無(wú)源跟蹤定位技術(shù)。其中，有源跟蹤定位技術(shù)的跟蹤定位器具有發(fā)射器和接收器，能夠通過(guò)發(fā)射和接收信號(hào)之間的物理聯(lián)系確定游戲者的運(yùn)動(dòng)信息。無(wú)源跟蹤定位技術(shù)的跟蹤定位器不具有主動(dòng)信號(hào)源，僅通過(guò)接收器測(cè)量接收信號(hào)的變化，確定被跟蹤對(duì)象的位置和姿態(tài)。跟蹤定位技術(shù)采用激光定位技術(shù)、光學(xué)定位技術(shù)、紅外主動(dòng)式光學(xué)技術(shù)和可見(jiàn)光主動(dòng)式光學(xué)技術(shù)中的一種。VR傳感單元將采集到的游戲者的運(yùn)動(dòng)信息傳輸至三維渲染單元。多目相機(jī)定位采集單元包括實(shí)際立體相機(jī)陣列、空間定位追蹤系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集單元，實(shí)際立體相機(jī)陣列連接至數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元采集實(shí)際立體相機(jī)陣列的數(shù)據(jù)，再將獲得數(shù)據(jù)傳輸至三維渲染單元；空間定位追蹤系統(tǒng)定位和追蹤實(shí)際立體相機(jī)陣列在空間中的6個(gè)自由度，包括位置信息和方向信息。實(shí)際立體相機(jī)陣列包括多目實(shí)際相機(jī)，從不同角度拍攝位于綠幕空間中的游戲者，從而獲取到不同視角的帶有綠幕背景的游戲者圖像。多目實(shí)際相機(jī)的硬件和軟件參數(shù)均保持一致，硬件參數(shù)主要包括采集芯片(如CCD、CMOS)、相機(jī)電路和鏡頭的規(guī)格參數(shù)等，軟件參數(shù)包括分辨率、曝光時(shí)間、白平衡、顏色校正、圖像裁剪區(qū)域和Bayer(貝葉耳)轉(zhuǎn)換類型等，這些參數(shù)均需保持一致，這樣才能在裸眼3D合成顯示單元上實(shí)現(xiàn)較好的合成效果。其中，多目實(shí)際相機(jī)以會(huì)聚式結(jié)構(gòu)排布，各實(shí)際相機(jī)的光心位于同一水平線上，光軸位于同一平面內(nèi)，并且相鄰的實(shí)際相機(jī)的間距相等，各實(shí)際相機(jī)的光軸相交于位于實(shí)際立體相機(jī)陣列前的一點(diǎn)，稱之為會(huì)聚點(diǎn)。若采用偶數(shù)個(gè)實(shí)際相機(jī)，則會(huì)聚點(diǎn)位于中間兩個(gè)實(shí)際相機(jī)的光心連線的中垂線上；若采用奇數(shù)個(gè)相機(jī)，則會(huì)聚點(diǎn)位于中間的實(shí)際相機(jī)的光軸上。根據(jù)裸眼3D顯示屏的規(guī)格尺寸以及雙目融合能力，計(jì)算相鄰實(shí)際相機(jī)的間距和會(huì)聚點(diǎn)的位置，保證拍攝到的游戲者在裸眼3D顯示屏上的視差量是在人眼的融合范圍之內(nèi)，并且保證當(dāng)虛擬相機(jī)的設(shè)置與實(shí)際立體相機(jī)陣列一致時(shí)，拍攝到的虛擬場(chǎng)景的視差量也同樣在人眼的融合范圍之內(nèi)。為了降低整體系統(tǒng)的運(yùn)行耗時(shí)，提高系統(tǒng)幀率，本發(fā)明中的數(shù)據(jù)采集單元采用多線程相機(jī)采集方案，即通過(guò)調(diào)用多核CPU來(lái)并行采集實(shí)際相機(jī)的數(shù)據(jù)，再將獲得的數(shù)據(jù)送往三維渲染單元，從而在很大程度上提高了系統(tǒng)運(yùn)行幀率?？臻g定位追蹤系統(tǒng)定位和追蹤實(shí)際立體相機(jī)陣列在空間中的6個(gè)自由度的姿態(tài)，包括位置信息和方向信息?？臻g定位追蹤系統(tǒng)采用的跟蹤定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法也與VR傳感單元中提到的跟蹤定位技術(shù)一樣，采用激光定位技術(shù)、光學(xué)定位技術(shù)、紅外主動(dòng)式光學(xué)技術(shù)和可見(jiàn)光主動(dòng)式光學(xué)技術(shù)中的一種。通常，為了避免兩套定位系統(tǒng)之間的信號(hào)干擾，提高各自定位的準(zhǔn)確性和魯棒性，常采用兩套不同的跟蹤定位技術(shù)分別用來(lái)對(duì)不同的物體進(jìn)行定位。三維渲染單元中，存儲(chǔ)了三維數(shù)字化的虛擬場(chǎng)景和預(yù)設(shè)規(guī)則路徑。首先，根據(jù)VR傳感單元采集的游戲者的運(yùn)動(dòng)信息，觸發(fā)或控制虛擬場(chǎng)景響應(yīng)，并根據(jù)游戲者頭部的位置和角度來(lái)設(shè)置虛擬雙目相機(jī)的方位，渲染游戲者視角所看到的虛擬場(chǎng)景的雙目圖像，并傳送到VR顯示單元上顯示，從而讓游戲者能隨著自己頭部的運(yùn)動(dòng)看到不同角度的三維虛擬場(chǎng)景，并能通過(guò)肢體控制虛擬場(chǎng)景，與虛擬場(chǎng)景產(chǎn)生互動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生沉浸式的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。通過(guò)到頭部的位置和視角來(lái)改變?nèi)S渲染單元中的雙目圖像的視角，使得游戲者的視覺(jué)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)感知系統(tǒng)之間可以聯(lián)系起來(lái)，感覺(jué)更逼真。除此之外，三維渲染單元設(shè)置有與實(shí)際立體相機(jī)陣列數(shù)量、硬件參數(shù)和軟件參數(shù)均相同的多目虛擬相機(jī)，三維渲染單元還要根據(jù)通過(guò)實(shí)際立體相機(jī)陣列的姿態(tài)，來(lái)設(shè)置多目虛擬相機(jī)的姿態(tài)，使其與實(shí)際立體相機(jī)陣列的參數(shù)和姿態(tài)時(shí)刻保持一致，每一個(gè)實(shí)際相機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)參數(shù)和姿態(tài)相同的虛擬相機(jī)，多目虛擬相機(jī)也采用同樣結(jié)構(gòu)的會(huì)聚式結(jié)構(gòu)排布。VR傳感單元的觸發(fā)或操控的虛擬場(chǎng)景，多目虛擬相機(jī)對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染，得到多張?zhí)摂M場(chǎng)景渲染圖像，虛擬場(chǎng)景渲染圖像為渲染紋理，即將每幀的數(shù)據(jù)分別保存到各自的渲染紋理中。另外，將實(shí)際立體相機(jī)陣列采集的帶有綠幕背景的游戲者圖像進(jìn)行綠幕剔除后，將綠幕摳像后的游戲者圖像與相對(duì)應(yīng)的虛擬場(chǎng)景渲染圖像進(jìn)行疊加，形成多張視差圖像，最后將多張視差圖像送往裸眼3D合成顯示單元，進(jìn)行視差圖像的立體合成及裸眼3D顯示。這樣，旁觀者就可以借助裸眼3D顯示屏，看到游戲者本人在虛擬場(chǎng)景中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并且旁觀者通過(guò)控制實(shí)際立體相機(jī)陣列的姿態(tài)同時(shí)控制與實(shí)際立體相機(jī)陣列相同的多目虛擬相機(jī)的姿態(tài)，從而控制觀看視角，實(shí)現(xiàn)與游戲者的情感分享及三維體驗(yàn)。VR顯示單元通常包括VR顯示屏和兩組成像透鏡，來(lái)自三維渲染單元的雙目圖像分別傳輸至VR顯示屏的左右屏幕，VR顯示屏上的左右屏幕分別通過(guò)一組成像透鏡成像在游戲者的左右眼前方，將具有雙目視差的圖像輸分別送給左右眼，根據(jù)大腦的融合能力，在游戲者的大腦中形成虛擬場(chǎng)景的立體視覺(jué)。裸眼3D合成顯示單元包括圖像合成單元，以及裸眼3D顯示屏。裸眼3D顯示屏包括2D顯示屏和光柵。圖像合成單元根據(jù)裸眼3D顯示屏的物理結(jié)構(gòu)及3D實(shí)現(xiàn)原理，將多張視差圖像按照裸眼3D顯示屏的物理特性進(jìn)行圖像重新排布，下面給出了2D顯示屏的每個(gè)子像素位置對(duì)應(yīng)的應(yīng)取哪副視差圖像的關(guān)系公式：Q=(k+koff-3ltanα)modXXK]]>其中，Q表示每個(gè)子像素與視差圖像的映射值，k和l為子像素的圖像坐標(biāo)，以左上角為零點(diǎn)；α為光柵相對(duì)于豎直方向的夾角，X為一個(gè)光柵水平周期所占的子像素個(gè)數(shù)，K為視點(diǎn)數(shù)，koff為2D顯示屏左上角距離下一個(gè)光柵周期左邊界的子像素個(gè)數(shù)，mod()為取余函數(shù)。通過(guò)上面的公式，便可以將三維渲染單元生成的多張視差圖像進(jìn)行立體合成，最后將合成結(jié)果送到裸眼3D顯示屏上顯示。裸眼3D顯示屏將不同視差圖像的光線在空間中進(jìn)行分開，并使其在最佳觀看距離處進(jìn)行會(huì)聚，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同視差圖像的空間分離，當(dāng)旁觀者的左右眼分別看到不同視差圖像時(shí)，根據(jù)大腦的融合作用，便會(huì)在大腦中形成立體視覺(jué)。光柵為狹縫光柵或者為柱鏡光柵。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種裸眼3D虛擬現(xiàn)實(shí)展示方法。本發(fā)明的裸眼3D虛擬現(xiàn)實(shí)展示方法，根據(jù)觀看對(duì)象不同，裸眼3D虛擬現(xiàn)實(shí)展示系統(tǒng)分為游戲者部分和旁觀者部分：(一)游戲者部分：1)VR傳感單元采集游戲者在綠幕空間中的運(yùn)動(dòng)信息，并將監(jiān)測(cè)到的運(yùn)動(dòng)信息傳輸至三維渲染單元；2)游戲者的運(yùn)動(dòng)信息觸發(fā)或控制三維渲染單元中的三維虛擬場(chǎng)景，并控制三維渲染單元渲染游戲者視角所看到的三維虛擬場(chǎng)景的雙目圖像，然后將雙目圖像傳輸至VR顯示單元；3)VR顯示單元將具有雙目視差的雙目圖像輸送給游戲者的左右眼，根據(jù)大腦的融合能力，在游戲者的大腦中形成虛擬場(chǎng)景的立體視覺(jué)，從而游戲者產(chǎn)生沉浸式的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)；(二)旁觀者部分：1)前期調(diào)試實(shí)際立體相機(jī)陣列；2)旁觀者控制實(shí)際立體相機(jī)陣列的姿態(tài)，實(shí)際立體相機(jī)陣列拍攝位于綠幕空間的游戲者，采集不同角度的多張帶有綠幕背景的游戲者圖像，并與實(shí)際立體相機(jī)陣列的姿態(tài)一起發(fā)送至三維渲染單元；3)三維渲染單元根據(jù)實(shí)際立體相機(jī)陣列的參數(shù)設(shè)置多目虛擬相機(jī)的參數(shù)，并根據(jù)實(shí)際立體相機(jī)陣列的姿態(tài)控制多目虛擬相機(jī)的姿態(tài)使得二者時(shí)刻保持同步；4)多目虛擬相機(jī)對(duì)由VR傳感單元觸發(fā)或控制的三維虛擬場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染，獲得多張?zhí)摂M場(chǎng)景渲染圖像；5)三維渲染單元將游戲者圖像中的綠幕背景進(jìn)行綠幕剔除，然后將綠幕摳像后的游戲者圖像和相對(duì)應(yīng)的虛擬場(chǎng)景渲染圖像進(jìn)行疊加，形成多張視差圖像，傳輸至裸眼3D合成顯示單元；6)裸眼3D合成顯示單元將多張視差圖進(jìn)行視差圖像合成，并進(jìn)行裸眼3D顯示；旁觀者通過(guò)裸眼3D合成顯示單元的顯示，實(shí)現(xiàn)第三視角的觀察體驗(yàn)。其中，在步驟(一)的1)中，VR傳感單元采集游戲者在綠幕空間中的運(yùn)動(dòng)信息包括：通過(guò)跟蹤定位器來(lái)捕捉游戲者的運(yùn)動(dòng)信息，運(yùn)動(dòng)信息包括游戲者的頭部位置和角度，以及肢體信息，肢體信息包括游戲者的位置、角度和觸鍵信息。在步驟(一)的2)中，三維渲染單元渲染雙目圖像，具體包括以下步驟：a)VR傳感單元采集的游戲者的肢體信息，觸發(fā)或控制三維渲染單元虛擬場(chǎng)景響應(yīng)；b)三維渲染單元根據(jù)游戲者頭部的位置和角度來(lái)設(shè)置虛擬雙目相機(jī)的方位，虛擬雙目相機(jī)對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染，獲得游戲者視角所看到的虛擬場(chǎng)景的雙目圖像；c)將雙目圖像傳送到VR顯示單元。在步驟(二)的1)中，前期調(diào)試實(shí)際立體相機(jī)陣列包括以下步驟：a)將多目實(shí)際相機(jī)的硬件和軟件參數(shù)均設(shè)置一致；b)將多目實(shí)際相機(jī)以會(huì)聚式結(jié)構(gòu)排布，各實(shí)際相機(jī)的光心位于同一水平線上，光軸位于同一平面內(nèi)；c)調(diào)整相鄰的實(shí)際相機(jī)的間距相等；d)使得各實(shí)際相機(jī)的光軸相交于位于實(shí)際立體相機(jī)陣列前的一點(diǎn)，稱之為會(huì)聚點(diǎn)。在步驟(二)的2)中，旁觀者控制實(shí)際立體相機(jī)陣列的姿態(tài)，并將實(shí)際立體相機(jī)陣列的姿態(tài)發(fā)送至三維渲染單元包括：旁觀者控制實(shí)際立體相機(jī)陣列在空間中的6個(gè)自由度的姿態(tài)，包括位置信息和方向信息，并通過(guò)空間定位追蹤系統(tǒng)定位和追蹤實(shí)際立體相機(jī)陣列在空間中的6個(gè)自由度的姿態(tài)，然后將實(shí)際立體相機(jī)陣列的姿態(tài)傳輸至三維渲染單元。實(shí)際立體相機(jī)陣列設(shè)置在攝像機(jī)支架上，各個(gè)實(shí)際相機(jī)之間的相對(duì)位置和姿態(tài)不變，旁觀者控制實(shí)際立體相機(jī)陣列的姿態(tài)，同時(shí)控制多目虛擬相機(jī)的姿態(tài)，從而控制觀看視角，實(shí)現(xiàn)與游戲者的情感分享及三維體驗(yàn)。在步驟(二)的3)中，多目虛擬相機(jī)的數(shù)量、硬件和軟件參數(shù)均與多目實(shí)際相機(jī)一致，一個(gè)虛擬相機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)參數(shù)相同的實(shí)際相機(jī)。在步驟(二)的4)中，多目虛擬相機(jī)對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行渲染，獲得虛擬場(chǎng)景渲染圖像，將每幀的數(shù)據(jù)分別保存到各自的渲染紋理中。在步驟(二)的6)中，裸眼3D合成顯示單元按照裸眼3D顯示屏的物理結(jié)構(gòu)，按照公式(1)進(jìn)行視差圖像合成，視差圖像與裸眼3D顯示屏的2D顯示屏的子像素的映射關(guān)系公式：Q=(k+koff-3ltanα)modXXK---(1)]]>其中，Q表示每個(gè)子像素與視差圖像的映射值，k和l為子像素的圖像坐標(biāo)，以左上角為零點(diǎn)；α為光柵相對(duì)于豎直方向的夾角，X為一個(gè)光柵水平周期所占的子像素個(gè)數(shù)，K為視點(diǎn)數(shù)，即為實(shí)際相機(jī)的數(shù)量，koff為2D顯示屏左上角距離下一個(gè)光柵周期左邊界的子像素個(gè)數(shù)，mod()為取余函數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明采用VR傳感單元采集游戲者的運(yùn)動(dòng)信息，對(duì)三維渲染單元發(fā)布觸發(fā)或操控指令，觸發(fā)或控制三維渲染單元的三維虛擬場(chǎng)景，三維渲染單元渲染雙目圖像，發(fā)送至VR顯示單元，使得游戲者產(chǎn)生沉浸式的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)；同時(shí)采用實(shí)際立體相機(jī)陣列，并結(jié)合綠幕摳像技術(shù)將游戲者本身放到數(shù)字化的虛擬場(chǎng)景里，最后將游戲者和虛擬場(chǎng)景以裸眼3D顯示的方式呈現(xiàn)出來(lái)，讓旁觀者不用借助任何輔助設(shè)備，便能夠以第三視角的方式來(lái)觀察游戲者正在經(jīng)歷的場(chǎng)景，并能看到游戲者本身已經(jīng)融入在虛擬場(chǎng)景中，從而可以很容易地理解游戲者做各種動(dòng)作的原因，進(jìn)而能與游戲者一同感受體驗(yàn)VR的樂(lè)趣；不僅如此，旁觀者還可以人為的調(diào)整第三視角的觀看位置和角度，改變虛擬場(chǎng)景中虛擬相機(jī)的位置和方位，從而根據(jù)自己的興趣觀看虛擬場(chǎng)景中發(fā)生的情況，也可以對(duì)整個(gè)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行全方位觀察和分析。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的裸眼3D虛擬現(xiàn)實(shí)展示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明的裸眼3D虛擬現(xiàn)實(shí)展示系統(tǒng)的實(shí)際立體相機(jī)陣列的一個(gè)實(shí)施例的俯視圖；圖3為本發(fā)明的裸眼3D虛擬現(xiàn)實(shí)展示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，通過(guò)具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖1和圖3所示，本發(fā)明的裸眼3D虛擬現(xiàn)實(shí)展示系統(tǒng)包括：VR傳感單元1、多目相機(jī)定位采集單元2、三維渲染單元3、VR顯示單元4、裸眼3D合成顯示單元5和綠幕空間6；其中，VR傳感單元1、多目相機(jī)定位采集單元2、VR顯示單元4和游戲者P均位于綠幕空間6內(nèi)；VR傳感單元1和多目相機(jī)定位采集單元分別連接至三維渲染單元3；三維渲染單元3分別連接至VR顯示單元4和裸眼3D合成顯示單元5。VR顯示單元4將具有雙目視差的圖像成像在游戲者P的雙眼前。旁觀者L通過(guò)裸眼3D合成顯示單元5的顯示，實(shí)現(xiàn)第三視角的觀察體驗(yàn)。1.VR傳感單元本實(shí)施例中，VR傳感單元采用HTCVIVE的VR設(shè)備，VIVE的三維空間跟蹤定位技術(shù)，稱之為L(zhǎng)ighthouse室內(nèi)定位技術(shù)，屬于激光掃描定位技術(shù)，靠激光和光敏傳感器來(lái)確定運(yùn)動(dòng)物體的位置。兩個(gè)激光發(fā)射器被安置在對(duì)角，形成大小可調(diào)的長(zhǎng)方形區(qū)域，最大追蹤位置為4.5×4.5m。激光束由發(fā)射器里面的兩排固定LED燈發(fā)出，每秒6次。每個(gè)激光發(fā)射器內(nèi)有兩個(gè)掃描單元，分別在水平和垂直方向輪流對(duì)綠幕空間發(fā)射激光掃描定位空間。采用激光掃描定位技術(shù)，在游戲者頭部和手持的手柄上安裝多個(gè)光敏感傳感器，在綠幕空間內(nèi)設(shè)置多個(gè)激光發(fā)射器，激光發(fā)射器內(nèi)的掃描單元輪流對(duì)對(duì)綠幕空間發(fā)射激光掃描綠幕空間，光敏感傳感器接受激光，并傳輸至計(jì)算單元，計(jì)算單元區(qū)分頭部與手柄的不同的光敏感傳感器，并分別計(jì)算接收激光的時(shí)間，來(lái)分別確定頭部和手柄的位置信息。游戲者的頭部佩戴頭顯，并且手持手柄，頭顯和手柄上有超過(guò)70個(gè)光敏傳感器。通過(guò)計(jì)算接收激光的時(shí)間來(lái)計(jì)算傳感器位置相對(duì)于激光發(fā)射器的準(zhǔn)確位置，通過(guò)多個(gè)光敏傳感器可以探測(cè)出頭顯的位置及方向。這里需要說(shuō)明一下，HTCVive采用的激光定位技術(shù)，定位過(guò)程中光敏傳感器的ID會(huì)隨著它接收到的數(shù)據(jù)同時(shí)傳給計(jì)算單元的，也就是說(shuō)計(jì)算單元是可以直接區(qū)分不同的光敏傳感器，從而根據(jù)每個(gè)光敏傳感器所固定在頭顯和手柄上的位置以及其他信息一起最終構(gòu)建頭顯及手柄的三維模型，從而得到游戲者的運(yùn)動(dòng)信息。2.多目相機(jī)定位采集單元實(shí)際立體相機(jī)陣列采用多目工業(yè)相機(jī)。實(shí)際立體相機(jī)陣列中的工業(yè)相機(jī)和鏡頭的規(guī)格分別如下所示：表1相機(jī)規(guī)格參數(shù)表表2鏡頭規(guī)格參數(shù)表5目實(shí)際立體相機(jī)陣列如圖2所示。根據(jù)裸眼3D顯示屏的規(guī)格尺寸以及雙目融合能力，計(jì)算相鄰相機(jī)的間距為3.57cm，會(huì)聚距離Z0為2m，最近物體距離ZA為1.5m，CMOS實(shí)際使用像素點(diǎn)數(shù)為1920×1080，那么實(shí)際相機(jī)在豎直方向上的視場(chǎng)角約為42°。根據(jù)本實(shí)施例中裸眼3D顯示屏的視點(diǎn)數(shù)為8，因此選用8目工業(yè)相機(jī)組成實(shí)際立體相機(jī)陣列，并將其安裝在一套肩扛式攝像機(jī)支架上，便于移動(dòng)拍攝。本實(shí)施例中，對(duì)實(shí)際立體相機(jī)陣列的空間定位采用紅外影像追蹤技術(shù)，通過(guò)在綠幕空間上方架設(shè)空間定位追蹤系統(tǒng)對(duì)實(shí)際立體相機(jī)陣列上的標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行捕捉，實(shí)時(shí)得出實(shí)際立體相機(jī)陣列的位姿，位姿包括空間位置和角度。3.三維渲染單元三維渲染單元負(fù)責(zé)根據(jù)VIVE采集到的運(yùn)動(dòng)信息來(lái)控制三維虛擬場(chǎng)景進(jìn)行觸發(fā)響應(yīng)，并根據(jù)頭部的位置和角度數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)時(shí)設(shè)置虛擬雙目相機(jī)的方位，并渲染雙目圖像輸出到VR顯示單元上。另外，三維渲染單元根據(jù)實(shí)際立體相機(jī)陣列的位置和角度，設(shè)置八目虛擬相機(jī)的位置和角度，虛擬相機(jī)采用與實(shí)際立體相機(jī)陣列一樣的會(huì)聚式結(jié)構(gòu)排布，且虛實(shí)相機(jī)的姿態(tài)與實(shí)際立體相機(jī)陣列始終保持一致。八目虛擬相機(jī)對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行渲染，獲得虛擬場(chǎng)景渲染圖像，將每幀的數(shù)據(jù)分別保存到各自的渲染紋理中。八目實(shí)際相機(jī)采集的帶有綠幕背景的游戲者圖像，通過(guò)對(duì)逐像素進(jìn)行YUV顏色空間測(cè)試，將綠色進(jìn)行剔除后，將結(jié)果與虛擬場(chǎng)景渲染圖像進(jìn)行疊加，形成八張視差圖像，最后將這些視差圖像送往裸眼3D合成顯示單元。4.VR顯示單元VR顯示單元為設(shè)置在頭顯上的顯示設(shè)備，其單眼分辨率可達(dá)1200×1080，刷新率為90FPS，兩組透鏡分貝采用菲涅爾鏡片，可視角度約為100°～110°。5.裸眼3D合成顯示單元2D顯示屏為P3的LED三拼一顯示屏，分辨率為1920×1080，尺寸為5.76m×3.24m，最佳觀看距離為10m；光柵采用狹縫光柵，視點(diǎn)數(shù)為8。光柵的傾斜角度的正切值為1/3，一個(gè)光柵周期所覆蓋的子像素為8。那么根據(jù)公式(1)可以計(jì)算出子像素與視點(diǎn)的映射關(guān)系矩陣如下所示：表3子像素與視點(diǎn)映射矩陣(部分)123456781234567881234567812345677812345678123456678123456781234556781234567812344567812345678123將疊加后形成的8張視差圖像，根據(jù)圖(1)的映射關(guān)系，進(jìn)行灰度值拾取，合成為一張1920×1080的圖像送顯至2D顯示屏上，根據(jù)狹縫光柵的遮擋作用，可以將8張視差圖像在空間中進(jìn)行分離，當(dāng)旁觀者左右眼看到其中的兩張視差圖像(如第1張和第2張)時(shí)，并能在大腦中形成立體視覺(jué)。最后需要注意的是，公布實(shí)施例的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3