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1、四通道沉浸式投影融合互动系统技术方案1. 前言沉浸式虚拟现实提供参与者完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟世界之中的感觉。其明显的特点是：利用显示设备把用户的视觉、听觉封闭起来，产生虚拟视觉，同时，它利用数据手套把用户的手感通道封闭起来，产生虚拟触动感。系统采用识别器让参与者对系统主机下达操作命令，与此同时跟踪器的追踪，使系统达到尽可能的实时性。临境系统是真实环境替代的理想模型，它具有最新交互手段的虚拟环境。常见的沉浸式系统有：基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统。沉浸式虚拟现实显示系统基于多通道视景同步技术、三维空间整形校正算法、立体显示技术的房间式可视协同环境，该系统可提供一个同房
2、间大小的四面（或六面）立方体投影显示空间，供多人参与，所有参与者均完全沉浸在一个被三维投影画面包围的高级虚拟仿真环境中，借助相应虚拟现实交互设备，从而获得一种身临其境的高分辨率三维立体视听影像和6自由度交互感受。由于投影面几能够覆盖用户的所有视野,所以沉浸式虚拟现实显示系统能提供给使用者一种前所未有的带有震撼性的身临其境的沉浸感。这种完全沉浸式的立体显示环境，为科学家带来了空前创新的思考模式。多通道投影融合沉浸式虚拟现实系统采用边缘融合拼接系统是指整幅投影画面由不同的投影机投射画面拼接组成，每个单独的投影画面拼接中有着投影光线和画面内容的重叠部分，通过软硬件的结合处理，消除光线重合部分的多余亮
3、度，从而确保整幅画面上面没有任何接缝，亮度均匀一致，给观众完美的视觉冲击。（见下图）本方案中采用边缘融合大屏幕拼接。1.1与单屏大屏幕相比，四通道投影融合沉浸式虚拟现实系统的优势1.增加图像尺寸；画面的完整性：多台投影机拼接投射出来的画面一定比单台投影机投射出来的画面尺寸更大；鲜艳靓丽的画面，能带给人们不同凡响的视觉冲击，采用无缝边缘融合技术拼接而成的画面，要很大程度上保证了画面的完美性和色彩的一致性。2.增加分辨率：每台投影机投射整幅图像的一部分，这样展现出的图像分辨率被提高了。例如，一台投影机的物理分辨率是1280800，融合带为320个像素点后，四台融合后图像的分辨率就变成了3840*8
4、00。3.增加画面层次感：由于采用了边缘融合技术，画面的分辨率、亮度得到增强，同时配合高质量的投影屏幕，就可使得整个显示系统的画面层次感和表现力明显增强。1.2边缘融合大屏幕拼接的优势1.在融合拼接中，由于采用融合处理技术，消除了光学缝隙，这样和普通硬拼接系统相比，在技术水平和显示效果上，就有了质的差异和提高，从而使显示的图像完全一致，无光学分割，保证了显示图像的完整性和美观性。2.在融合拼接系统中，所有图像都经过融合处理器进行了校正和统一，这样在大屏幕上进行图像显示和切换时，无论切换什么格式的图像，整个屏幕的亮度、色彩、鲜艳度、均匀度都比较一致，不会出现传统拼接系统中经常出现的由于信号更换而
5、导致系统显示质量的变化。 3.在融合拼接系统中，由于在处理器中对投影显示图像进行了处理，可以对不同投影信号间的色差、亮差、均匀度进行调整，这也使得该系统显示的图像质量优于传统拼接系统。4.边缘融合图像处理器除了具有边缘融合和图像多画面处理功能外，还具有图像存储和调用功能，可以把本身存储的高分辨率图像直接作为大屏幕系统的背景进行显示，这在实际使用中非常有实用价值。2. 项目概述本项目是四通道投影融合沉浸式显示系统，采用了4通道投影边缘融合360显示，采用纯硬件图形处理技术，向参与者展示更加逼真的展示了图像文字内容。3. 设计依据3.1. 通用投影显示设计依据3.1.1. 影响图像质量的因素人对图
6、像质量的感觉是由许多相关因素结合起来决定的，尽管在显示系统中人们最重视的是亮度，但其它因素也严重影响着人们对图像的感觉。这些因素有对比度和分辨率，对比度决定了系统的动态范围，分辨率决定了系统显示细节的能力。3.2. 四通道投影融合沉浸式显示系统特殊设计要求1.融合区的宽窄直接影响整幅画面的亮度和色彩均匀性，因此，融合区重合尺寸一般在6%到8%左右。2.屏幕要保证其视觉上的“无缝”感，平整度高，均匀性好。3.应选择宽视角、低增益的屏幕，以使获得较宽的整体水平和垂直观看视角，降低融合区的重合感。4.投影机的选择应考虑其亮度和色彩均匀性、边缘几何特性。5.融合控制器的融合区范围可调整，具有对重合带的
7、亮度和色彩羽化处理功能。6.融合控制器能接收多路输入信号，信号可以窗口的方式显示，在整屏上任意漫游。3.3四通道投影融合沉浸式显示系统的组成部分 1.图形工作站：四通道投影融合沉浸式显示系统所需的计算机系统具有很高的计算速度和图形处理能力。高性能图形工作站是虚拟现实和系统仿真的最佳计算机平台，不仅具有可扩性好、编程容易和计算能力强等优点，而且它的图形处理速度极快，具有多管道（Pipe）、多通道（Channel）图形输出能力。工作站的每个图形管道输出一个画面到一个投影面。 2.投影设备：在四通道投影融合沉浸式显示系统中，投影机分别接收来自工作站的图形信号，然后把信号直接（或通过反射镜反射后）投影
8、到沉浸系统的三个投影屏幕上，故整个视景系统一个的立方体结构。投影机不仅要求可靠性好，而且要求具有投影距离长、图形分辨率高、亮度高、水平和垂直方向具有一定的光学可调整性等性能。整个图象具有较高的完整性和清晰度。3.跟踪系统：系统支持多种不同的跟踪系统，用于跟踪用户肢体动作，与投影面上图象的刷新频率同步。在这样一个沉浸式显示环境中，工程师与虚拟世界（包括场景、物体对象）可实现6自由度的实时交互，实现信息交流，辅助决策研究。3.4四通道投影融合沉浸式显示系统的优越性能1.沉浸感(Immersion)：又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实感受。2.构想性(Imagination)：所见
9、即所得，指用户沉浸在多维信息空间中，依靠自己的感知和认知能力全方位获取知识，发挥主观能动性，寻求解答，形成新的概念。3.交互性(Interaction),指参与者对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境中得到反馈。4.多感知性（Multi-Sensory）：指除了一般计算机技术所具有的视觉之外，还有听觉、力觉、触觉、运动感等。 5.跟踪系统：用以确定参与者的头、手和身躯的位置；3.5 可扩展接口系统 采用先进的全模块化设计，系统具有良好的可扩展性，并且易于维护。其模块更换、扩容简单快捷。接口系统主要用于对虚拟现实系统各种信息的采集和控制，并且留有一定的扩展接口，以备将来进行控制系统开发、教学系统开
10、发、视景系统以及相关技术等相关功能的开发和使用。4. 四通道投影融合沉浸式显示系统设计方案投影系统：投影仪的投影面积更大、距离更远、光亮度很高，而且一般还支持多灯泡模式，能更好的应付大型多变的安装环境，在办公、教育、展览展示、娱乐等领域都很适用。主机服务器：模拟计算机来运行软件及。服务器指一个管理资源并为用户提供服务的计算机软件，运行应用程序软件的计算机服务器在稳定性、安全性、性能等方面都要求高， 投影幕投影幕作为一种能显著扩大观众视野的形式，随着科学技术的不断进步，为了使幕布装备简单化、轻便化。投影系统就是采用多个投影系统组合而成的多通道显示系统，它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更
11、宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率以及更具冲击力和视觉效果。融合机数字图像融合机是无缝隙硬件融合显示设备;可对图形进行单像素几何校正、自动色彩校正、无痕边缘融合等综合处理，构建无缝统一、色彩均匀、无变形失真的画面，完美实现大屏显示领域应用。音箱音箱一般用作音响系统的主力，来完成系统声音效果。虚拟现实软件平台参与者互动教学的主体，承担互动交流与反馈任务。4.1 该系统必须具备的最基本技术条件：考虑到系统的稳定性，图像处理设备及边缘融合器采用全硬件构架技术，无 CPU 和操作系统，不需要操作系统支持，上电即可工作，稳定性高，无病毒感染风险，启动时间小于20秒，多总线并行处理，处理功能强大；
12、可 24小时365天 持续工作，随时断电不会对系统造成任何损伤该方式实现的大屏幕系统同样能实现以箱体拼接技术实现的大屏幕功能。实现各种图形、图像的任意选择、输出和放大，并可任意位置移动和任意组合，每一屏可单独显示，也可与相邻的几个屏组合显示一个图像，图像大小可任意缩放、漫游，能显示全局，也能局部特写。系统组成本系统的设备组成及各部分作用如下：投影机接收信号，投射图像屏幕成像融合控制设备接收原始信号源，产生图像重合区，输出融合信号。结构件固定投影机、屏幕信号交换与传输设备：计算机信号矩阵、视频信号矩阵、分配、传输驱动设备、电缆等。信号源：视频、计算机系统功能多路视频信号、计算机信号显示画面可大小
13、不同、位置互异地开窗显示在大屏幕上。多路计算机显示画面可通过切换矩阵按不同窗口布局显示到大屏幕上。大屏幕上的显示窗口可任意拖动、缩放、叠加、跨屏、漫游。系统特点采用高亮度、高分辨率的LCD投影机，可以获得明亮、细腻的图像可同时显示多路VGA信号和视频信号通过对投影机和融合控制器的调整，获得良好的亮度、色彩、几何特性。边缘融合控制器采用嵌纯硬件构架计，无需CPU内存和操作系统等计算机常规配件，处理速度极快， 边缘融合控制器支持对所有视频窗口进行任意缩放、 任意漫游和任意叠加。边缘融合控制器是硬件控制器，不需要操作系统支持，上电即可工作，启动迅速，稳定性高。设备选择和介绍4.1.1投影机投影机采用
14、日本松下FDW84CLK高清工程投影机NEC PX700W+详细参数型号PX700W+投影方式1DLP芯片（0.65英寸，显示宽高比16:10）分辨率*11280x800像素（WXGA）镜头可选电动变焦和聚焦镜头移动+0.5V,+/-0.1H(NP07ZL,NP08ZL,NP09ZL,NP10ZL)+0.43V,+/-0.1H(NP31ZL)灯泡400瓦x2光亮度*2*37200流明对比度*3（全白：全黑）2100:1（动态模式）影像尺寸（对角线）40-500英寸输入2个RGB/组合（D-sub 15针)，5个BNC连接器，1个支持HDCP的A型HDMI（19P,HDMI连接器）1个支持HDC
15、P的DisplayPort（20针连接器），1个S-视频(DIN4针），1个视频(BNC),1个可选插槽输出1个RGB（D-Sub 15针）控制串口1个控制串口端口槽（D-Sub 9针）有限遥控1个立体声微型插孔有线局域网端口槽1个RJ-45端口槽（10BASE-T/100BASE-TX)无线局域网端口槽（可选）IEE 802.11 b/g/n（需要可选的USB无线LAN部件）USB端口槽1个A型色彩还原10位信号处理（10.7亿色）（阅读器，网络：彩色，1670万色）兼容信号*4模拟：VGA / SVGA / XGA+ / WXGA / WXGA+ / SXGA / SXGA+ / UXGA / WUXGA / 480i / 480p / 576i / 576p / 720p / 1080i /1080pHDMI: VGA / SVGA / XGA / WGA / WXGA / SXGA / SXGA+ / UXGA / WUXGA / 480p / 576p / 720p / 1080i / 1080p水平分辨率540电视线：NTSC / NTSC4.43 / PAL /
