三通道柱幕立体投影系统-软件解决方案

三通道柱幕立体投影系统-软件解决方案

1.概述

1.1.系统概述

本系统是一套3D虚拟环境可视化系统，主要是利用先进的计算机软硬件系统、大屏幕投影系统，为大型水利工程项目的研究提供先进的三维交互仿真环境和研究手段。

系统主要由以下几部分组成:高性能图形计算机系统（包括硬件、软件）、三通道柱幕立体投影显示系统、人机交互设备（数据手套、位置跟踪定位器、3D鼠标）以及音响等系统。

图形计算机采用性价比极高的PC-IG和虚拟现实软件VegaPrime。

投影系统是一套3通道、前投、柱形幕、立体投影显示系统，每通道投影机之间采用软件边缘无缝拼接技术，形成一个连续、无缝的宽屏显示画面, 让用户进入一个高逼真、高沉浸感的虚拟环境。

人机交互设备包括5DT 的数据手套和Polhemus Patriot的6自由度3D空间跟踪定位系统。

音响系统主要用于人声的扩音及资料片（包括各种软件的使用、DVD/CD盘片、录像带等）的声音播放，实现演示室的现场扩声、播音，配合投影显示系统提供优良的视听效果。

2.投影系统方案

2.1.方案概述

本方案拟采用6台Sanyo PLC-XP5100C投影机，每2台投影机组成一个通道，产生被动立体效果。6台投影机之间采用软件边融合和非线性几何校正技术，组成一套无缝拼接的宽屏投影显示系统，图像显示在一个宽7米左右、高2.2米左右的无缝柱形屏幕上。

整个投影系统主要由以下部分组成：

?6台Sanyo PLC-XP5100C投影机；

?一体化的投影机吊架；

?每通道投影机带有6自由度调整支架，便于光路的精确调整；

?被动立体屏幕及其金属支架，弧长7.5m、高2.3m，增益10.0；

?边缘融合和非线性几何校正软件ProjectAdjust；

?立体信号转换器。

?30付立体眼镜

以下各节分别加以详细描述。

2.2.边缘融合和非线性几何校正软件ProjectAdjus

2.2.1. 概述

这几年，随着投影显示技术的不断发展与创新，边缘融合技术在支持超宽屏幕投影显示方面正在迅速流行。下图是一个典型的三通道无缝投影系统，3台投影机被用来将显示内容投影在同一个很宽的屏幕上，产生一个高分辨率、视场连续、无缝、亮度与颜色一致的图像。

要建立这样一套无缝拼接的宽屏投影系统，至少需要完成以下2方面的工作：

1.对融合区进行羽化处理、校正处理等。因为融合区是2台投影机共同作用的结果，其亮度

是非融合部分的2倍，因此要进行羽化处理，使得融合区的亮度保持跟非融合区的亮度一致；同时，要对投影机进行精确的位置校正，否则一条直线在经过融合区时会变得不直。

2.对于非平面幕例如柱形屏幕或球面屏幕，需要进行曲面失真校正。所有的投影仪在设计时

都是针对平面的屏幕，当这样的投影仪把图像投射到球幕或球幕这样的弧形屏幕上，图像就会变形失真，这种现象被称之为非线性失真。为了在弧形、球形屏幕上得到正确的图像显示效果，必须对图像进行处理，这种处理被称之为非线性失真校正。

目前，市场上能做无缝拼接投影系统的设备大多是以下两类：

一类是高端专用投影机。这种投影机本身具有内置多通道电子边缘融合和非线性几何校正处理功能，像巴可公司的Sim 5 plus 、Galaxy+系列投影机，科视Matrix、Mirage系列投影机、3DP公司CompactView系列投影机。这种类型的投影机有以下缺点：

1.由于内置了较多的附加功能，因此在价格上很昂贵；

2.这种设备不利于用户将来对系统的升级。因为目前电子产品的技术发展可谓日新月异，现

在选定的投影机在一两年之后就可能会变得非常落后，如果想对系统进行升级，势必会造成很大的浪费。

另一类是通用的融合处理设备。这种设备其实就是一台具有特殊功能的PC，能帮助用户完成多通道投影系统的拼接处理。目前成熟的、商品化的边缘融合/几何校正的外置电子设备是挪威3d-perception公司的CompactUTM，UTM可完成各种复杂投影系统的校正工作。这种设备有具有很强的灵活性，可以连接目前市场上的任意投影机。但是价格仍旧比较昂贵。

我公司经过多年努力，推出具有极高性能价格比的软件解决方案-边缘融合和非线性几何校正软件ProjectAdjus，该软件已经在多个柱幕投影工程中得到验证，效果比较理想。

2.2.2. ProjectAdjus软件简介

该软件基于OpenGL开发，支持OpenGL的程序都可以应用。由运行部分、调试部分、各种引擎下的测试工具三块内容组成，使用USB硬件加密狗加密。

1.运行所需文件：opengl3

2.dll 不需要改动源程序，直接添加上就可以使用；

2.调试所需文件：ProjectAdjust.exe(调整软件), ProjectAdjustClient.exe（调整时使用的客户端

网格显示）；

3.支持的主流应用引擎上的测试例子，TestInOpenGL，TestInOpenGVS，TestInVTree,

TestInvega。

2.2.2.1软件特点

1.功能完善

1.非线性几何校正：可以使得投影机投影在任何曲面上，投影方向不受限制，将投影的图像

经过矫正以获得一个正规的图像。

2.多通道边缘融合：可以任意设置融合区域，采用Alpha和Gamma两个参数对边缘颜色进行

过渡控制，能很好的将两个通道的融合区融合在一起，几乎看不出融合区。

3.多通道颜色一致性校准：可以对各通道的投影出的图像的亮度、灰度、Gamma值以及RGB

颜色进行校准，这样呈现在整个屏幕上的图像的亮度、色彩、鲜艳度、均匀度都比较一致，大大的加强了系统的沉浸感。

1.调试方便

可以使用本软件提供的测试图像程序，也可以使用用户的应用程序生成的图像，校正调试多通道投影系统。调试完后可马上进行检验查看效果，如果觉得不满意，可以再次进行细微调整。

1.使用简单

不需要在用户的源程序里嵌入代码，只要在执行程序目录下拷入带有校正功能的OpenGL.dll，即可使用户的应用程序附有投影校正的功能。

2.2.2.2软件的功能

利用该软件可以：

1.设置屏幕类型

2.设置视点位置

3.设置融合区域的角度

4.每个通道的几何校正

5.每个通道的边缘融合

6.设置每个通道的对比度

7.设置每个通道的alpha值

8.设置每个通道的gamma值

9.设置每个通道的颜色

2.3.Sanyo PLC-XP5100C投影机

PLC-XP5100C是一款商用数据投影机，用300瓦NSH 灯泡照明，1.3英寸带有微透镜的XGA液晶板，结合其它先进的光学技术，PLC-XP5100C的标称光亮度达到了5，100流明。主要技术特征;

视频转换顺序扫描

顺序扫描使动态图像更柔和清晰。并且兼容1080i高清数字电视格式，可投影出高影像质量的画面。

色彩处理系统

系统可以调整各种颜色的色调。色彩饱和度和灰阶曲线(gamma curve)。并且这些调整的结果能实时反映出来，让每个画面都体现最自然、最真实的效果。

高达1200:1的对比度

PLC-XP5600C机型达到了1200:1的对比度，PLC-XP5100C达到了1000:1的对比度，保证提供更精美的自然画质。

3D-AUCC 回路

3D自动校准控制回路可以校准由于明亮度的不同引起的色差，使色彩变化更接近自然过渡。

更多的成像改进的技术

图片自动调节控制

图像锐度的智能控制

3D数字电路增强画面质量减少噪音

灵活的安装方式

灵活快捷的镜头更换系统

有4个定焦或变焦镜头可供选择。一个可选刺刀式镜头安装适配器(POA-LNA-03)可以迅速的更换不同镜头。

数字梯形校正

能在垂直方向土40和水平方向土10的范围内校正画面梯形变形。

上下调整的镜头位移不需要移动投影机，只要镜头的上下调整即可把画面投影在中央位置。

其他特点

低能量消耗的35分贝的静音操作操作经济模式

带有HDPC的DVI-D接口

RGB输入端口

12种文字的GUI菜单带标配的电动变焦镜头

USB和8-pin揪错输入接口

内置立体声扬声器

无线遥控器带激光教鞭

主要技术指标：

?分辨率XGA (1024x768）

?亮度5100ANSI流明

?对比度1200:1

2.4.立体信号转换器

被动式立体成像一般情况下是使用两台投影机，一台投射左眼图像，另外一台投射右眼图像，将左右眼图像同时投射到屏幕上。投影机镜头前安装偏振光片，使投射的光线变成偏振光，而观众配带的立体眼镜的镜片也是偏振光片，并且左眼的偏振片与投射左眼图像的投影机的偏振光片的偏振方向是相同的，右眼的偏振片与投射右眼图像的投影机的偏振光片的偏振方向是相同的。这样左眼图像只能透过左眼镜片，而右眼图像也只能透过右眼镜片，从而使观众看到立体的图像。

立体信号转换器将一个输入的立体3D信号转换成两个3D输出信号，分别对应左、右眼信号，输出到两台投影机，然后通过偏振的3D眼镜观看，可以得到高质量的3D影像效果。

产品特点：

?适用于图形工作站与普通的计算机；

?可将计算机的视频信号转换成两路RGB信号输给两台投影机，产生3D影像；

?支持分辨率1400X1050、刷新频率85HZ；

?性能可靠，操作简单；

?低本高质量的3D影像；

?具有VR制作环境的全部特征和功能；

?具有广泛的适应性。如：虚拟现实演示、3D游戏、立体电影等；

?5V 6A直流电源。

2.5.被动立体屏幕

在被动立体应用中，对于屏幕的选择是很关键的一步，要求该屏幕能保持对光线的偏振性，以保证能得到立体观看效果。我们提供的屏幕具有的特点：

?紧凑设计；

?自立式前投；

?可卷曲的进口树脂基材；

?采用铝合金框架结构，尺寸精确；

?均匀一致的表面涂层，根据所选定的投影机（主要是亮度、对比度）与增益的要求专门配制；

?具有耐高温、永久不变形、高度一致性，高均匀度、高对比度、高清晰度等特点。

2.6.投影机的机械结构

专业投影系统是先进技术和工程的结合，如果没有工程部分的项目管理和质量控制，即使技术和产

品是先进的，最终结果也没有保障。实现系统指标、保证工程质量的重要一步是保证机械部分的精度。

为保证系统质量，我们根据每个用户特点和现场的实际情况定制投影机机械调整结构，具有如下特点：

6自由度空间调节能力–这是高端多通道显示系统机械部分所必须的。

多机一体化结构–稳固的、一体化的结构能最大程度地降低系统相对误差和维护难度。

长期的可靠性- 将环境等因素（如温度等）带来的影响降到最低。

易维护性–对系统的定期维修、更换耗材等工作没有障碍和影响。

下面的图例，左边的是非专业的做法。右边的是专业的做法，考虑到了建筑和环境的影响等因素，所有部分都经过精确的设计和加工，确保最高的精度和长期的可靠性。

3.图形工作站系统

3.1.计算机硬件

最近几年，PC计算机图形生成技术（PC-IG）发展异常迅猛，计算机的各个组成部分都有了空前的发展：

?CPU的频率已经达到了3GHz以上，计算能力大大提高；

?图形加速卡的更新速度更快，专业厂家例如nVidia和A TI的图形芯片每3-6个月就更新一代，而且图形处理能力越来越强；

?硬盘容量和速度、内存读取速度以及总线的传输速率都得到了很大提高。

因此，传统上的仅仅局限在大型、昂贵、专门设计的硬件系统的实时仿真，在低成本高性能PC-IG 进行正在逐渐流行。

在本技术方案中，我们推荐用户使用三台高性能图形工作站，具体配置如下：

配置及规格型号数量

处理器：双Intel Xeon cpu

3

内存：2GB

显卡：NVIDIA Quadro FX 4500G

硬盘：160 GB

3.2.虚拟现实软件Vega Prime

Vega Prime是一套三维视景实时运行管理软件包，它基于MPI的跨平台视景图接口V ega Scene Graph (VSG), 它提供主要的三维视景仿真特性和功能，使用户可以在较短的时间内，迅速灵活地开发出高性能视景仿真应用。其主要功能，包括：

?单一源程序：不管用户使用什么系统平台，他写的应用程序都可以无障碍移植；

?图形用户配置工具：LynX Prime是一个跨平台、可扩充的图形环境，可以快速生成、修改、配置Vega Prime应用程序。它基于标准的XML数据交换格式；

?可扩展性：用户使用Vega Prime 的C++接口，可以根据需要开发自己的功能模块；

?支持MetaFlight: 可以更有效地管理大型地形数据库；

?其它功能：数据库异步加载、碰撞检测、帧速控制、代码自动生成。另外，用户还可以自己编写数据库加载程序，支持平直地表和弯曲地表坐标系、虚拟纹理、运动模型以及压缩纹理等功能。