探索投影技术——球幕投影的原理
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球幕投影,是一种创意的表现方式,也是一种新兴的展示技术。它打破了以往投影图像只能是平面规则图形的局限。利用多通道边缘融合软件,在曲面上实现大尺寸图像的拼接和纠正,剔除投影画面在曲面上的变形,形成特殊曲面乃至球面的全景影像,简单的来说就是使用一台或者多台投影机,在一个球形的屏幕上投影出完整连续画面,表现为高分辨率、360度视角的显示效果,给观众带来美妙绝伦的梦幻体验。
球幕投影可以分为以下四种原理:
球幕投影原理一:球幕投影坐标
球幕投影技术采用虚拟现实技术来制作360度球幕虚拟场景。由于球幕投影的内容要做到对大视角(超过180度)空间进行全面的显示。所以球幕系统中使用的鱼眼投影对球面,特别是虚拟球体时要能产生立体沉浸效果。在计算机图形绘制中,鱼眼投影通常有两种情况,正交鱼眼图像和等距鱼眼图像,前者会造成天顶处的拉伸和赤道处的压缩,而后者则能够实现象素在球面上的平均分布。
球幕投影原理二:经纬映射图像
球面描述常用的方法是球面经纬映射图像。这种经纬映射图像方法虽然在绘图学很少应用,但是在计算机图形学中却得到了广泛的使用,因为在计算机上存储单位球是很困难的,把球面分成小片非常复杂。球面的经纬映射图像就是把单位球面上的点按经纬度映射到一个矩形纹理图像上的点,经度映射成矩形的水平坐标,纬度映射成垂直坐标,矩形的长宽比为2:1,经度从0到360度,纬度从-90到90度。这样,球面极坐标可以直接使用矩形纹理图像的水平垂直坐标。在这个纹理图像中,明显的变形就是水平方向的拉伸变形,在赤道上几乎没有拉伸变形,越接近南北极点,变形就越厉害,几乎拉伸到图像的整个宽度。
球幕投影原理三:球幕3D校正
用球幕投影系统实现仿真应用时,要将多个通道的3D虚拟场景显示在球幕上,不同通道显示的画面要能够拼接起来,而且拼接后的画面要符合3D虚拟场景的空间坐标关系。由于投影机安装位置和观众观看位置是不相同的,而且可能一套系统是由多个投影机组成。所以需要对不同投影机投影的画面进行3D几何校正。一般来说,投影点和需要的眼点都可能在球幕内的任意位置。如果投影点或观察点任意一个没有在球幕中心,则必须使用校正。校正一个点的过程相对直观。
球幕投影原理四:边缘融合
为了实现多台投影机画面的无缝拼接,需要实现不同投影机画面之间的边缘融合。在通过球幕几何校正实现多个画面的拼接后,需要计算各个通道图像的重叠区域,再根据重叠区域的位置,计算出实际投影图像的亮度衰减系数。
球幕投影是一种创意投影表现方式,这是一个非常魔幻的球体,利用在曲面上实现大尺寸图像内容的无缝拼接技术,实现特殊曲面甚至球面的全景影像,给用户先进的科技体验,这种投射形式技术难,要求很高,属于较为高端的投影技术。
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