专利名称：一种展现三维图像的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于数字三维多媒体技术领域，具体涉及一种展示三维图像的方法及装置。
背景技术：
数字沙盘作为一种新型的模型表现形式已受到越来越多的关注，其相对于传统的物理沙盘具备如下特点(1)数字沙盘可以无缝地放大和缩小比例尺物理沙盘的比例尺是固定的，对于1 25万比例尺的沙盘来讲，最高的珠穆朗玛峰在沙盘上也只有35cm高。北京规划馆中的北京市城市总体模型，面积达600平米左右， 比例尺为1 750。但其中最高的250米的国贸三期也只有33cm高，普通的建筑就更小了， 30米的建筑也只有4cm高。其他的大面积模型情况也类似，而且由于人无法走入模型中，模 型中间的核心区域往往看不清楚。数字沙盘可以动态的加载不同比例尺的数据，实现无缝的放大缩小。可以从一个缓缓旋转的地球开始，放大到中国，再放大到华北，放大到省，再到市，甚至可以展现到建筑 单体的三维模型。围绕着核心区域，数字沙盘可以缓缓旋转，充分展现沙盘的各个角度，免 去让人绕沙盘走动。(2)数字沙盘可以充分展现信息数据。物理沙盘采用标牌等方式标记道路、河流、建筑等名称，不能再进一步展现更详细的信息数据。对于数字沙盘，沙盘空间上的每个图元，其丰富的属性数据都可以根据需要详 尽的查询和展现。(3)数字沙盘场地可以多功能使用。物理沙盘固定占据了相当面积的场地，同时，落上灰尘后还不易打扫。而数字沙盘是个投影空白区域，地面上铺上地毯后，可以作为多功能厅使用。投影机还可以塑造舞台特 效，立面投影幕可以作为演出屏幕。但目前数字沙盘由于各方面的原因也存在如下缺陷(1)目前市面上大多数数字沙盘的显示方式为多个显示屏组成单屏进行显示，这种显示结构一方面由于多个小屏幕组成一个大屏幕，从而在物理上无可避免的造成屏幕间 的物理缝隙，从而使得投影屏幕显示图象无法保持整幅完整，存在人为分割；另一方面由于 投影机组在投影过程中存在延时、信号干扰等因素，从而造成显示屏上存在一定程度的化 学缝隙；在数字沙盘显示过程中，缝隙的存在易造成图像显示污染，容易使观察人员把显示 的图像线条和拼接系统本身的线条误为一体，从而导致决策和研究失误。(2)单屏显示结构由于只有一个显示屏幕，使得其信息表达能力存在很大的瓶颈， 参观者在同一时间只能接受二维象限内的信息，这种信息表达方式在日益飞速发展的信息 时代已表现中越来越局限的缺点。(3)大多是数字沙盘观看模式都是从水平面上进行观看，对于水平设置的大尺寸屏幕，观看者如果从水平方向去看，很难看到全貌。(4)在高空中对三维显示屏幕进行观看时，为了防止视线被遮挡，观察点一般都不会在地幕的正上方，从顶视图上看，观察点往往在地幕某个边缘的中心，这就造成了观察点和地幕构成了一个斜视锥。如果我们把一副正常的三维图像投到地幕上，看到的画面就会产生一个透视变形，一个正常的建筑看起来可能变得很矮，建筑的立面看起来也会倾斜，原本是立方体的模型看起来成了一个很矮的棱台。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是改善目前多维图像的显示表现形式以及观看模式、消除投影过程中图像一直存在的缝隙问题以及在高空观看过程中斜视状态下存在图像有斜视锥失真的问题，使得图像播放过程中，给用户提供更为生动、形象的的三维立体图像观看体验。(二)技术方案为解决上述技术问题，本发明提供一种展现三维图像的方法，所述方法借助三维图像展现系统完成三维图像的展现，所述三维图像展现系统包括数据库，用于存储以及输出待投影的三维图像数据；主控机，用于生成三维图像投影参数，并分发给节点机；节点机，所述节点机为若干台，每台节点机对应控制若干台投影机，所述节点机用于根据接收到来自主控机的三维图像投影参数生成待显示的三维图像数据，同时用于控制若干台投影机投射所述三维图像数据至显示屏幕；各节点机对应控制投射的三维图像数据在显示屏幕上共同汇聚组合成三维图像整体；所述方法包括显示屏方位设置以及用户观察点设置步骤在展现空间的地面上水平设置地幕主屏，将用户观察点位置设置在空中，用户在该处从上往下观看地幕主屏；三维图像投影参数确定及发送步骤主控机确定三维图像投影参数，并将三维图像投影参数分发给若干台节点机；三维图像投影步骤每台节点机根据接收到的三维图像投影参数提取三维图像数据，并对三维图像数据进行投影前处理后指示若干台投影机进行投影。所述显示屏方位设置以及用户观察点设置步骤还包括在地幕主屏一端呈竖直方向设置信息显示辅屏，用户在水平方向上观看信息显示辅屏。所述投影系统中投影机数量大于三台。所述三维图像投影参数包括显示屏显示区域参数、用户观察点位置参数以及单台投影机投影区域参数；所述节点机对三维图像数据进行投影前处理包括三维图像边缘融合处理步骤节点机根据三维图像投影参数对投影机投影重叠区域的图像进行边缘融合拼接操作；三维图像透视效果校正步骤节点机对投影图像斜视状态下的三维透视效果进行校正处理。所述三维图像边缘融合处理步骤具体包括
单台投影机投影区域确定步骤节点机根据接收到的单台投影机投影区域参数确 定每一台投影机的投影区域； 重叠区域生成步骤节点机对相邻投影机投影区域所形成的重叠区域进行位置确 认；重叠区域显示内容一致化步骤节点机对重叠区域中的显示内容进行协调统一， 使显示内容保持一致；重叠区域羽化步骤节点机对所述重叠区域与其余的非重叠区域的亮度进行一致 化操作处理；几何变形校正步骤节点机纠正投影图像变形效果，确保投影重叠区域内的图像 匹配拼接；颜色校正步骤节点机相互之间对全屏图像显示的色温以及色域进行一致化操作处理。所述三维图像透视效果校正步骤具体包括斜视状态模型构造步骤节点机根据显示屏显示区域参数及用户观察点位置参数 模拟出观察点不在显示区域正上方时斜视状态下的观看状态三维模型；投影矩阵校正步骤节点机根据所述模拟得到的斜视状态下的观看状态三维模型 计算得到校正投影矩阵方程结果，并根据校正方程对投影图像进行校正后发送给其所对应 的投影机。所述三维图像投影参数确定及发送步骤包括三维图像投影参数提取步骤主控机提取显示屏位置参数以及用户观察点位置参 数，并根据显示屏位置和用户观察点位置确定显示屏显示区域参数、相机参数以及单台投 影机投影区域参数；并根据当前投影方案确定待投影的三维图像数据参数；三维图像投影参数分配步骤主控机将所述用户观察点位置参数、显示屏显示区 域参数、相机参数、单台投影机投影区域参数以及三维图像数据参数分配给节点机；所述三维图像投影步骤包括三维图像数据提取步骤节点机根据从主控机收到的三维图像投影数据参数，从 数据库中提取相应的三维图像数据；三维图像数据处理及投影步骤节点机对三维图像数据进行投影前处理，然后发 送指令来控制多台投影机进行投影操作以生成三维图像。此外，本发明还提供一种展现三维图像的装置，包括显示系统，用于接受投影并进 行三维图像数据信息显示；投影系统，用于根据控制命令进行图像投影；主控机，用于生成 三维图像投影参数，三维图像投影参数包括显示屏显示区域参数、用户观察点位置参数以 及单台投影机投影区域参数，主控机并将三维图像投影参数分发给节点机；节点机，所述节 点机为若干台，每台节点机对应控制若干台投影机，所述节点机用于根据接收到来自主控 机的三维图像投影参数生成待显示的三维图像数据，同时用于控制若干台投影机投射所述 三维图像数据至显示系统；各节点机对应控制投射的三维图像数据在显示屏幕上共同汇聚 组合成三维图像整体；所述显示系统包括地幕显示屏；所述地幕显示屏呈水平方向设置；
所述地幕显示屏为整块屏幕。所述显示系统还包括信息显示屏；所述信息显示屏在所述地幕显示屏的一端呈竖直方向设置；所述信息显示屏为整块屏幕。所述投影系统中投影机数量大于三台。所述节点机包括无缝融合系统，所述无缝融合系统具体包括投影区域确定系统，用于根据其所接受的单台投影机投影区域参数确定每一台投 影机的投影区域；重叠区域生成系统，用于在投影过程中，对相邻投影机投影区域所形成的重叠区 域进行位置确认；重叠区域显示内容一致化系统，用于对重叠区域中的显示内容进行协调统一，使 显示内容保持一致；重叠区域羽化系统，用于对投影重叠区域与非重叠区域的亮度进行调节，确保亮 度保持一致；几何变形校正系统，用于纠正投影图像变形效果，确保投影重叠区域的图像匹配 拼接；颜色校正系统，用于在各节点机相互之间协调确保全屏图像显示的色温以及色域
保持一致；多通道协调处理系统，用于协调上述各系统之间的操作，调整上述各系统输出通 道的拼接、融合、变形以及颜色参数。所述节点机包括透视校正系统，所述透视校正系统具体包括斜视状态模型构造系统，用于根据显示屏显示区域参数及用户观察点位置参数模 拟出观察点不在投影区域正上方时斜视状态下的观看状态三维模型；投影矩阵校正系统，用于根据所述模拟得到的斜视状态下的观看状态三维模型计 算得到校正投影矩阵方程结果，并根据校正方程对投影图像进行校正后发送给其所对应的 投影机。(三)有益效果本发明所提供的技术方案对比现有技术，存在如下几点特征1、由于显示屏采用整幅屏幕，所以消除了传统拼接存在的屏幕间的物理缝隙，从 而使得投影屏幕显示图象整幅保持完整，无人为分割。而采用无缝融合处理技术后，更消除 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，无任何物理或光学分割，保证了显示图像的完整性和美观 性；2、采用多块屏幕同时显示，支持多屏同步显示结构，真正实现突破了传统的数字 沙盘的使用方式，跳出了有限的显示方式和显示空间，拓展了数字沙盘使用方式，大大提高 了数字沙盘在城市规划设计展览展现等方面的应用；3、通过透视校正系统对输出到地幕上的画面进行一个斜视锥的矫正，从而真正实 现投影出的图像是三维透视效果，用户从高处看可以明显体会从高空往下看的三维体验；4、通过人机交互系统的交互模式，为用户提供全方位、多功能的操作体验。
图1为本发明实施例1所提供的展现三维图像的方法步骤示意图；图2为本发明实施例1所提供的三维图像边缘融合处理步骤的示意图；图3为本发明实施例1所提供的三维图像透视校正步骤的示意图；图4为本发明实施例1所提供的展现三维图像的方法中用户与装置之间的相对位置的示意5为本发明实施例2所提供的展现三维图像的装置的结构特征示意图；图6为本发明实施例2所提供的展现三维图像的装置的结构特征细节以及功能示 意图；图7为本发明实施例2所提供的节点机内部结构示意图；图8为本发明实施例2所提供的展现三维图像的装置中显示系统以及投影系统所 构成的结构示意图；图9为本发明实施例2所提供的展现三维图像的装置中双屏显示系统示意图；图10为本发明实施例2所提供的展现三维图像的装置中多屏显示系统示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案， 而不能以此来限制本发明的保护范围。实施例1本实施例具体描述本发明技术方案所提供的一种展现三维图像的方法。所述方法借助三维图像展现系统完成三维图像的展现，所述三维图像展现系统包 括数据库，用于根据用户指令存储以及输出给待投影的三维图像数据；主控机，用于生成 三维图像投影参数，具体包括根据显示屏幕和用户观察点的位置信息确定相机参数及投影 参数，再确定影像、模型及地形等GIS参数，并分发给节点机；节点机，所述节点机为若干 台，每台节点机对应控制若干台投影机，所述节点机用于根据接收到来自主控机的三维图 像投影参数生成待显示的三维图像数据，同时用于控制若干台投影机投射所述三维图像数 据至显示屏幕；各节点机对应控制投射的三维图像数据在显示屏幕上共同汇聚组合成三维 图像整体；如图1所示，所述方法包括显示屏方位设置以及用户观察点设置步骤如图4所示，在展现空间的地面上，地 幕屏401呈水平方向设置，信息显示屏402在地幕屏的一端呈竖直方向设置，地幕屏投影机 系统403设置于地幕屏401正上方，信息屏投影机系统404设置于信息显示屏对侧；用户的 观察点位置设置在空中，用户在该处从上往下观看地幕并在水平方向上观看信息屏。由于 数字沙盘依然是沙盘，所以依然遵从物理沙盘的特性，人在欣赏物理沙盘的时候都是俯看， 在投影面积比较大的情况下，需要高视角才能看全图象全景；由于投影出的图象是透视效 果，人从高处看仿佛有从高空向下看的感觉。数字沙盘结构上分为空间屏和信息屏，从高处 看可以同时看清楚两个屏幕上的成象；
三维图像投影参数确定及发送步骤主控机确定三维图像投影参数，并将三维图 像投影参数分发给若干台节点机；三维图像投影步骤每台节点机根据接收到的三维图像投影参数提取三维图像数 据，并对三维图像数据进行投影前处理后指示若干台投影机进行投影。所述投影系统中投影机数量大于等于三台。所述三维图像投影参数包括显示屏显示区域参数、用户观察点位置参数以及单台 投影机投影区域参数；所述三维图像参数确定及发送步骤具体包括三维图像投影参数提取步骤主控机提取显示屏位置参数以及用户观察点位置参 数，并根据显示屏位置和用户观察点位置确定显示屏显示区域参数、相机参数以及单台投 影机投影区域参数；并根据当前投影方案确定待投影的三维图像数据参数；三维图像投影参数分配步骤主控机将所述用户观察点位置参数、显示屏显示区 域参数、相机参数、单台投影机投影区域参数以及三维图像数据参数分配给节点机；所述三维图像投影步骤具体包括三维图像数据提取步骤节点机根据从主控机收到的三维图像投影数据参数，从 数据库中提取相应的三维图像数据；三维图像数据处理及投影步骤节点机对三维图像数据进行投影前处理，然后发 送指令来控制多台投影机进行投影操作以生成三维图像；所述节点机对三维图像数据进行投影前处理包括三维图像边缘融合处理步骤节点机根据三维图像投影参数对投影机投影重叠区 域的图像进行边缘融合拼接操作；三维图像透视效果校正步骤节点机对投影图像斜视状态下的三维透视效果进行 校正处理。具体包括对输出到地幕上的画面进行一个斜视锥的矫正，这种变形的方法就是 模拟实际投影环境中的斜视锥进行三维渲染，不管是影片的渲染还是实时交互的渲染。具 体方法就是根据每个投影机投影到地幕上的区域和观察点的位置，计算出一个非对称视 锥，求出投影矩阵，利用OpenGl或者Direct3D进行绘制。如图2所示，所述三维图像边缘融合处理步骤具体包括单台投影机投影区域确定步骤节点机根据接收到的单台投影机投影区域参数确 定每一台投影机的投影区域；重叠区域生成步骤节点机对相邻投影机投影区域所形成的重叠区域进行位置确 认；重叠区域显示内容一致化步骤节点机对重叠区域中的显示内容进行协调统一， 使显示内容保持一致；重叠区域羽化步骤节点机对所述重叠区域与其余的非重叠区域的亮度进行一致 化操作处理；几何变形校正步骤节点机纠正投影图像变形效果，确保投影重叠区域内的图像 匹配拼接；颜色校正步骤节点机相互之间对全屏图像显示的色温以及色域进行一致化操作处理。
如图3所示，所述三维图像透视效果校正步骤具体包括斜视状态模型构造步骤节点机根据显示屏显示区域参数及用户观察点位置参数模拟出观察点不在显示区域正上方时斜视状态下的观看状态三维模型；投影矩阵校正步骤节点机根据所述模拟得到的斜视状态下的观看状态三维模型 计算得到校正投影矩阵方程结果，并根据校正方程对投影图像进行校正后发送给其所对应 的投影机。实施例2本实施例具体描述本发明技术方案所提供的一种展现三维图像的装置。如图5所示，所述装置包括显示系统，连接所述投影系统，用于接收所述投影系统的三维图像投影并进行信 息显不；投影系统，用于根据控制命令进行图像投影；所述投影机组包括至少一台投影 机；人机交互系统，用于提供人机交互界面，接收用户所提供的指令并将其发送给所 述控制系统。控制系统，用于生成三维图像投影参数，三维图像投影参数包括显示屏显示区域 参数、用户观察点位置参数以及单台投影机投影区域参数，控制系统并将三维图像投影参 数发送给节点机组；连接所述人机交互系统，用于根据所述人机交互系统的指令对所述图 像展现装置的整体进行控制操作；包括主控系统，所述主控系统包括主控机；节点机组，用于将收到的三维图像投影参数分发给其所包含的每一台节点机；所述节点机为若干台，每台节点机对应控制若干台投影机，所述节点机用于根据 接收到来自控制系统主控机的三维图像投影参数生成待显示的三维图像数据，同时用于控 制若干台投影机投射所述三维图像数据至显示系统；各节点机对应控制投射的三维图像数 据在显示屏幕上共同汇聚组合成三维图像整体；其中，如图9所示，所述显示系统至少包括地幕显示屏及信息显示屏，所述地幕显 示屏即主屏，所述信息显示屏即辅屏；所述地幕显示屏呈水平方向设置，所述信息显示屏在所述地幕显示屏的一端呈竖 直方向设置；所述地幕显示屏以及所述信息显示屏均为整块屏幕。信息屏幕图像内容为1台或 多台投影机无缝拼接而成，信息屏幕材料可以是普通投影屏幕或者透明幕等，形状可以是 平幕或各种曲幕等；地幕图像内容为1台或多台投影机无缝拼接而成，地幕材料一般是高 级材料喷涂而成，形状一般是平幕。如图10所示，所示显示系统还可根据具体需要由更多块显示屏组成；辅屏，即信 息显示屏，可采用单块儿或者多块儿透明幕布错落悬挂的形式。不播映的时候，空间上看不 到幕布的存在，不影响整个室内的美观，或者说即使隐约可见也是空间上的一种装饰。播放 的时候图象会呈现出来，视觉上图象仿佛呈现在空中。辅屏和主屏显示内容的同步更新，信息屏和地幕的影片相辅相成，地幕为主体，辅 屏则根据主屏内容同步显示相应的信息文字和图片说明，甚至是辅屏显示2Dgis系统，辅 屏显示3Dgis系统。
由于采用多块屏幕同时显示，支持多屏同步显示结构，真正实现了突破了传统的 数字沙盘的使用方式，跳出了有限的显示方式和显示空间，拓展了数字沙盘使用方式，大大 提高了数字沙盘在城市规划设计展览展现等方面的应用。如图6所示，所述投影系统至少包括地幕投影机组及信息屏投影机组；数量至少 为三台；通过以太网分别接受各自主控系统的指令进行播放等相应操作，并且都对应1台 或者多台节点机，每台节点机对应1个或多个通道，每个通道对应一台投影机。如图8所示，为所述地幕主屏以及所述信息显示辐屏与所述投影系统的结构示 意，所述地幕投影机组位于所述地幕显示屏上方；所述信息屏投影机组位于所述信息显示 屏所对应的一侧；所述地幕投影机组及信息屏投影机组均至少包括一台投影机；所述投影机用于对其所对应的显示屏进行投影操作。其中图8-1为所述地幕主屏与其所对应的投影系统所构成结构的主视图，801为 投影机，802为地幕主屏；图8-2为所述地幕主屏与投影系统所构成结构的俯视图，803为地 幕主屏，804为投影机；地幕主屏所对应的投影系统采用30台6000流明投影机—FreeMedia U30系统组成，主屏面积298. 6平方米，吊顶距舞台8. 37米，可提供13. 73米*21. 75米的数
字沙盘展现空间。图8-3为所述信息显示辅屏与其所对应的投影系统所构成结构的侧视图，805为 投影机，806为信息显示辅屏；图8-4为所述信息显示辅屏与投影系统所构成结构的俯视 图，807为投影机，808为信息显示辅屏；地幕主屏所对应的投影系统采用5台6000流明投 影机—FreeMedia U5系统组成，辅屏面积62. 8平方米，可提供3. 43米*18. 314米的数字沙 盘展现空间。如图6所示，所述节点机组至少包括地幕屏节点机组以及信息屏节点机组；所述地幕屏节点机组以及信息屏节点机组均至少包括一台节点机，所述节点机连 接若干台投影机；所述地幕屏节点机组用于根据主控系统的指令控制所述地幕投影机组对所述地 幕显示屏进行投影；所述信息屏节点机组用于根据主控系统的指令控制所述信息屏投影机组对所述 信息显示屏进行投影。所述节点机用于根据从主控机收到的三维图像投影参数，从数据库中提取相应的 三维图像数据，然后对三维图像数据进行三维图像边缘融合处理及三维图像透视效果校正 处理，然后发送指令来控制多台投影机进行投影操作以生成三维图像。如图7所示，所述节点机包括无缝融合系统，所述无缝融合系统具体包括投影区域确定系统，用于根据其所接受的单台投影机投影区域参数确定每一台投 影机的投影区域；重叠区域生成系统，用于在投影过程中，对相邻投影机投影区域所形成的重叠区 域进行位置确认；重叠区域显示内容一致化系统，用于对重叠区域中的显示内容进行协调统一，使 显示内容保持一致；重叠区域羽化系统，用于对投影重叠区域与非重叠区域的亮度进行调节，确保亮度保持一致；
几何变形校正系统，用于纠正投影图像变形效果，确保投影重叠区域的图像匹配 拼接；颜色校正系统，用于在各节点机相互之间协调确保全屏图像显示的色温以及色域
保持一致；多通道协调处理系统，用于协调上述各系统之间的操作，调整上述各系统输出通 道的拼接、融合、变形以及颜色参数。由于显示屏采用整幅屏幕，所以消除了传统拼接存在的屏幕间的物理缝隙，从而 使得投影屏幕显示图象整幅保持完整，无人为分割。而采用无缝融合处理技术后，更消除 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，无任何物理或光学分割，保证了显示图像的完整性和美观 性；所述节点机还包括透视校正系统，所述透视校正系统具体包括斜视状态模型构造系统，用于根据显示屏显示区域参数及用户观察点位置参数模 拟出观察点不在投影区域正上方时斜视状态下的观看状态三维模型；投影矩阵校正系统，用于根据所述模拟得到的斜视状态下的观看状态三维模型计 算得到校正投影矩阵方程结果，并根据校正方程对投影图像进行校正后发送给其所对应的 投影机。通过透视校正系统对输出到地幕上的画面进行一个斜视锥的矫正，从而真正实现 投影出的图像是三维透视效果，用户从高处看可以明显体会从高空往下看的三维体验。如图6所示，所述控制系统包括灯光音响系统、主控系统以及中央控制平台；所述中央控制平台连接所述人机交互系统，包括一个总的中央控制软件，通过以 太网与人机交互系统、灯光音响系统、信息屏主控系统、地幕主控系统连接。中央控制系统 主要用于对信息屏和地幕系统进行开关机、启动程序、播片、采集、互动、3D数字沙盘显示等 同步操作。而信息屏主控系统和地幕主控系统则根据中央控制系统的命令或者人机交互系 统的命令进行相应操作，并控制各自节点机完成相应命令，同步投影机输出等。所述主控系统至少包括地幕屏主控系统以及信息屏主控系统；所述主控系统提取显示屏位置以及用户观察点位置信息，并根据显示屏位置和用 户观察点位置确定相机参数及投影参数；并根据所述相机参数及投影参数确定当前投影过 程的影像、模型及地形等GIS参数信息；并将所述相机参数、投影参数、影像参数、模型参数 及地形等GIS参数分配给节点机组。所述地幕主控系统根据中央控制平台的命令控制其所对应的地幕屏节点机组执 行相应操作；从而地幕屏节点机控制无缝融合系统对地幕屏投影机组进行投影图像的边缘 融合拼接操作；控制透视校正系统对地幕屏投影机组进行投影图像的三维图像斜视锥的矫 正操作；所述信息屏主控系统根据中央控制平台的命令控制其所对应的信息屏节点机组 执行相应操作；从而信息屏节点机控制无缝融合系统对信息屏投影机组进行投影图像的边 缘融合拼接操作；控制透视校正系统对信息屏投影机组进行投影图像的三维图像斜视锥的 矫正操作；
所述中央控制平台通过对所述地幕屏主控系统以及信息屏主控系统的协调控制 操作，确保所述地幕显示屏以及信息显示屏的显示图像保持关联一致。所述展现三维图像的装置还包括数据存储系统，所述数据存储系统分别连接所述 投影系统以及人机交互系统；用于根据所述人机交互系统的指令存储以及输出给所述投影系统所要进行投影 的图像数据。所述人机交互系统包括外设装置；所述外设装置至少包括触摸屏、触摸幕、3D鼠标或激光笔，用于结合所述计算机系 统提供人机交互界面，接受并实施其所接受到的指令；所述触摸屏和触摸幕用于所述装置的整体工作模式切换、显示区域切换(区域1， 区域2等)以及图层切换；所述3D鼠标用于在所述装置中实现投影信号的自由漫游，平移，拉近拉远操作；所述激光笔用于进行点击操作及漫游操作，通过多个激光笔的应用来实现多点模 拟触摸功能。此外，外设还可包括3D立体眼镜，可以在立体模式下观看到数字沙盘模型的3D立 体效果。通过人机交互系统的交互模式，为用户提供全方位、多功能的操作体验。综上所述，基于实施例1以及实施例2的描述，本发明所提供的技术方案对比现有 技术，存在如下几点特征1、由于显示屏采用整幅屏幕，所以消除了传统拼接存在的屏幕间的物理缝隙，从 而使得投影屏幕显示图象整幅保持完整，无人为分割。而采用无缝融合处理技术后，更消除 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，无任何物理或光学分割，保证了显示图像的完整性和美观 性；2、采用多块屏幕同时显示，支持多屏同步显示结构，真正实现了突破了传统的数 字沙盘的使用方式，跳出了有限的显示方式和显示空间，拓展了数字沙盘使用方式，大大提 高了数字沙盘在城市规划设计展览展现等方面的应用；3、通过透视校正系统对输出到地幕上的画面进行一个斜视锥的矫正，从而真正实 现投影出的图像是三维透视效果，用户从高处看可以明显体会从高空往下看的三维体验；4、通过人机交互系统的交互模式，为用户提供全方位、多功能的操作体验。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种展现三维图像的方法，所述方法借助三维图像展现系统完成三维图像的展现，所述三维图像展现系统包括数据库，用于存储以及输出待投影的三维图像数据；主控机，用于生成三维图像投影参数，并分发给节点机；节点机，所述节点机为若干台，每台节点机对应控制若干台投影机，所述节点机用于根据接收到来自主控机的三维图像投影参数生成待显示的三维图像数据，同时用于控制若干台投影机投射所述三维图像数据至显示屏幕；各节点机对应控制投射的三维图像数据在显示屏幕上共同汇聚组合成三维图像整体；其特征在于，所述方法包括显示屏方位设置以及用户观察点设置步骤在展现空间的地面上水平设置地幕主屏，将用户观察点位置设置在空中，用户在该处从上往下观看地幕主屏；三维图像投影参数确定及发送步骤主控机确定三维图像投影参数，并将三维图像投影参数分发给若干台节点机；三维图像投影步骤每台节点机根据接收到的三维图像投影参数提取三维图像数据，并对三维图像数据进行投影前处理后指示若干台投影机进行投影。
2.如权利要求1所述的展现三维图像的方法，其特征在于，所述显示屏方位设置以及 用户观察点设置步骤还包括在地幕主屏一端呈竖直方向设置信息显示辅屏，用户在水平 方向上观看信息显示辅屏。
3.如权利要求1所述的展现三维图像的方法，其特征在于，所述投影系统中投影机数 量大于三台。
4.如权利要求1所述的展现三维图像的方法，其特征在于，所述三维图像投影参数包 括显示屏显示区域参数、用户观察点位置参数以及单台投影机投影区域参数；所述节点机对三维图像数据进行投影前处理包括三维图像边缘融合处理步骤节点机根据三维图像投影参数对投影机投影重叠区域的 图像进行边缘融合拼接操作；三维图像透视效果校正步骤节点机对投影图像斜视状态下的三维透视效果进行校正处理。
5.如权利要求4所述的展现三维图像的方法，其特征在于，所述三维图像边缘融合处 理步骤具体包括单台投影机投影区域确定步骤节点机根据接收到的单台投影机投影区域参数确定每 一台投影机的投影区域；重叠区域生成步骤节点机对相邻投影机投影区域所形成的重叠区域进行位置确认； 重叠区域显示内容一致化步骤节点机对重叠区域中的显示内容进行协调统一，使显 示内容保持一致；重叠区域羽化步骤节点机对所述重叠区域与其余的非重叠区域的亮度进行一致化操 作处理；几何变形校正步骤节点机纠正投影图像变形效果，确保投影重叠区域内的图像匹配 拼接；颜色校正步骤节点机相互之间对全屏图像显示的色温以及色域进行一致化操作处理。
6.如权利要求4所述的展现三维图像的方法，其特征在于，所述三维图像透视效果校正步骤具体包括斜视状态模型构造步骤节点机根据显示屏显示区域参数及用户观察点位置参数模拟 出观察点不在显示区域正上方时斜视状态下的观看状态三维模型；投影矩阵校正步骤节点机根据所述模拟得到的斜视状态下的观看状态三维模型计算 得到校正投影矩阵方程结果，并根据校正方程对投影图像进行校正后发送给其所对应的投 影机。
7.如权利要求4所述的展现三维图像的方法，其特征在于，所述三维图像投影参数确 定及发送步骤包括三维图像投影参数提取步骤主控机提取显示屏位置参数以及用户观察点位置参数， 并根据显示屏位置和用户观察点位置确定显示屏显示区域参数、相机参数以及单台投影机 投影区域参数；并根据当前投影方案确定待投影的三维图像数据参数；三维图像投影参数分配步骤主控机将所述用户观察点位置参数、显示屏显示区域参 数、相机参数、单台投影机投影区域参数以及三维图像数据参数分配给节点机； 所述三维图像投影步骤包括三维图像数据提取步骤节点机根据从主控机收到的三维图像投影数据参数，从数据 库中提取相应的三维图像数据；三维图像数据处理及投影步骤节点机对三维图像数据进行投影前处理，然后发送指 令来控制多台投影机进行投影操作以生成三维图像。
8. 一种展现三维图像的装置，包括显示系统，用于接受投影并进行三维图像数据信息 显示；投影系统，用于根据控制命令进行图像投影；主控机，用于生成三维图像投影参数， 三维图像投影参数包括显示屏显示区域参数、用户观察点位置参数以及单台投影机投影区 域参数，主控机并将三维图像投影参数分发给节点机；节点机，所述节点机为若干台，每台 节点机对应控制若干台投影机，所述节点机用于根据接收到来自主控机的三维图像投影参 数生成待显示的三维图像数据，同时用于控制若干台投影机投射所述三维图像数据至显示 系统；各节点机对应控制投射的三维图像数据在显示屏幕上共同汇聚组合成三维图像整 体；其特征在于，所述显示系统包括地幕显示屏； 所述地幕显示屏呈水平方向设置； 所述地幕显示屏为整块屏幕。
9.如权利要求8所述的图像展现装置，其特征在于，所述显示系统还包括信息显示屏； 所述信息显示屏在所述地幕显示屏的一端呈竖直方向设置；所述信息显示屏为整块屏幕。
10.如权利要求8所述的图像展现装置，其特征在于，所述投影系统中投影机数量大于二台。
11.如权利要求8所述的图像展现装置，其特征在于，所述节点机包括无缝融合系统， 所述无缝融合系统具体包括投影区域确定系统，用于根据其所接受的单台投影机投影区域参数确定每一台投影机 的投影区域；重叠区域生成系统，用于在投影过程中，对相邻投影机投影区域所形成的重叠区域进行位置确认；重叠区域显示内容一致化系统，用于对重叠区域中的显示内容进行协调统一，使显示 内容保持一致；重叠区域羽化系统，用于对投影重叠区域与非重叠区域的亮度进行调节，确保亮度保 持一致；几何变形校正系统，用于纠正投影图像变形效果，确保投影重叠区域的图像匹配拼接；颜色校正系统，用于在各节点机相互之间协调确保全屏图像显示的色温以及色域保持一致；多通道协调处理系统，用于协调上述各系统之间的操作，调整上述各系统输出通道的拼接、融合、变形以及颜色参数。
12.如权利要求8所述的图像展现装置，其特征在于，所述节点机包括透视校正系统， 所述透视校正系统具体包括斜视状态模型构造系统，用于根据显示屏显示区域参数及用户观察点位置参数模拟出观察点不在投影区域正上方时斜视状态下的观看状态三维模型；投影矩阵校正系统，用于根据所述模拟得到的斜视状态下的观看状态三维模型计算得到校正投影矩阵方程结果，并根据校正方程对投影图像进行校正后发送给其所对应的投影 机。
全文摘要
本发明涉及一种展现三维图像的方法及装置，属于数字三维多媒体技术领域。为改善目前数字沙盘的表现及观看模式、消除显示缝隙及斜视锥失真的问题，本发明提供一种展现三维图像的方法，包括根据空间布局和结构，确定图像显示屏幕以及用户观察点的位置；对所述图像数据进行图像边缘融合拼接处理；对所述图像数据进行三维图像斜视锥的矫正处理；将完成处理后的图像进行投影展现。该技术方案保证了显示图像的完整性和美观性，拓展了数字沙盘的使用方式，真正实现投影出的图像是三维透视效果，大大提高了数字沙盘在城市规划设计展览展现等方面的应用能力。
文档编号H04N5/74GK101800907SQ20101014847
公开日2010年8月11日 申请日期2010年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者吴昊, 徐琳, 朱旭平, 朱杰, 迟伟, 迟华 申请人:北京伟景行数字城市科技有限公司