一种新型全息可交互球形显示装置的制作方法

技术领域：

本发明属于全息投影技术领域，特别涉及一种新型全息可交互球形显示装置。

背景技术：

虚拟现实技术(vr)是一种能够创建和体验虚拟世界的计算机仿真技术，它利用计算机生成一种交互式的三维动态虚拟视景模拟真实世界，并能够使用户沉浸其中。vr技术起源于上世纪90年代，近年随着计算机及图形技术的飞速发展，vr技术已经逐渐成熟，开始进入实用化、商业化阶段，并逐渐进入个人消费领域。

为获得沉浸感，使客户获得身临其境的真实感受观看vr内容的播放设备必须满足大视场角、高分辨率的基本要求。目前观看可体验vr场景的设备主要是球幕影院和vr头盔显示器。

vr头盔是目前体验和使用vr应用的最主流的设备，它具有沉浸感好、体积小、成本低、支持互动操作等特点。但是随着产品的普及和应用范围的扩大，其弊端逐渐显现：1、重量太重，长时间佩戴颈部及眼部不适。2、分辨率低，画面具有颗粒感。3、长时间使用会有眩晕感，严重会导致呕吐。

球幕影院是另外一种主要的vr体验环境，球幕影院支持多人观看，使用多台投影机拼接投影出360°的虚拟场景，具有高亮度、高分辨率的特点，但是不支持互动，只能观看。球幕影院造价高昂，个人无法承受，一般为大型商业机构、公司、大学的单位建造使用。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型全息可交互球形显示装置，从而克服上述现有技术中的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种新型全息可交互球形显示装置，包括：投影机、计算机、球面反射镜、半球形屏幕、手势传感器、箱体；所述箱体下部设置有计算机，所述计算机通过信号线与投影机连接，箱体顶面为一倾斜面，投影机设置在箱体顶面上，投影机投影方向上设置有一球面反射镜，所述球面反射镜反射方向上设置有一半球形屏幕，所述箱体上设置有支架，支架上设置有半球形屏幕，所述半球形屏幕倾斜设置在支架上，所述半球形屏幕相对于竖直面的倾斜角度为20°-30°；所述计算机内安装vr应用程序，所述手势传感器设置在箱体一侧，所述手势传感器通过线路与计算机连接。

优选地，技术方案中，半球形屏幕的圆心距离地面高度为1.6m，与人眼平均高度一致。

优选地，技术方案中，半球形屏幕可转动的设置在支架上，半球形屏幕以与支架连接处为旋转中心转动，可根据需要改变屏幕显示的投影影像位置。

一种新型全息可交互球形显示装置的工作方法，其步骤为：

(1)在计算机上启动vr应用程序，在vr应用程序中选择要投影的图像；

(2)启动dmw组件，要投影的图像进入内存中的离屏surface；

(3)对surface上的画面进行预变形处理，将投影机焦平面的平面坐标转换为半球形屏幕的球面坐标，设投影机焦平面的点为p1，半球形屏幕的点为p2，p1投影在球面反射镜的点为p3，则：

其中，p1x为p1的x轴坐标值，r为球面反射镜的球面半径，为p3与x轴的夹角，p2x为p2的x轴坐标值，p2z为p2的z轴坐标值，l1为p1到p3的距离，l2为p3到p2的距离；

(4)经过预变形处理的图像写入显卡视频缓存中，通过信号线发送至投影机；

(5)投影机将图像通过球面反射镜投影显示到半球形屏幕上；

(6)通过手势传感器控制vr应用程序的操控，计算机画面实时显示在半球形屏幕上。

优选地，技术方案中，手势传感器选用leapmotion、kinectv2、vivetrack中的一种。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

通过一台投影机就可实现半球屏幕的显示，整个系统的造价远远低于传统球面投影系统，造价仅为其的20％。相对于传统vr头盔显示器，由于无需佩戴沉重的、紧贴面部的头盔，因此长时间使用也不会产生疲劳和眩晕感。可以3-4人同时观看与体验，彼此之间可以无障碍交流，更具实用性和趣味性。

附图说明：

图1为本发明新型全息可交互球形显示装置结构示意图；

图2为本发明新型全息可交互球形显示装置工作流程图；

图3为本发明图像预变形原理示意图；

图4为本发明图像预变形处理对比图；

附图标记为：1-投影机、2-计算机、3-球面反射镜、4-半球形屏幕、5-手势传感器、6-箱体、7-支架。

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

实施例1

如图1所示，一种新型全息可交互球形显示装置，包括投影机1、计算机2、球面反射镜3、半球形屏幕4、手势传感器5、箱体6；所述箱体6下部设置有计算机2，所述计算机2通过信号线与投影机1连接，箱体6顶面为一倾斜面，投影机1设置在箱体6顶面上，投影机1投影方向上设置有一球面反射镜3，所述球面反射镜3反射方向上设置有一半球形屏幕4，所述箱体6上设置有支架7，支架7上设置有半球形屏幕4，所述半球形屏幕4倾斜设置在支架7上，所述半球形屏幕4相对于竖直面的倾斜角度为20°-30°，半球形屏幕4的圆心距离地面高度为1.6m，与人眼平均高度一致；半球形屏幕4可转动的设置在支架7上，半球形屏幕4以与支架7连接处为旋转中心转动，可根据需要改变屏幕显示的投影影像位置。所述计算机2内安装vr应用程序、游戏程序，所述手势传感器5设置在箱体6一侧，所述手势传感器5通过线路与计算机2连接。观众站立观看时，视野全部被图像覆盖，形成一个沉浸式的虚拟视觉环境，产生身临其境的感觉。并且利用人眼的视觉错觉原理，观众无需佩戴眼镜，即可图像的立体感，进一步强化虚拟场景的真实感和沉浸感。

如图2-4所示，一种新型全息可交互球形显示装置的工作方法，其步骤为：

(1)在计算机上启动vr应用程序、游戏程序，在vr应用程序、游戏程序中选择要投影的图像；

(2)启动dmw组件，要投影的图像进入内存中的离屏surface；

(3)对surface上的画面进行预变形处理，将投影机焦平面的平面坐标转换为半球形屏幕的球面坐标，设投影机焦平面的点为p1，半球形屏幕的点为p2，p1投影在球面反射镜的点为p3，则：

其中，p1x为p1的x轴坐标值，r为球面反射镜的球面半径，为p3与x轴的夹角，p2x为p2的x轴坐标值，p2z为p2的z轴坐标值，l1为p1到p3的距离，l2为p3到p2的距离；

(4)经过预变形处理的图像写入显卡视频缓存中，通过信号线发送至投影机；

(5)投影机使用4k分辨率，显示像素分辨率可达到4096×2160，投影机亮度最高可达到8000ansi流明，将图像通过球面反射镜投影显示到半球形屏幕上；

(6)通过leapmotion或kinectv2或vivetrack手势传感器控制vr应用程序的操控，计算机画面实时显示在半球形屏幕上。

相对于普通球幕影院，该装置仅使用1台投影机就可实现半球屏幕的显示。目前的传统球面投影必须使用5台以上的投影机才能将半球面全部覆盖。同时由于1台投影机仅需要1台计算机输出图像，因此整个系统的造价远远低于传统球面投影系统，造价仅为其的20％。高分辨率、高亮度的投影机，可以展现更逼真的vr图像。

相对于传统vr头盔显示器，由于无需佩戴沉重的、紧贴面部的头盔，因此长时间使用也不会产生疲劳和眩晕感。可以3～4人同时观看与体验，彼此之间可以无障碍交流，更具实用性和趣味性。而传统vr头盔显示器只能个人观看，周围的人无法感知到你所看到和体验到的场景，缺少互动。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。