面向裝配的球面虛擬環(huán)境系統(tǒng)的建立及其關鍵技術研究.pdf

1、虛擬裝配是虛擬現(xiàn)實技術在工業(yè)領域的重要應用之一，為解決復雜產品的裝配工藝設計問題提供了經濟有效的解決途徑。虛擬裝配的沉浸性能直接影響其實際應用效果。然而，傳統(tǒng)虛擬裝配系統(tǒng)的沉浸感不足，難以反映實際裝配過程中的問題。隨著科學技術的發(fā)展，人們開發(fā)出具有高度沉浸式虛擬裝配環(huán)境，但是由于系統(tǒng)的構建耗資巨大，且多種關鍵技術尚不完善，無法滿足裝配設計的實際需求。因此，迫切需要引入新的方法和手段，建立具有高度沉浸感的、低成本的虛擬裝配環(huán)境系統(tǒng)，以獲得

2、具有實際指導意義的裝配方案。
　　本文建立了一個新型的具有高度沉浸感的虛擬裝配系統(tǒng)，設計了系統(tǒng)的總體硬件結構，并對相關功能模塊的關鍵技術進行研究。該系統(tǒng)通過多個投影機和所研制的大型球面屏幕組成的投影系統(tǒng)為操作者提供360°全景展示畫面，具有高度的沉浸感和廣闊的操作空間，能夠滿足產品虛擬裝配設計的要求。
　　研制出一種低成本的立體圖像分配器，通過基于低端硬件的立體投影顯示系統(tǒng)，實現(xiàn)了球面屏幕的立體投影顯示。在該系統(tǒng)中，首先建立

3、立體像對生成的數(shù)學模型，并采用Off-axis算法實現(xiàn)立體場景源圖像的獲取，經過立體圖像分配器的處理后生成滿足投影顯示的立體視對圖像，以增強虛擬裝配系統(tǒng)的沉浸感。
　　針對平面圖像投影到球面屏幕上發(fā)生變形的情況，提出了一種非線性幾何拼接校正方法。該方法建立球面投影的數(shù)學模型，求解投影機在球幕上的最大顯示區(qū)域，并利用相機獲取最大區(qū)域內的標準網格圖案，確定投影機與顯示屏幕之間的幾何關系，由雙向曲線法逆運算求解雙三次 NURBS曲面的控

4、制點陣，初步獲得滿足多投影顯示的幾何校正圖像，再通過 NURBS曲面的局部可修改特性進行圖像重疊部分的拼接校正，實現(xiàn)了高精度、無縫的球面多投影顯示。
　　在分析球面屏幕多投影顯示圖像之間顏色差異原因的基礎上，提出了一種適用于球面多投影顯示的全局顏色校正方法。該方法采用基于相機的HDR圖像處理技術重建所有投影機顯示圖像的亮度響應值，并針對球面背投顯示模式的特點，從人對顏色視覺感知的角度出發(fā)，進行三個方面的全局顏色校正處理，包括全局的

5、亮度均勻化、邊緣亮度融合和色彩度的公共 ITF匹配，實現(xiàn)了在視覺感知上統(tǒng)一的球面多投影顯示效果。
　　研究了球面投影圖像的場景顯示技術，在并行繪制環(huán)境下建立球面圖像分割模型，根據(jù)球面多投影空間的實際布局情況，設計出滿足球面多投影拼接顯示的分割方案，通過球面投影圖像的區(qū)域劃分設計，使得經過幾何拼接校正后的顯示圖像具有良好的連續(xù)性?；趕ort-first并行繪制系統(tǒng)實現(xiàn)場景的并行渲染，并實現(xiàn)系統(tǒng)視覺顯示各功能模塊的集成處理，考慮到三