面向多投影顯示墻的畫面校正與三維交互技術(shù)研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體技術(shù)和圖像處理軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，單臺PC機的計算能力和單片圖形加速卡的三角形處理能力都有了極大的提高。然而，這些遠不能滿足交互式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、數(shù)字化商業(yè)展出、科學(xué)可視化等領(lǐng)域?qū)L制速度、真實感和顯示分辨率等方面的實際需求?；赑C集群的并行繪制系統(tǒng)整合了多臺PC機的計算和繪制能力，可以完成單臺PC機無法實現(xiàn)的火規(guī)模復(fù)雜場景的實時真實感繪制，并提供高分辨率、高亮度的顯示畫面。由于其町伸縮的繪制性能和高分辨率的顯示輸出，基于P

2、C集群的并行繪制系統(tǒng)成為目前實現(xiàn)高性能、低成本大型繪制平臺的首選解決方案。 為了將并行繪制系統(tǒng)生成的高質(zhì)量圖像完整地顯示出來，圖形顯示設(shè)備同樣需要具有高分辨率、高亮度等特性，因此，單臺顯示器或投影儀的分辨率和亮度有限性成為實現(xiàn)基于PC集群并行繪制系統(tǒng)的主要瓶頸之一。綜合考慮系統(tǒng)性能和構(gòu)造成本等多種因素，利用計算機圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)將多臺投影儀拼接起來實現(xiàn)多投影顯示墻系統(tǒng)成為一個跨學(xué)科的研究熱點。另一方面，由于通過多臺PC機的網(wǎng)

3、絡(luò)鏈接實現(xiàn)的并行繪制系統(tǒng)具有節(jié)點分布離散、較火通訊延遲和交互空間廣闊等特點，傳統(tǒng)的單機交互協(xié)議和交互方式難以直接進行移植和復(fù)用。為了滿足在基于PC集群的并行繪制環(huán)境下進行三維交互時保持不同繪制節(jié)點之間場景狀態(tài)時空一致性和提高交互方式友好性的需要，交互協(xié)議和人機交互方式的研究成為實現(xiàn)交互式并行繪制系統(tǒng)的酋要問題之一。 本文深入研究了多投影顯示墻畫麗校正中存在的主要問題和基于PC集群并行繪制環(huán)境下的三維交互技術(shù)，主要貢獻如下：

4、 1．結(jié)合一種新的條形校正圖案，通過綜合考慮識別的魯棒性和準確性，設(shè)計了相應(yīng)的特征線擬合和特征點檢測算法，實現(xiàn)了針對平面幕多投影顯示墻的亞像素級幾何校正；然后通過曲面逼近算法，將該方案推廣到環(huán)幕多投影顯示墻的幾何校正中。 2．根據(jù)投影儀工作原理，分析了多投影顯示墻環(huán)境下影響大屏幕顯示效果的各種因素，提出了一種投影儀廣義顏色模型，并借助于有理函數(shù)逼近的思想，設(shè)計了相應(yīng)的最佳有理逼近算法來估計該廣義模型的參數(shù)。 3．分析了

5、造成幾何校正后多投影顯示墻顏色不均勻的多方面因素，尤其是投影儀內(nèi)部和投影儀之問的顏色差異，提出了一種混合模擬退火與優(yōu)勝劣汰思想的視覺無縫全局顏色校正算法。該算法通過自適應(yīng)地剔除顏色嚴重畸變點，有效地提高了畫面校正后的圖像質(zhì)量和顯示亮度。 4．從提高交互的可感知性和自然性出發(fā)，根據(jù)基于PC集群的并行系統(tǒng)中節(jié)點分布離散性等特點和三維交互時繪制節(jié)點間場景對象狀態(tài)的時空一致性的需要，設(shè)計了一種并行繪制環(huán)境下的三維交互協(xié)議。 5．

6、提出了一種基于模糊預(yù)測控制理論的手臂運動估計算法(記作FPC-AME算法)，用來實現(xiàn)形象化的六自由度手臂導(dǎo)航操作；然后綜合手臂運動跟蹤結(jié)果和數(shù)據(jù)手套狀態(tài)輸出，提出了一種面向多投影顯示墑系統(tǒng)的沉浸式交互方案，其中手臂運動跟蹤算法主要提供交互指示器的位移信息，數(shù)據(jù)手套輸出則用于生成對象選中、平移和旋轉(zhuǎn)等編輯命令。 6．提出了一種簡潔的Tortoise模型來描述人手部的基本幾何特征，并根據(jù)該模型建立和訓(xùn)練手勢模式庫；然后設(shè)計與實現(xiàn)了一