高临场感大屏幕显示系统颜色校正与实时交互的研究

摘要

近年来，随着虚拟现实技术的迅速发展，机械设计与制造技术已经与计算机技术、网络技术、通讯技术、传感技术、信息技术等结合起来，发展出了虚拟制造、网络制造、并行设计等先进制造技术。由多个投影面构成的大屏幕显示系统具有大视场角、高临场感和支持多用户的特点，将其作为虚拟设计制造中信息显示的交互终端无疑是一个很好的选择。特别是，近几年随着PC性能的快速发展，以廉价PC集群驱动的多投影面虚拟环境系统大大提高了其推广应用价值，其构建方法亦成为研究的热点。 本文从由多投影面构成的大屏幕显示系统在搭建和应用中存在的问题出发，在大屏幕显示系统的自动边缘融合、颜色校正问题以及交互技术等方面展开了深入的研究，最后开发了通用的多通道显示处理接口和基于环幕显示系统的应用。论文的主要研究工作如下： 首先，提出了一种快速、灵活的适用于大屏幕显示系统的自动边缘融合技术。对这一技术中基于相机反馈的信息快速获取方法、边缘重叠区的亮度衰减算法以及最终进行实现的多纹理映射技术进行了详细的阐述，并构建实验系统得到试验结果。该方法采用单台相机，速度快、具有较好的独立性和扩展性，适合于快速构建多投影面大屏幕显示系统，具有良好的推广应用价值； 其次，对多投影面大屏幕显示系统中产生颜色不一致问题的原因进行了细致的分析探讨，对系统颜色校正的实现进行了深入研究。给出了亮度校正的算法，该算法实现简单、快速，并且可对传统方法应用多纹理映射技术实现时产生的亮度衰减进行补偿。同时，提出了亮度校正效果的评价模型，并对色度匹配问题进行了分析。 再次，针对目前大多数多投影面大屏幕显示系统交互功能单一的问题，对大屏幕显示系统的实时交互技术进行研究，以Logitech力反馈操纵杆作为交互设备，对其交互能力进行开发，来满足基于PC集群的大屏幕显示系统的实时显示与交互。最后，在对多投影面显示系统相关关键技术进行研究的基础上，基于OpenGL底层技术开发了通用的多通道显示处理接口，搭建了五通道的环幕显示系统，并开发了基于环幕的微型机器人任务视景仿真系统和视频方面的应用，论文最后对课题进行了总结和展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1高临场感立体显示系统的国内外研究状况

1.2大屏幕立体显示系统相关技术的国内外研究状况

1.2.1边缘融合

1.2.2颜色校正

1.2.3实时交互

1.3问题的提出及课题来源

1.4本文的研究内容

1.5小结

第二章大屏幕显示系统的自动边缘融合的研究

2.1系统快速构建概念

2.2手动边缘融合

2.2.1融合技术原理

2.2.2手动方法实现

2.3自动边缘融合

2.3.1系统结构

2.3.2相机信息获取与映射方法

2.3.3边缘重叠区亮度衰减算法

2.4多纹理映射技术

2.5实验结果

2.6小结

第三章大屏幕显示系统的颜色校正算法

3.1引言

3.2颜色模型

3.3投影面间的亮度匹配

3.3.1系统结构

3.3.2亮度匹配算法

3.3.3颜色映射技术

3.3.4实验结果

3.4投影面内的亮度均衡

3.4.1均衡算法

3.4.2 MatLab图像处理应用

3.4.3实验结果

3.5校正效果评价模型

3.6色度校正研究

3.7小结

第四章大屏幕显示系统的交互技术研究

4.1引言

4.2交互技术特点及交互设备

4.3基于DirectInput的开发实例

4.3.1 DirectInput开发包

4.3.2 Logitech操纵杆的交互开发

4.3.3交互应用实例

4.4小结

第五章系统集成及应用实例开发

5.1多通道显示处理及实现

5.1.1环幕总体结构

5.1.2多通道显示处理接口

5.2基于环幕的空间微型机器人任务视景仿真系统

5.2.1系统实现

5.2.2实验结果

5.2.3下一步工作

5.3大屏幕显示系统的视频应用开发

5.3.1 DirectShow介绍

5.3.2视频纹理建立与动态播放

5.3.3实验结果

5.4小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文