面向多投影顯示墻的畫(huà)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(tái)PC機(jī)的計(jì)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(yuǎn)不能滿足交互式虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)感和顯示分辨率等方面的實(shí)際需求?；赑C集群的并行繪制系統(tǒng)整合了多臺(tái)PC機(jī)的計(jì)算和繪制能力，可以完成單臺(tái)PC機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的火規(guī)模復(fù)雜場(chǎng)景的實(shí)時(shí)真實(shí)感繪制，并提供高分辨率、高亮度的顯示畫(huà)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(shí)現(xiàn)高性能、低成本大型繪制平臺(tái)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(lái)，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(tái)顯示器或投影儀的分辨率和亮度有限性成為實(shí)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)將多臺(tái)投影儀拼接起來(lái)實(shí)現(xiàn)多投影顯示墻系統(tǒng)成為一個(gè)跨學(xué)科的研究熱點(diǎn)。另一方面，由于通過(guò)多臺(tái)PC機(jī)的網(wǎng)

3、絡(luò)鏈接實(shí)現(xiàn)的并行繪制系統(tǒng)具有節(jié)點(diǎn)分布離散、較火通訊延遲和交互空間廣闊等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的單機(jī)交互協(xié)議和交互方式難以直接進(jìn)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(jìn)行三維交互時(shí)保持不同繪制節(jié)點(diǎn)之間場(chǎng)景狀態(tài)時(shí)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(jī)交互方式的研究成為實(shí)現(xiàn)交互式并行繪制系統(tǒng)的酋要問(wèn)題之一。 本文深入研究了多投影顯示墻畫(huà)麗校正中存在的主要問(wèn)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(xiàn)如下：

4、 1．結(jié)合一種新的條形校正圖案，通過(guò)綜合考慮識(shí)別的魯棒性和準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的特征線擬合和特征點(diǎn)檢測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)平面幕多投影顯示墻的亞像素級(jí)幾何校正；然后通過(guò)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(jì)了相應(yīng)的最佳有理逼近算法來(lái)估計(jì)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(wèn)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(jué)無(wú)縫全局顏色校正算法。該算法通過(guò)自適應(yīng)地剔除顏色嚴(yán)重畸變點(diǎn)，有效地提高了畫(huà)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(diǎn)分布離散性等特點(diǎn)和三維交互時(shí)繪制節(jié)點(diǎn)間場(chǎng)景對(duì)象狀態(tài)的時(shí)空一致性的需要，設(shè)計(jì)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(cè)控制理論的手臂運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法(記作FPC-AME算法)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)形象化的六自由度手臂導(dǎo)航操作；然后綜合手臂運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(duì)象選中、平移和旋轉(zhuǎn)等編輯命令。 6．提出了一種簡(jiǎn)潔的Tortoise模型來(lái)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(shì)模式庫(kù)；然后設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了一