面向多投影顯示墻的畫面校正與三維交互技術研究.pdf

1、隨著半導體技術和圖像處理軟硬件技術的不斷發(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實系統、數字化商業(yè)展出、科學可視化等領域對繪制速度、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機無法實現的火規(guī)模復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成為目前實現高性能、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生成的高質量圖像完整地顯示出來，圖形顯示設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基于PC集群并行繪制系統的主要瓶頸之一。綜合考慮系統性能和構造成本等多種因素，利用計算機圖形學和圖像處理技術將多臺投影儀拼接起來實現多投影顯示墻系統成為一個跨學科的研究熱點。另一方面，由于通過多臺PC機的網

3、絡鏈接實現的并行繪制系統具有節(jié)點分布離散、較火通訊延遲和交互空間廣闊等特點，傳統的單機交互協議和交互方式難以直接進行移植和復用。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，交互協議和人機交互方式的研究成為實現交互式并行繪制系統的酋要問題之一。 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，主要貢獻如下：

4、 1．結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，設計了相應的特征線擬合和特征點檢測算法，實現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，并借助于有理函數逼近的思想，設計了相應的最佳有理逼近算法來估計該廣義模型的參數。 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)，根據基于PC集群的并行系統中節(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，設計了一種并行繪制環(huán)境下的三維交互協議。 5．

6、提出了一種基于模糊預測控制理論的手臂運動估計算法(記作FPC-AME算法)，用來實現形象化的六自由度手臂導航操作；然后綜合手臂運動跟蹤結果和數據手套狀態(tài)輸出，提出了一種面向多投影顯示墑系統的沉浸式交互方案，其中手臂運動跟蹤算法主要提供交互指示器的位移信息，數據手套輸出則用于生成對象選中、平移和旋轉等編輯命令。 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，并根據該模型建立和訓練手勢模式庫；然后設計與實現了一