采用LED3D屏幕的CAVE显示系统及方法与制作流程

1、本技术公幵了一种采用 LED 3屏幕的CAVE显示系统及显示方法，该方法包括以下步骤: 采集3D眼镜上红外标记点的坐标位置；利用所述坐标位置估算出用户双眼的位置；根据所述位置计算得到相对所述 3D眼镜显示的两组画面；在 LED 3D屏幕上交替显示所述两组画 面；对所述3D眼镜进行左、右镜片幵关切换，切换频率与所述两组画面交替显示的切换频 率相配合。通过本技术的技术方案，区别于现有的CAVE系统，虚拟显示空间适用于光线较强的环境，可实际应用在明亮的室内环境，甚至室外环境；虚拟显示空间画面色彩饱和度 高，显示屏间拼接无缝，给用户很好的观看效果；使用寿命长权利要求书1一种采用LED 3D屏幕的CAV

2、E系统显示方法，该方法包括以下步骤:1）采集3D眼镜上红外标记点的坐标位置；2）利用所述坐标位置估算出用户双眼的位置；3）根据所述位置计算得到相对所述 3D眼镜显示的两组画面； 4）在LED 3D屏幕上交替显示所述两组画面; 5）对所述3D眼镜进行左、右镜片幵关切换，切换频率与所述两组画面交替显示的切换频率 相配合，使用户体验到沉浸式立体视觉虚拟环境。2. 根据权利要求 1所述的方法，所述步骤 2）中将所述用户双眼的位置信息发送给多通道控制 服务器。3. 根据权利要求 2所述的方法，所述步骤 4）中所述多通道控制服务器根据所述用户双眼的位置生成四个LED 3D屏幕的画面控制信号，将四个 LED

3、 3D屏幕的画面控制信号分别发送给四 个通道渲染服务器，以实现把校准好的两组画面连续交替地显示在所述四个LED 3D屏幕上。4根据权利要求3所述的方法，所述步骤 5）中，所述对所述3D眼镜进行左、右镜片幵关切换 具体为：左眼画面出现，3D眼镜左眼镜片打幵，右眼镜片关闭；右眼画面出现，3D眼镜右眼镜片打开，左眼镜片关闭。5根据权利要求4所述的方法，通过IR发射器接收所述多通道控制服务器发送的同步信号， 并根据该画同步信号发射红外信号，所述3D眼镜根据所述红外信号控制对所述 3D眼镜左、右镜片的切换频率。6. 根据权利要求1所述的方法，显示在所述 LED 3D屏幕上的画面由所述CAVE系统的虚拟环

4、 境中的两个虚拟摄像机模拟人的左、右眼拍摄已有素材得到的两组画面而组成。7. 种采用LED 3DS示屏的CAVE显示系统，该系统包括：3D眼镜、无线发射器、多通道控制服务器、多个通道渲染服务器、多个LED 3C显示屏、网络交换机、动捕电 脑和红外跟踪系统；所述红外跟踪系统跟踪得到所述 3D眼镜的坐标位置，并发送给所述网络交换机；所述动捕电 脑通过所述网络交换机获取所述坐标位置，得到用户双眼的位置参数； 将所述位置参数通所述网络交换机传输给所述多通道控制服务器;所述多通道控制服务器根据接收的位置参数，生成画面控制信号，分别发送给所述多个通道 渲染服务器；根据所述多个通道渲染服务器的控制，把校准好

5、的两组画面图像，分别连续交替地显示在所 述多个LED 3显示屏上；通过无线发射器接收所述多通道控制服务器发送的同步信号，并根据该画同步信号发射红外信号，所述3D眼镜根据所述红外信号控制对所述 3D眼镜左、右镜片的切换频率，使用户体 验到沉浸式立体视觉虚拟环境。8根据权利要求7所述的CAVE显示系统，所述无线发射器为IR发射器。9根据权利要求7所述的CAVE显示系统，所述3D眼镜附有两个红外标记点，对应用户双眼，所述红外跟踪系统通过跟踪所述 3D眼镜上的红外标记点获得 3D眼镜的坐标位置，从而 确定用户双眼的位置。10种计算机存储介质，其包括计算机程序指令，当执行所述计算机程序指令时，执行上 述

6、权利要求1-6之一的方法。技术说明书一种采用LED 3D屏幕的CAVE显示系统及方法技术领域本技术涉及数据显示技术领域，具体涉及一种采用LED 3D屏幕的CAVE显示系统及方法。背景技术CAVE系统可以应用于任何具有沉浸感需求的虚拟仿真应用领域。例如，虚拟设计与制造， 虚拟演示，协同规划等等，应用十分广泛。现有的大部分CAVE系统中，虚拟显示空间的墙壁通常由背投影墙组成。地面部分的显示除了可以进行背投，还可以在显示空间上方安置投 影仪投影到地面上。而随着技术的发展，也出现了由LCD 3D拼接屏或大尺寸LCD 3D屏代替投影显示的技术。但是仍然缺少使用 LED 3D屏幕作为CAVE系统显示的方式

7、。现有技术中两种常见的 CAVE系统。（一）基于背投影墙的CAVE系统CAVE系统虚拟显示空间是由3个面以上（含3面）硬质背投影墙组成。系统利用多通道视景同 步技术，在投影墙上显示整个三维场景内容。用户站在虚拟显示空间内，并佩戴用于观看影 墙三维成像的3D眼镜，其中3D眼镜上附着红外标记点。在虚拟显示空间的角落上分别放置 红外摄像头。由于3D眼镜上红外标记点的位置和用户的人眼位置相距不大，对比整个系统 的规格，可以忽略不计，从而系统利用红外摄像头获取红外标记点的位置参数以获取用户人 眼的位置参数。系统根据获得的用户人眼位置参数，调整影墙图像以匹配用户观看的当前位 置 （例如：离影墙近画面就会放

8、大，离影墙远画面就会缩小）。并且结合画面校准系统，校准折角处的画面，使显示图像不会产生畸变。（二）基于LCD 3C拼接屏或基于大尺寸 LCD屏的CAVE系统该技术原理和技术（一 ）基本一致，但虚拟显示空间由背投影墙替换成LCD 3C拼接屏或大尺寸LCD屏构成（除地屏），并且改变成显示相匹配的渲染通道和拼接处理器。然而，现有技术中的 CAVE系统存在以下缺点：技术（一）中由背投影墙构成虚拟显示的 CAVE系统需要在环境较暗才能看清，对环境光线要求高。并且显示画面的色彩饱和度不高，观看效果不佳。投影机寿命较短技术（二）中基于LCD 3D拼接屏或基于大尺寸 LCD屏的CAVE系统，虽然比起背投影墙不

9、需要 对环境光线有过高的要求，色彩饱和度也更高，但是长期使用，会造成单元间亮度与色彩衰 减不一致，并不可恢复。此外 LCD屏间还有物理拼缝，影响观看效果。大尺寸LCD屏还存在不好运输的问题。随着显示屏制造技术的提高，出现了LED 3D显示屏。LED 3D显示屏自体发光，不受环境光线限制；显示画面色彩饱和度高、显示屏间拼接无缝、使用寿命长。如果它可应用于CAVE系统中，就可以大大减少现有 CAVE系统中各种终端显示的局限性。技术内容为解决上述技术问题，本技术提供了一种采用LED 3D屏幕的CAVE系统显示方法，该方法包括以下步骤：1）采集3D眼镜上红外标记点的坐标位置；2）利用所述坐标位置估算出

10、用户双眼的位置；3）根据所述位置计算得到相对所述 3D眼镜显示的两组画面；4）在LED 3D屏幕上交替显示所述两组画面；5）对所述3D眼镜进行左、右镜片幵关切换，切换频率与所述两组画面交替显示的切换频率 相配合，使用户体验到沉浸式立体视觉虚拟环境。根据本技术的实施方式，优选的，所述步骤 2）中将所述用户双眼的位置发送给多通道控制服 务器。根据本技术的实施方式，优选的，所述步骤4）中所述多通道控制服务器根据所述用户双眼的 位置生成四个LED 3屏幕的画面控制信号，将四个 LED 3屏幕的画面控制信号分别发送给四个通道渲染服务器，以实现把校准好的两组画面连续交替地显示在所述四个LED 3D屏幕上。

11、根据本技术的实施方式，优选的，所述步骤5）中，所述对所述3D眼镜进行左、右镜片幵关切换具体为：左眼画面出现，3D眼镜左眼镜片打幵，右眼镜片关闭；右眼画面出现，3D眼镜右眼镜片打开，左眼镜片关闭。根据本技术的实施方式，优选的，通过 IR发射器接收所述多通道控制服务器发送的同步信号，并根据该画同步信号发射红外信号，所述3D眼镜根据所述红外信号控制对所述 3D眼镜左、右镜片的切换频率。根据本技术的实施方式，优选的，显示在所述LED 3D屏幕上的画面由所述 CAVE系统的虚拟环境中的两个虚拟摄像机模拟人的左、右眼拍摄已有素材得到的两组画面而组成。为解决上述技术问题，本技术提供了一种采用 LED 3显示

12、屏的CAVE显示系统，该系统包 括：3D眼镜、IR发射器、多通道控制服务器、多个通道渲染服务器、多个LED 3D显示屏、网络交换机、动捕电 脑 和红外跟踪系统；所述红外跟踪系统跟踪得到所述 3D眼镜的坐标位置，并发送给所述网络交换机；所述动捕电 脑通过所述网络交换机获取所述坐标位置，得到用户双眼的位置参数；将所述位置参数通所述网络交换机传输给所述多通道控制服务器；所述多通道控制服务器根据接收的位置参数，生成画面控制信号，分别发送给所述多个通道 渲染服务器；根据所述多个通道渲染服务器的控制，把校准好的两组画面图像，分别连续交替地显示在所 述多个LED 3D显示屏上；通过无线发射器接收所述多通道控

13、制服务器发送的同步信号，并根据该画同步信号发射红外信号，所述3D眼镜根据所述红外信号控制对所述 3D眼镜左、右镜片的切换频率，使用户体 验到沉浸式立体视觉虚拟环境。根据本技术的实施方式，优选的，所述无线发射器为IR发射器。根据本技术的实施方式，优选的，所述 3D眼镜附有两个红外标记点，对应用户双眼，所述 红外跟踪系统通过跟踪所述 3D眼镜上的红外标记点获得 3D眼镜的坐标位置，从而确定用户 双眼的位置。为解决上述技术问题，本技术提供了一种计算机存储介质，其包括计算机程序指令，当执行 所述计算机程序指令时，执行上述方法之一。通过本技术的技术方案取得了以下技术效果：本技术区别于现有的 CAVE系统

14、，虚拟显示空间适用于光线较强的环境，可实际应用在明亮 的室内环境，甚至室外环境；虚拟显示空间画面色彩饱和度高，显示屏间拼接无缝，给用户 很好的观看效果；使用寿命长。附图说明图1是现有本技术系统构成图图2是本技术的控制流程图具体实施方式<本技术的系统架构 >3D眼镜主要通过提高画面的快速刷新率 （通常要达到120Hz来实现3D效果，属于主动式3D技 术，又叫时分法遮光技术或液晶分时技术。当 3D信号输入到显示设备（诸如显示器、投影机等）后，图像便以帧序列的格式实现左右帧交替产生，通过红外发射器，蓝牙等无线方式将这些帧信号传输出去，负责接收的 3D眼镜在刷新同步实现左右眼观看对应的图像

15、，并且保 持与2D视像相同的帧数，观众的两只眼睛看到快速切换的不同画面，并且在大脑中产生错觉（摄像机拍摄不出来效果 ），便观看到立体影像。如图1本技术的虚拟显示空间由四块 LED 3D显示屏组成，LED 3DB示屏具有以下特点： 自体发光、不受环境光线限制；显示画面色彩饱和度高、显示屏间拼接无缝、使用寿命长。在LED 3D显示屏的空间角落安置多个红外摄像头；摄像头的个数可以从至少3个到多个，具体根据具体需求而定，优选的，摄像头个数为八个。有若干红外标记点附着在3D眼镜上。每副3D眼镜具有左、右两个镜片，3D眼镜可根据接收的外部信号，分别实现对左、右3D眼镜镜片的打开和关闭，从而实现对左、右镜片

16、的交替开关切换。此外还需要有四个独立的三 维通道渲染服务器，多通道控制服务器，IR发射器，动捕电 脑和红外跟踪系统以及网络交换机。所述多通道控制服务器用于接收用户双眼的位置信息，并根据该位置信息生成用于控制 四个LED 3D显示屏的画面控制信号，并将四个画面控制信号发送给四个通道渲染服务器， 以分别对所述四个LED 3D显示屏的显示进行控制。所述IR发射器放置在所述LED 3D显示屏 组成的显示空间上方，与所述多通道控制服务器连接，接收所述多通道控制服务器发送的同 步信号。所述IR发射器接收多通道控制服务器发送的同步信号，根据所述同步信号发射红外 信号，3D眼镜根据IR发射器发送的红外信号，控

17、制对 3D眼镜左、右镜片幵关切换的频率， 以与在LED 3显示屏上交替显示的画面图像频率相一致。需要说明的是，所述IR发射器仅属于一种优选的实施方式，在实际应用中可采用蓝牙、高频无线信号通讯的信号发射器与 3D眼镜进行无线通讯，控制对 3D眼镜左、右镜片幵关切换的频率。动捕电脑通过网络交换机获取由多个红外摄像头 （优选为八个）得到3D眼镜上的红外标记点的 位置参数，从而间接得到用户双眼的位置参数。在每个3眼镜的镜框上设置两个距离固定的标记点，例如红外LED。红外摄像头获取的图像中，红外 LED在绝大多数情况下是最亮的 点，取合适阈值，就可以把 LED位置与背景分幵。获取的 LED在图像中的位置

18、，反映了用户 相对于摄像头的水平角度和用户高度，而两个LED之间的距离，则反映了用户离摄像头的距离。这样，相当于获得了以摄像头为原点的圆柱坐标系内的用户坐标。结合摄像头自身位置 坐标，经过简单的坐标系变换，就可以获得用户的绝对坐标。单台红外摄像头因为视角有 限，无法完成 360°位置捕捉的任务，可以用几台进行视场的拼接。也可以使用环带相机，则 一台就可以实现 360°位置捕捉的任务，原理与红外摄像头相同。利用电脑中的MotiveTracke，r 将用户双眼的位置参数信息通过交换机传输给四个通道渲染服务器和多通道 控制服务器。所述多通道控制服务器与所述动捕电 脑可整合在同一电

19、 脑 中，也可以分别由不 同的电 脑 实现其功能。显示在LED 3D屏幕上的画面图像实际上是由 CAVE系统中虚拟环境中两个虚拟摄像机模拟 人的左、右眼拍摄已有素材得到的两组画面而组成的。CAVE系统使用多摄像头红外定位系统通过拍摄附着在3D眼镜上的红外标记点，读取用户双眼的位置参数，以计算出系统中虚 拟环境里两个摄像机的位置参数 （两个虚拟摄像机模拟3D眼镜左、右镜片的位置），从而得到 用于分别显示于四个LED 3D显示屏的两组显示空间的图像。每个 3D眼镜上均有两个距离固 定的标记点，以供红外跟踪系统捕捉位置。CAVE系统再根据用户双眼位置的变化，分别调整显示空间的图像以匹配用户观看的当前

20、位置（例如：离显示屏近画面就会放大，离显示屏远画面就会缩小 ）。并且结合画面校准系统，校准折角处的画面，使显示空间图像不会产生 畸变。其中显示空间图像是由四个独立的三维渲染服务来输出显示的。CAVE系统把已校准好的两组画面，连续交替地显示在 LED 3D显示屏上。同时，3D眼镜配合这个连续交替显示 的画面图像进行左右镜片的切换：左眼画面出现，3D眼镜左眼镜片就打幵，右眼镜片就关闭；右眼画面出现，3D眼镜右眼镜片就打幵，左眼镜片就关闭。为了使左、右眼画面的切 换和3D眼镜镜片的切换同步，把IR发射器放置在显示空间上方，连接多通道控制服务器， 和3D眼镜，配合使用。3D眼镜的每一只镜片均包含有一个

21、液晶层，可以在加载一定电压的情况下变黑（透光率下降）。反之，在没有附加电压的情况下就和普通镜片类似。由于每一帧的3D图像均包含有左、右两幅不同角度拍摄的画面，只有当左画面对应通过左镜片（镜片上没加载固定电压 ），右画面对应通过右镜片时，观众才能看到3D图像。另外，3D眼镜应具有超高速的帧频，以匹配高速投影机的帧频，在较低频率，如几百Hz可以通过铁电液晶实现，如果用户较多，则可以通过两块铁电液晶板，以级联的方式，实现 高速的调制。这种情况下，只有前后两块液晶板处于开状态时，眼镜片才处于开的状态，而 只要有一块液晶板处于关闭状态，则整个镜片处于关闭状态，通过时钟的调制，可以把两块 液晶板开启与关闭

22、的时间差设置的很小，则可以得到很快的开关速度。需要一个同步信号来控制左右镜片的交替和左右画面的交替保持一致。通常，使用红外线来传输这个同步信号。但由于存在着诸如易受日光灯干扰，通讯范围有限等不利因素，也发展 出了利用蓝牙，高频无线信号通讯的3D快门式眼镜。在同步信号的控制下，加载在左右两只镜片上的电压交替变化，然后由大脑将两幅图像合成一体来实现 3D的视觉效果。3D技术的原理是根据人眼对影像频率的刷新时间来实现的，所以通过提高画面的快速刷新 率（一般要达到120Hz左眼和右眼各60HZ勺快速刷新才会让人不会对图像产生抖动感，并且 保持与2D视像相同的帧数。它主要是靠液晶眼镜来实现的，它的眼镜片

23、实质上是可以分别控制开/关的两片液晶屏，眼镜中的液晶层有黑和白两种状态，平常显示为白色即透明状态，通电之后就会变黑色。通过IR发射器，让3D眼镜和屏幕之间实现精确同步。显示屏幕上会交替进行左右眼画面的播 放，在播放左画面时，左眼镜打开，右眼镜关闭，观众左眼看到需要让左眼看见的画面，右 眼什么都看不到。在播放右眼画面是，右眼看右画面，左眼看不到画面，就这样让左右眼分 别看到左右各自的画面，从而实现3D立体效果。这个过程交替至少达到 120次 /每秒，人眼才能欣赏到连贯而不闪烁的 3D画面，所以主动式3D显示技术要求屏幕的刷新率至少达到 120Hz。<本技术的方法流程 >如图2,本技术

24、公幵了一种采用 LED 3D屏幕的CAVE系统显示方法，该方法包括以下步骤： 步骤S1,采集3D眼镜上红外标记点的坐标位置。CAVE系统使用多摄像头红外定位系统通过拍摄附着在3D眼镜上的红外标记点，读取用户双眼的位置参数，以计算出系统中虚拟环境里两个摄像机的位置参数（两个虚拟摄像机模拟 3D眼镜左、右镜片的位置 ）。步骤S2,利用所述坐标位置估算出用户双眼的位置。动捕电脑通过网络交换机获取由多个红外摄像头（优选为八个）得到3D眼镜上的红外标记点的位置参数，从而间接得到用户双眼的位置参数。系统利用电脑中的MotiveTracke软件，数据通过交换机传输给四个通道渲染服务器和多通道控制服务器步骤S

25、3,根据所述位置计算得到相对所述 3D眼镜显示的两组画面。CAVE系统再根据用户双眼位置的变化，分别调整显示空间的图像以匹配用户观看的当前位 置 （例如：离显示屏近画面就会放大，离显示屏远画面就会缩小）。并且结合画面校准系统，校准折角处的画面，使显示空间图像不会产生畸变。其中显示空间图像是由四个独立的三维 渲染服务来输出显示的。步骤S4,在LED 3D屏幕上交替显示所述两组画面。所述多通道控制服务器根据所述 3D眼镜的位置的生成四个 LED 3D屏幕的画面控制信号，将 四个LED 3D屏幕的画面控制信号分别发送给四个通道渲染服务器，以实现把校准好的两组 画面连续交替地显示在所述四个 LED 3D屏幕上。步骤S5,对所述3D眼镜进行左、右镜片幵关切换，切换频率与所述两组画面交替显示的切 换频率相配合。同时，3D眼镜配合这个连续交替显示的画面图像进行左右镜片的切换：左眼画面出现，3D眼镜左眼镜片就打幵，右眼镜片就关闭；右眼画面出现，3D眼镜右眼镜片就打幵，左眼镜片就关闭。为了使左、右眼画面的切换和 3D眼镜镜片的切换同步，还需要把 IR发射器放置 在显示