[发明专利]一种虚拟现实设备及虚拟现实图像生成方法

说明书

本发明公开了一种虚拟现实设备及虚拟现实图像生成方法，一种虚拟现实设备，包括摄像机、处理单元和显示屏，摄像机与处理单元相连接，用于实时获取用户四周的现实场，显示屏与处理单元相连接，用于输出由处理单元生成的虚拟现实图像，虚拟现实图像由处理单元结合所述多个摄像机获取的现实场景图像生成，一种虚拟现实图像生成方法，实现平滑的非线性深度映射，还可以消除由于头部运动产生的图像漂移现象，有效的减少因感知变形带来的视觉瑕疵。

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种虚拟现实设备及虚拟现实图像生成方法。

背景技术

立体显示是模拟人类的双眼视觉机制。人在双眼观察时，物体于左右眼中的成像在水平方向上会产生视差，人通过视差来形成深度感知。所以立体图像包括一对具有水平视差的图像，分别代表左右眼图像，如何产生和控制左右眼图像的视差是立体图像创建的关键问题，立体图像的获取最直接的方法是利用双相机分别拍摄左右眼图像；另一种方法是基于图像合成的方法。基于双相机拍摄的方法是采用两个水平放置的相机，两个相机轴线可以平行或水平倾斜相交。基于图像合成的方法是在原有的单个或多个视点的图像基础上，合成新的视点图像。基于图像的方法借助像素的深度信息，对像素进行重新投影形成新的图像，由于在像素重新投影的过程中，容易产生空洞，而完美的实现空洞充填仍然是一个有待解决的关键问题。近几年来，图像变形技术逐渐被应用于立体图像，可以避免产生空洞，但是存在一个潜在的问题是容易造成左右眼图像投影的不一致。基于图像的生成方法主要应用在2D到3D图像转换，很难应用于实时渲染系统。

通过改变图像视差来改变感知深度，从而避免视觉疲劳，这种方法称为深度映射或视差映射。深度映射最直接的方法是在拍摄过程中，直接调整相机的轴距、汇聚距离等参数根据场景深度和观看适宜区，计算出合适的相机轴距、辐辏等参数，但这些方法都是压缩全局感知深度的线性压缩。利用图像变形来调整双眼图像视差可以实现非线性深度映射，但这种方法只能应用于立体图像的后期处理，无法应用于虚拟现实这样的实时渲染系统。在头跟踪虚拟现实系统中，由于深度映射会带来感知物体的变形，这种变形会导致感知物体随着头部的运动而产生水平方向上漂移。

发明内容

本发明的目的是为解决上述不足，提供一种虚拟现实设备及虚拟现实图像生成方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种虚拟现实设备，包括摄像机、处理单元和显示屏，摄像机与处理单元相连接，用于实时获取用户四周的现实场，显示屏与处理单元相连接，用于输出由处理单元生成的虚拟现实图像，虚拟现实图像由处理单元结合所述多个摄像机获取的现实场景图像生成。

显示屏输出由处理单元生成、传送过来的虚拟现实图像。

虚拟现实设备还包括与处理单元连接的存储器。

一种虚拟现实图像生成方法，将场景总的感知深度压缩在适宜区范围，同时希望在屏幕附近的物体尽可能减少感知变形，而在较远的物体产生较大的感知变形；计算沿深度方向的缩放，以投影面作为变形的固定位置，将处于投影平面两侧的模型沿相机坐标系Z轴向投影平面挤压，顶点移动距离随深度增加而增加，在中间相机坐标系内，假设相机到投影平面的距离为F，任意某顶点的坐标为P(x，y，z) ，经过缩放变形后的坐标为P'( x'，y'，z') ，对模型的的z坐标执行以下非线性变换：

（1）

假设处于相机远裁剪面上的顶点( z坐标为-f ) 被挤压到坐标为-f '处，处于近裁剪面上的顶点( z坐标为-n) 被挤压到-n'． 将他们带入上式，可求得a，b的值，得到最后的变换公式：

（2）

其中：A = F-f’，B = F-n'，C = F-f，D = F-n,f'和n'可根据一定观看条件下的观看适宜区来确定；