一种用于五面LED-CAVE的信号同步显示系统技术方案

本发明专利技术公开一种用于五面LED‑CAVE的信号同步显示系统，包括五面LED‑CAVE显示屏、光学定位跟踪系统以及1+N集群渲染同步显示管理系统；所述1+N集群渲染同步显示管理系统包括1个主控机以及与所述主控机连接的N个图形渲染工作站和3D信号发射器；所述光学定位跟踪系统用于获取3D眼镜及操作手柄的空间位姿信息，所述主控机根据3D眼镜及操作手柄的空间位姿信息生成两组画面图像，并通过局域网发送启动配置指令至N个图形渲染工作站，所述主控机控制N个图形渲染工作站同时启动虚拟现实程序，将所述两组画面图像同步地在五面LED‑CAVE显示屏上交替显示；从而实现五面LED‑CAVE显示屏的同步显示，提升了用户的沉浸式虚拟体验感。

A Signal Synchronization Display System for Five-sided LED-CAVE

【技术实现步骤摘要】
一种用于五面LED-CAVE的信号同步显示系统
本专利技术属于沉浸式虚拟现实显示
，具体是一种用于五面LED-CAVE的信号同步显示系统。
技术介绍
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，CAVE沉浸式虚拟现实显示系统是采用的立体投影机作为显示主设备，配合光学跟踪系统、音响系统、信号同步系统等构成，投影方式的CAVE系统效果比较柔和，画面较平滑，但由于投影机的安装一般分为正投、背投两种，如果受场地空间限制，可采用正投方式，但是正投的CAVE系统没有办法实现五面沉浸式，即左面、正面、右面、地面、顶幕五个方向均有渲染画面；因此需要采用背投的方式安装，从幕布的后方离幕布约2.5米处将渲染画面投射在幕布上，而此种方式对场景要求非常高，需要楼层空高为三层楼的纵向空间，以便让顶幕、地幕的背投式投影机安装，即顶幕投影机由上而下安装输出画面，地幕投影机由下而上安装输出画面。由此可见，投影方式的五面CAVE沉浸式虚拟现实显示系统对场地空间的限制很大，并且市面上先进的立体工程投影机价格昂贵，成本较高，维护难度较大。随着技术的发展，也出现了由LCD3D拼接屏或大尺寸LCD3D屏代替投影显示的技术，但在实际应用中，如何根据屏幕的尺寸选取合适数量的图形渲染工作站，如何配置相关的显卡参数，以及如何对各图形渲染工作站进行同步控制，来实现屏幕上画面的无缝拼接，这些问题还亟待进一步解决。公开号为CN107147899A的中国专利公开了一种采用LED3D屏幕的CAVE显示系统及方法，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LED3D屏幕上交替显示所述两组画面；对所述3D眼镜进行左、右镜片开关切换，切换频率与所述两组画面交替显示的切换频率相配合。该专利技术可实际应用在明亮的室内环境，甚至室外环境；虚拟现实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。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于五面LED-CAVE的信号同步显示系统，通过1+N集群渲染同步显示管理系统对五面LED-CAVE显示屏进行同步显示，避免显示屏间出现拼缝，提高显示质量，增强用户的沉浸式虚拟现实体验感。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于五面LED-CAVE的信号同步显示系统，其特征在于，包括五面LED-CAVE显示屏、光学定位跟踪系统以及1+N集群渲染同步显示管理系统；所述五面LED-CAVE显示屏由正幕、左幕、右幕、地幕以及顶幕合围组成；所述1+N集群渲染同步显示管理系统包括1个主控机以及与所述主控机连接的N个图形渲染工作站和3D信号发射器；所述N个图形渲染工作站分别用于控制所述五面LED-CAVE显示屏5个屏幕的画面显示；所述N个图形渲染工作站均配置有显卡和同步卡，所述N个图形渲染工作站的同步卡通过网线串联；所述主控机与光学定位跟踪系统的主机通过局域网连接，所述主控机作为计时主节点用于控制N个图形渲染工作站的画面同步输出；所述光学定位跟踪系统用于获取3D眼镜及操作手柄的空间位姿信息，并将所述空间位姿信息发送给主控机；所述主控机根据3D眼镜及操作手柄的空间位姿信息生成两组画面图像，并通过局域网发送启动配置指令至N个图形渲染工作站，由所述N个图形渲染工作站将两组画面图像交替同步发送给五面LED-CAVE显示屏；所述N个图形渲染工作站根据五面LED-CAVE显示屏每个屏幕的尺寸配置好每个图形渲染工作站的分辨率及渲染面积大小，由所述主控机控制N个图形渲染工作站同时启动虚拟现实程序，将所述两组画面图像同步地在五面LED-CAVE显示屏上交替显示，所述N个图形渲染工作站根据显卡设置的刷新率(不低于96Hz)刷新画面；所述主控机根据两组画面图像交替显示的频率控制所述3D信号发射器发射控制信号，所述3D眼镜根据所述控制信号控制左右两个镜片切换显示，所述3D眼镜两个镜片切换显示的频率与两组画面图像交替显示的频率保持同步。具体地，由于每个图形渲染工作站的画面渲染性能取决于某时刻浏览虚拟场景的模型量的大小，因此，当某个图形渲染工作站在某个虚拟场景下的模型较多时，该图形渲染工作站的渲染效率就会比较低；故本专利技术的1+N集群渲染同步显示管理系统根据N个图形渲染工作站的渲染反馈进行画面的同步，当所述N个图形渲染工作站均完成渲染工作后，所述主控机即控制N个图形渲染工作站将各自渲染的画面推送至五面LED-CAVE显示屏上进行显示，从而提高整体显示效果，使得每个图形渲染工作站渲染的画面能同步显示。具体地，所述3D眼镜及操作手柄上设有多个定位反光球，用于所述光学定位跟踪系统对3D眼镜及操作手柄的空间位姿进行定位。具体地，所述3D眼镜内部设有无线信号接收器和控制器；所述3D眼镜的两个镜片内部均设有液晶层；所述无线信号接收器用于接收所述3D信号发射器发送的控制信号，所述控制器用于根据所述控制信号控制3D眼镜的两个镜片切换显示。具体地，所述3D信号发射器为射频信号发射器，采用射频信号发射器作为信号发射源是为了避免采用红外信号发射器对光学跟踪定位系统光路的干扰。具体地，所述光学定位跟踪系统包括光学跟踪计算机和光学跟踪相机；所述光学跟踪相机安装在五面LED-CAVE显示屏内，用于捕捉3D眼镜及操作手柄在空间中的位置信息；所述光学跟踪计算机根据光学跟踪相机的姿态信息并结合3D眼镜及操作手柄的位置信息，得到3D眼镜及操作手柄在虚拟空间中的位姿信息。进一步地，所述光学跟踪相机包括4个主摄像头、2个辅助摄像头；所述主摄像头/辅助摄像头内部配置有低噪音CCD芯片以及对操作者的动作数据进行优化的FPGA芯片；所述光学跟踪相机还包括用于二维计算的内部PC机。进一步地，所述4个主摄像头分别设置在左幕的前上方、前下方以及右幕的前上方、前下方4个位置；所述2个辅助摄像头分别设置在所述顶幕的后方两侧；所述主摄像头、辅助摄像头均为红外发射摄像头。进一步地，进一步地，所述左幕的前上方、前下方以及右幕的前上方、前下方分别设有4个用于安装所述主摄像头的安装孔；所述安装孔为斜锥形安装孔，通过设置所述斜锥形安装孔，便于调节摄像头的拍摄角度。进一步地，所述2个辅助摄像头通过云台安装在所述顶幕后方，所述云台通过焊接方式安装在所述顶幕上，所述云台为方向可调节的云台。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的1+N集群渲染同步显示管理系统根据每个屏幕的尺寸设计屏幕搭配的图形渲染工作站的台数以及每个图形渲染工作站的分辨率和渲染面积，并将多个图形渲染工作站的同步卡串联实现对多个图形渲染工作站的同步控制；同时本专利技术的1+N集群渲染同步显示管理系统根据N个图形渲染工作站的渲染反馈进行画面的同步，当所述N个图形渲染工作站均完成渲染工作后，所述主控机即控制N个图形渲染工作站将各自渲染的画面推送至五面LED-CAVE显示屏上进行显示，从而实现五面LED-CAVE显示屏的无缝拼接同步显示，提高了用户的沉浸式虚拟现实体验感。附图说明图1为本专利技术一种用于五面LED-CAVE的信号同步显本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于五面LED‑CAVE的信号同步显示系统，其特征在于，包括五面LED‑CAVE显示屏、光学定位跟踪系统以及1+N集群渲染同步显示管理系统；所述五面LED‑CAVE显示屏由正幕、左幕、右幕、地幕以及顶幕合围组成；所述1+N集群渲染同步显示管理系统包括1个主控机以及与所述主控机连接的N个图形渲染工作站和3D信号发射器；所述N个图形渲染工作站分别用于控制所述五面LED‑CAVE显示屏5个屏幕的画面显示；所述N个图形渲染工作站均配置有显卡和同步卡，所述N个图形渲染工作站的同步卡通过网线串联；所述主控机与光学定位跟踪系统的主机通过局域网连接，所述主控机作为计时主节点用于控制N个图形渲染工作站的画面同步输出；所述光学定位跟踪系统用于获取3D眼镜及操作手柄的空间位姿信息，并将所述空间位姿信息发送给主控机；所述主控机根据3D眼镜及操作手柄的空间位姿信息生成两组画面图像，并通过局域网发送启动配置指令至N个图形渲染工作站，由所述N个图形渲染工作站将两组画面图像交替同步发送给五面LED‑CAVE显示屏；所述N个图形渲染工作站根据五面LED‑CAVE显示屏每个屏幕的尺寸配置好每个图形渲染工作站的分辨率及渲染面积大小，由所述主控机控制N个图形渲染工作站同时启动虚拟现实程序，将所述两组画面图像同步地在五面LED‑CAVE显示屏上交替显示，所述N个图形渲染工作站根据显卡设置的刷新率刷新画面；所述主控机根据两组画面图像交替显示的频率控制所述3D信号发射器发射控制信号，所述3D眼镜根据所述控制信号控制左右两个镜片切换显示，所述3D眼镜两个镜片切换显示的频率与两组画面图像交替显示的频率保持同步。...

【技术特征摘要】
1.一种用于五面LED-CAVE的信号同步显示系统，其特征在于，包括五面LED-CAVE显示屏、光学定位跟踪系统以及1+N集群渲染同步显示管理系统；所述五面LED-CAVE显示屏由正幕、左幕、右幕、地幕以及顶幕合围组成；所述1+N集群渲染同步显示管理系统包括1个主控机以及与所述主控机连接的N个图形渲染工作站和3D信号发射器；所述N个图形渲染工作站分别用于控制所述五面LED-CAVE显示屏5个屏幕的画面显示；所述N个图形渲染工作站均配置有显卡和同步卡，所述N个图形渲染工作站的同步卡通过网线串联；所述主控机与光学定位跟踪系统的主机通过局域网连接，所述主控机作为计时主节点用于控制N个图形渲染工作站的画面同步输出；所述光学定位跟踪系统用于获取3D眼镜及操作手柄的空间位姿信息，并将所述空间位姿信息发送给主控机；所述主控机根据3D眼镜及操作手柄的空间位姿信息生成两组画面图像，并通过局域网发送启动配置指令至N个图形渲染工作站，由所述N个图形渲染工作站将两组画面图像交替同步发送给五面LED-CAVE显示屏；所述N个图形渲染工作站根据五面LED-CAVE显示屏每个屏幕的尺寸配置好每个图形渲染工作站的分辨率及渲染面积大小，由所述主控机控制N个图形渲染工作站同时启动虚拟现实程序，将所述两组画面图像同步地在五面LED-CAVE显示屏上交替显示，所述N个图形渲染工作站根据显卡设置的刷新率刷新画面；所述主控机根据两组画面图像交替显示的频率控制所述3D信号发射器发射控制信号，所述3D眼镜根据所述控制信号控制左右两个镜片切换显示，所述3D眼镜两个镜片切换显示的频率与两组画面图像交替显示的频率保持同...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴超，王宇轩，孔吉宏，张兴元，袁怀月，
申请(专利权)人：中冶智诚武汉工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42