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全息投影——裸眼上阵也能感受身临其境
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2022.09.11 上海

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通过视频我们可以看到,这是一个全景360º环绕投影系统。它在4个墙壁上创建了一个完全围绕用户的图像,让他们沉浸在虚拟现实环境中。这样的技术避免了体验者需要穿戴沉重的设备,可以直接“坐享其成”。

1
摒弃传统摄像识别技术

多年以来,物体识别技术都依赖于计算机视觉技术,因此识别技术较脆弱、迟钝,且容易受光线遮挡、光源照射的影响。为了解决以上问题,我们研发了电容屏物体识别技术。


用法很简单,只要将电容识别模块(简称令牌)嵌入或粘合到待识别物体的底部,在令牌接触电容屏时,物体识别程序识别其ID和位姿信息,并向互动媒体应用程序发送TUIO消息,后者即可据此执行关联的媒体互动指令。


事实上,通过使用红外识别令牌,我们的物体识别技术还可以运行在红外触摸屏上。

2
满足多人体验,无需穿戴沉重设备

我们最新的系统是:仿真立方体。这是一个全景360º环绕投影系统。它在4个墙壁上创建了一个完全围绕用户的图像,让他们沉浸在虚拟现实环境中。这种前置投影CAVE显示器价格便宜,适合只有4x4x2.8米的小空间,并且易于构建。 

Simulation Cube是为商业活动开发的CAVE系统,不使用头部跟踪来避免网络病和保持多用户环境。Simulation Cube适用于最多6人的演示,并且由于集成的桌子,它是举办演示或促销的舒适场所。在Simulation Cube中导航虚拟环境非常简单。


用户只需围绕桌子旋转,并将3D操纵杆指向他们想要的方向。360º视野使您可以轻松地在VR环境中保持定位。仿真Cube *(*标准版)是一个完整的交钥匙解决方案,包含软件和硬件。允许您体验VR环境,以及创建它们。

 Simulation Cube *附带预装在系统上的以下软件:Collada 3D模型查看器,Quest3D,Google Earth(包括Streetview)和Unity3D编辑器。现在可以在Simulation Cube上运行Unity3D编辑器,而不是使用在Simulation Cube上运行的unity3D创建应用程序。

在演示过程中,表格中间的可旋转显示器可用于访问Unity3D编辑器。编辑器中所做的任何更改都会实时反映到Simulation Cube中的周围环境中。这展示了从游戏到室内装饰的全新可能性,使Simulation Cube成为最灵活,最完整的VR演示系统。使用Simulation Cube中的Google Earth体验周围的世界。


您可以在Simulation Cube中运行Google earth,使您可以使用桌子中间的操纵杆环游世界,同时让世界投射到您周围。Google地球非常适合房地产,历史和地理数据的VR演示。这使得Simulation Cube不仅对建筑行业感兴趣,而且对历史和艺术领域也很感兴趣。 

3
视角独特,虚拟漫游体验形式

人的眼睛其实就相当于相机。那么做虚拟漫游重点就在于如何构造720度无死角的场景,而相机处于正中间,也就是坐标系原点(未必,但这样更方便)。由于人在不同的方向看到的最远距离是一样,所以理论上全景相对于人眼来说,是一个球形。但是如果将场景映射到球形上,似乎有些复杂。这里我们把全景抽象出一个立方体,对我们来说有上下左右前后六个面。原理分析清楚了,关键的问题就是如下几个了:

如何把六张图片拼接成一个立方体?

渲染器如何将立方体的效果处理得逼真?

如何表示和实现相机角度的移动?

首先我们要清楚,ThreeJS使用的坐标系是右手坐标系, x轴向右,y轴向上,z轴向前。创建相机或者物体时的默认位置是坐标系的原点。所以想要把六张图拼接成一个立方体,只要进行一些平移旋转变化就行了。主要注意的是,图片的朝向要一致向原点,这样相机才能都看得到。

至于渲染器如何把立方体变成全景漫游的效果,ThreeJS作者新定义了一个渲染器叫CSS3DRenderer封装渲染的过程。我细细揣测了许久,感觉大致是用CSS3的translate3d,scale属性将图片进行变形,以达到迷惑人眼的效果。

即使查阅了资料,我还是不太明白为什么cubemao可以实现全景图的效果,原来是因为实现了球面到立方体的映射。如下图,

至于这样的图片是怎么做出来,就涉及到图像处理以及算法的问题了,暂时不在本文的考虑范围内。下图是一张完整的cubemap图。

最后一个问题,相机角度的移动明确地说是相机聚焦点的移动。此时,我们可以把720度的场景抽象出一个球。由于相机的焦距是确定的,只要确定相机的角度也就确定了相机的聚焦点。只要确定经度纬度即可确定角度,然后通过一些数学计算算出最后的聚焦点位置。而场景的运动是由相机视角的变动而相对运动起来的。所以当鼠标在横向移动时,经度跟着移动;而在鼠标纵向移动时,纬度进行变化。直角坐标与球坐标的转化关系为(以左手坐标系为例):

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【 宽创国际简介 】

公司成立于2005年,业务聚焦国际展示、文化展示、智慧展示。运用自研的人工智能、大数据等技术为博物馆、科技馆、城市主题馆、纪念馆、档案馆、方志馆、游客中心、特色小镇客厅、乡村振兴展示馆等公共文化场馆,企业展厅,国内外文化交流展示,中国国家形象展示,各级政府形象展示,企业品牌形象展示等提供策划、设计、实施、运营、IP拓展、国际策展等一站式服务,推进中国文化全球化,中国品牌全球化。

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