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专业的虚拟现实系统集成之光路设计

专业的虚拟现实系统集成之光路设计

作者:张毅


    显示系统光路设计是虚拟现实系统设计的基础,优质的系统设计能充分利用并节省空间,降低原材料带来的成本,控制系统安装和运行后的风险。作为专业的虚拟现实系统集成商,北京朗迪锋科技有限公司融合现代工业设计理念,使用专业设计工具,为用户呈现最好的视觉效果,并为他们的生产、设计带来有效价值。

    一个大型的虚拟现实显示系统通常由多台投影机拼接而成,如折幕、球幕、柱形幕、CAVE(洞穴式显示系统)等。这些投影机的投影方式、位置、角度各不相同,相邻两台投影机之间还可能有重叠区域。使用非专业的制图软件,结合手工计算难免会产生误差。专业系统集成是一个不可逆的过程,误差一旦始于光路设计阶段,会给后来的工作留下隐患。如果对系统实现的过程和结果失去了控制,质量当然无法长期保证。

    下面让我们欣赏几个虚拟现实显示系统设计的案例,体会一下光路设计在虚拟现实显示系统设计中的重要性。

图1 CAVE显示系统设计


图2 三折幕显示系统设计


    当投影机的光柱射向柱面幕或球面幕时,光斑的边缘也会在屏幕上呈现曲线。专业的设计工具可以确保光斑覆盖整块屏幕,并对投影机的位置、角度、镜头偏移量进行精确的优化设计。

图3 柱形幕显示系统设计


    当房间尺寸不足时,反射镜可以减小系统占地,同时会使系统光路变得复杂。反射镜的大小、位置和角度,是结合了房间尺寸、投影机机身尺寸、镜头参数等要素优化设计的结果。

图4 反射式平面显示系统设计


    正投影系统如果设计不当,光路容易被观众席遮挡,而在屏幕上留下阴影,强烈的光柱还容易灼伤人眼。专业的光路设计需要考虑座椅、人体等模型与投影显示系统相互融合及影响,并确定彼此的最佳位置。

图5 人体模型的导入


    户外建筑投影是一种新兴的投影方式,它使用凹凸不平的墙体作为投影屏幕,可将建筑物的外形特点与影视特效、灯光效果结合,适用于舞台设计、产品发布会、建筑物、主题公园、风景名胜等处。

图6 户外建筑投影设计


    专业的光路设计可以获得显示系统性能参数及精准的投影机安装位置、角度,这是显示系统机械设计的基础,也是项目实施过程中的重要依据。


图7 显示系统参数及投影机安装位置


    显示设计阶段,要对系统的亮度、对比度、像素尺寸等参数进行定量的评价。由于投影机的分辨率有限,屏幕的扩大会引起像素尺寸的增大,增加图像的颗粒感和锯齿感,影响观看体验。在柱面幕或球面幕上,几何变形的存在使得像素尺寸的分布具有中间小、周边大的特征,就像下面的梯度云图。

8  像素尺寸分布梯度图



    使用CAD制图软件和投影机供应商提供的光路计算器,可以解决单机平面显示系统的光路设计问题。但在虚拟现实和专业显示系统领域,设计师们要更多地面对多通道、异型以及各种复杂投影系统的设计和优化。只有专业的背景知识及设计工具才能使虚拟现实显示系统设计变得高效、可靠。



北京朗迪锋科技有限公司

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系统集成与解决方案提供商


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