專利名稱：一種沉入式弧形虛擬現(xiàn)實(shí)顯示墻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于虛擬現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種沉入式弧形虛擬現(xiàn)實(shí)顯示 墻，在作戰(zhàn)指揮、模擬仿真、游戲顯示、電視臺、展覽、大型公共演示等場所，有非常廣泛的用 途。
背景技術(shù)：
三維空間的物體，籍由其反射的光線進(jìn)入到人類眼睛的視網(wǎng)膜表面，便能夠知道 物體的存在與形狀。人類視網(wǎng)膜的基本技能和照相攝影的原理類似，在我們的視網(wǎng)膜上密 密麻麻地分布了上下左右二維的視神經(jīng)細(xì)胞而且能夠知道被觀察物體的位置。然而，若想 知道觀察物體有關(guān)于深度(或立體)的感覺，單靠視網(wǎng)膜是不夠的。從生理學(xué)和心理學(xué)的 觀點(diǎn)來看，人類眼睛在深度(或立體)感覺的來源有下列因素。一、生理因素1、兩眼視差人類眼睛兩眼相距平均65mm(瞳孔的距離)，最大角度解析度約 為0.5"(即1/120° )，最大的信號傳輸率雙眼的傳輸率為4.3X106bits/s，單一神經(jīng)傳 輸率率^its/s。經(jīng)由兩眼不同位置得到的成像差異可以感知并判斷被觀察物體的深度。2、光角即兩眼視線對以物體之交叉角，從觀察者到對象物體之間的距離遠(yuǎn)近的 不同，兩眼視線的交叉角也跟隨著改變。彼此激勵較靠近的話，交叉角(光角)很大，反之， 距離很遠(yuǎn)則交叉角變小。依照觀測物的距離遠(yuǎn)近，兩眼眼球的角度不得不跟隨著做調(diào)整，于 是便可以感覺出物體遠(yuǎn)近深度的距離大小。因此，在近距離時，視角的變化對于深度的貢獻(xiàn) 是相當(dāng)大的，但是距離超過1000mm，由于視角的變化很小，眼睛已經(jīng)無法感知物體的深度。3、調(diào)節(jié)人類眼睛構(gòu)造中水晶體相當(dāng)于照相機(jī)的對焦透鏡，能夠鼓起來將影像投 影在視網(wǎng)膜的表面。依照水晶體鼓起程度的調(diào)整也可以感覺出對象物的深度遠(yuǎn)近。一般當(dāng) 對象物距離超過2000mm以上的時候，要藉此來感知對象物的深度將有困難。目前市場上的顯示器都是平面顯示器，而人眼的最佳觀看視角則是弧面的，平面 顯示器不是最適合人眼睛觀看的顯示形狀。弧形顯示器會將畫面還原成有距離感的畫面， 使人在不帶眼鏡的前提下自然產(chǎn)生立體影像。二、心理因素1、當(dāng)觀察者和對象物移動時，因近景和遠(yuǎn)景的移動所產(chǎn)生的視差，叫單眼運(yùn)動視 差，單眼運(yùn)動視差也能夠提供觀測者對于物體深度遠(yuǎn)近的感覺。2、藉著在視網(wǎng)膜上成像大小的不同，即使是相同的物體也能分別出距離之遠(yuǎn)近。3、從對象物三維空間的排列配置也可以組合出其深度和立體的感覺。4、向遠(yuǎn)方的平行線做眺望時，也可以透過雙眼而感覺出其遠(yuǎn)近的深度。5、即使眺望遠(yuǎn)方之均勻排列的對象物，例如梯田或地表坡度等外形，也可以透過 不同密度而得到深度的感覺。6、當(dāng)眺望同一對比度的遠(yuǎn)方物體，也可以從對比度減少的變化來判斷物體的距離
與深度。
7、從對象物依光線產(chǎn)生的陰影變化等可以感受到立體三維空間的外形。目前的顯示器均為平面顯示器或略帶凸形的CRT顯像管顯示器，眼睛從普通的顯 示器圖像上感知圖像的立體感均是通過心理因素來感知立體圖像。從生理的視角上感知 立體圖像，目前在平面圖像上采取發(fā)明人惠斯特和普利斯坦立體眼鏡的辦法包括極化區(qū)分 法、時間區(qū)分法、波長區(qū)分法、空間區(qū)分法四種；目前在平面圖像上采取不帶眼鏡觀看立體 圖像的辦法是美國發(fā)明人F. E. Ives提出的視差遮障法(Parallax Barrier)的原理。在平 面圖像上看到立體圖像都是利用雙眼的視差來實(shí)現(xiàn)的，由此兩種方法衍生出很多實(shí)現(xiàn)立體 顯示的方法，但無論是哪種方法都改變了人雙眼正常的觀看習(xí)慣，增加了大腦和視神經(jīng)對 觀看到的圖像信號處理的習(xí)慣，是人很容易產(chǎn)生眩暈、眼睛疲勞和眼球干澀。隨著3D視頻源技術(shù)的快速發(fā)展，3D顯示技術(shù)已經(jīng)成為制約3D技術(shù)發(fā)展的瓶頸， 戴眼鏡觀看3D片源的弊端很早已經(jīng)被人們認(rèn)可，不帶眼鏡觀看立體圖像的視差遮障法技 術(shù)近年來雖然發(fā)展很快，但大尺寸、高亮度、高分辨率技術(shù)仍然制約著視差遮障法技術(shù)的發(fā) 展，盡管視差遮障法技術(shù)1903年就已經(jīng)發(fā)明，但真正的商品化使用和推廣也是近10年才開 始的事情，而所開發(fā)出的產(chǎn)品也遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到帶眼鏡觀看能夠達(dá)到的立體效果，距離大量 商品化和走進(jìn)家庭仍然有很長的路要走。虛擬現(xiàn)實(shí)可以廣泛用于飛機(jī)模擬、船舶模擬、國土安全、培訓(xùn)模擬、醫(yī)療模擬和娛 樂等場所，模擬仿真可以對一個物體或過程進(jìn)行仿真顯示模擬，仿真模擬可以節(jié)約大量的 實(shí)戰(zhàn)費(fèi)用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，如飛機(jī)模擬駕駛、汽車模擬駕駛、坦克模擬駕駛、潛艇模擬 駕駛、導(dǎo)彈電視制導(dǎo)模擬仿真、仿真游戲機(jī)、仿真舞臺背景等，其中制約模擬仿真發(fā)展的主 要是顯示系統(tǒng)，既顯示系統(tǒng)無法完美實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計顯示的分辨率和無法真實(shí)再現(xiàn)按人視角 所觀察到的實(shí)戰(zhàn)中的真實(shí)圖像，從而影響了模擬仿真訓(xùn)練的實(shí)際效果。目前市場上使用的 模擬仿真顯示系統(tǒng)主要是比利時巴可、美國科視、英國DP的前置投影顯示系統(tǒng)，一般均采 用無縫邊緣融合拼接技術(shù)，邊緣融合拼接顯示系統(tǒng)價格非常昂貴，使用成本和維護(hù)成本也 非常高，一套的價格基本上在3000萬元左右，使用成本加維護(hù)成本達(dá)到2萬元/小時，除非 在特別重要的模擬仿真中使用，實(shí)際的推廣與應(yīng)用受到價格昂貴的影響，而且前置投影也 不符合實(shí)際仿真的要求，影響模擬仿真的效果，開發(fā)低成本的模擬仿真顯示系統(tǒng)并采用背 投影或平板顯示是模擬仿真要取得廣泛應(yīng)用必須面對的問題，英國SIMLESS公司在2004年 10月展示的采用20英寸液晶電視拼接的無縫拼接顯示系統(tǒng)如照片1所示，可以廣泛用于模 擬駕駛和游戲機(jī)系統(tǒng)，其核心技術(shù)是采用SIMLESS公司的專利技術(shù)，在液晶電視拼縫的無 圖像處添加凸透鏡，將邊緣圖像放大顯示到無圖像區(qū)域，雖然存在圖像接縫處圖像被放大 變形的缺點(diǎn)，但解決了單元之間圖像的連續(xù)性問題和弧形問題，使仿真的圖像更接近于實(shí) 際。英國SIMLESS公司的本套顯示系統(tǒng)由3臺20英寸液晶電視拼接而成，但該產(chǎn)品為我司 自2005年至今的產(chǎn)品研發(fā)指明了方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種沉入式弧形虛擬現(xiàn)實(shí)顯示墻，可以不帶眼鏡并能使人 感到有強(qiáng)烈溶入畫面的顯示方法，可以廣泛用于大型虛擬現(xiàn)實(shí)、影院等場所。原理是根據(jù)人的雙眼視差、光角、眼球調(diào)節(jié)，人的雙眼對10米以內(nèi)，尤其是對2米 以內(nèi)的深度感感覺最強(qiáng)，超過10米，由于視角的變化很小，眼睛已經(jīng)無法感知物體的深度的人的雙眼的基本機(jī)能。本發(fā)明采用視場還原的方法，利用弧形面顯示圖像，在不改變?nèi)穗p 眼觀看習(xí)慣的前提下，將平面圖像還原為攝像機(jī)和人眼觀看到的圖像，通過弧面的深度使 畫面自然形成有前后距離感和有一定深度的畫面，弧形沉侵式的顯示，使人有溶入圖像的 感應(yīng)，由此可以克服采用雙眼視差的方法由改變?nèi)擞^看習(xí)慣所帶來的不適，消除人長時間 觀看立體圖像所產(chǎn)生的頭暈、眼睛疲勞和眼球干澀的現(xiàn)象。本發(fā)明包括平板顯示器、弧形圖像放大導(dǎo)像屏和拼接框架三部分；弧形圖像導(dǎo)像 顯示屏入光的平面與平板顯示器的顯示面必須是緊密安裝的，兩個平面之間的安裝縫隙精 度應(yīng)小于0. 5mm，拼接框架安裝于平板顯示器后面。利用弧形圖像放大導(dǎo)像屏將平板顯示器 的圖像位移到弧形導(dǎo)像屏上，在弧形導(dǎo)像屏上顯示出弧形圖像。在弧形虛擬現(xiàn)實(shí)顯示墻的 曲率(曲率半徑在1. 3 25米)確定后，弧形圖像放大導(dǎo)像屏的顯示面弧面曲率等同于弧 形仿真顯示墻的曲率，由平板顯示器和弧形圖像放大導(dǎo)像放大屏組成的尺寸和弧面曲率完 全相同的弧形拼接單元，由尺寸、形狀完全相同的弧形拼接單元通過拼接框架拼接成弧形 虛擬現(xiàn)實(shí)顯示墻。本發(fā)明的所述的弧形圖像放大導(dǎo)像屏弧形截面的面積是大于(面積邊框大于 0. 5-2. Omm)與平板顯示器面接觸面的，與平板顯示器加邊框的面積相同?；⌒螆D像放大導(dǎo) 像屏與平板顯示器接觸面的面積與平板顯示器的顯示面積等同，弧形圖像放大導(dǎo)像屏四周 的加固邊框安裝于導(dǎo)像屏顯示面后Imm 3mm，這樣做使顯示單元在拼接時可做到無縫拼 接。而且邊框的幾何尺寸小于(0.3 0.8_)弧形圖像放大屏的最大幾何尺寸，弧形圖像 放大導(dǎo)像屏由弧形光纖放大導(dǎo)像屏1、邊框2、沉頭螺釘3和鋼帶或鋁帶4組成，如圖1、2、 3所示。多屏拼接時，整個弧形拼接顯示面的面積要大于(面積邊框大于0.5-2. Omm)或 等于平板顯示器的面積加平板顯示器邊框的面積，弧形顯示面四周的長度、寬度分別大于 (0. 5-1. Omm)或等于平板顯示器的長度、寬度加平板顯示器邊框的寬度；多屏單層拼接時， 弧形顯示面拼接方向的寬度或長度大于等于平板顯示器拼接方向的顯示寬度或長度加平 板顯示器在拼接方向無圖像的邊框?qū)挾?。拼接墻弧形的曲率根?jù)人眼的視場和觀看的距離來確定，觀看距離越大，則弧形 的直徑越大，觀看距離越小，則弧形的直徑越小。同尺寸的平板顯示器或其他類型的顯示器 上安裝的弧形導(dǎo)像屏，弧形半徑越大，越適合遠(yuǎn)距離觀看；弧形半徑越小，越適合近距離觀 看。同尺寸平板顯示器或其他類型的顯示器上安裝的弧形導(dǎo)像屏的弧形直徑越小，弧形導(dǎo) 像屏圖像邊緣和圖像中心的距離越大，溶入感越強(qiáng)，立體感也越明顯。顯示器尺寸越大，與 之匹配的弧形圖像導(dǎo)像屏尺寸也越大，即使在弧形顯示面曲率確定的前提下，使用較大尺 寸的弧形圖像導(dǎo)像屏，弧形顯示面顯示的圖像中心和圖像邊緣的深度也越大，溶入感越強(qiáng)， 得到的圖像的立體感也越大。本發(fā)明的平板顯示器是液晶顯示器，也可以是其他類型的平板顯示器。由平板顯示器與弧形圖像放大導(dǎo)像屏組成弧形顯示器拼接單元，弧形圖像導(dǎo)像顯 示屏入光的平面與平板顯示器的顯示面必須是緊密安裝的，兩個平面之間的安裝縫隙精度 應(yīng)小于0. 5_，如圖4所示，平板顯示器5通過沉頭螺釘3與弧形圖像放大導(dǎo)像屏邊框上固 定的鋼帶或鋁帶4連接，組成弧形虛擬現(xiàn)實(shí)拼接墻的顯示單元，弧形虛擬現(xiàn)實(shí)拼接墻的顯 示器單元后蓋上裝有掛架6，如圖5所示。掛架如圖6所示，上有可以通過調(diào)整螺栓7調(diào)節(jié) 弧形顯示器拼接單元上下調(diào)整的與掛架為一體的螺母8，掛架可以將弧形拼接單元懸掛到拼接框架上。拼接框架是將弧形顯示器拼接單元固定在拼接框架上，弧形顯示器拼接單元通過 弧形顯示器拼接單元后的掛架懸掛在拼接框架上，如圖7所示。將調(diào)整螺栓7旋入弧形顯示 拼接單元后掛架上的螺母8，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺栓7可以微調(diào)弧形顯示拼接單元高低，避免因 弧形顯示器拼接單元或拼接框架制造誤差而引起的安裝精度不夠而引起的拼接縫隙加大。 弧形顯示單元拼接墻如圖8所示。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)畫面的弧面顯示，使弧形顯示面中間和兩邊的圖像畫 面相對于人的眼睛產(chǎn)生前后的距離深度，從而使人有溶入畫面的感覺，不戴眼鏡也可以實(shí) 現(xiàn)視覺的立體感。


圖1為弧形圖像放大導(dǎo)像屏。平板顯示器顯示畫面尺寸A、平板顯示器邊框尺寸 B、光纖導(dǎo)像屏弧形放大畫面尺寸C，注意A < B < = C圖2為弧形放大導(dǎo)像屏光纖導(dǎo)像屏部分。弧形光纖放大導(dǎo)像屏1、邊框2圖3為弧形放大導(dǎo)像屏邊緣連接的放大示意圖?；⌒喂饫w放大導(dǎo)像屏1、邊框2、 沉頭螺釘3、鋼帶或鋁帶4圖4為由平板顯示器與弧形圖像放大導(dǎo)像屏緊密安裝的示意圖。平板顯示器5圖5為代掛架的弧形顯示器拼接單元。掛架6、圖6為掛架示意圖。調(diào)整螺栓7、螺母8圖7為拼接框架與掛架掛接的示意圖。拼接框架9圖8為弧形拼接顯示墻示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1 8為本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
實(shí)施。本發(fā)明包括平板顯示器、弧形圖像放大導(dǎo)像屏和拼接框架三部分，弧形圖像導(dǎo)像 顯示屏入光的平面與平板顯示器的顯示面必須是緊密安裝的，兩個平面之間的安裝縫隙精 度應(yīng)小于0. 5mm，拼接框架安裝于弧形圖像放大導(dǎo)像屏顯示面后Imm 3mm ；利用弧形圖像 放大導(dǎo)像屏將平板顯示器的圖像位移到弧形導(dǎo)像屏上，在弧形導(dǎo)像屏上顯示出弧形圖像； 在弧形虛擬現(xiàn)實(shí)顯示墻的曲率(曲率半徑在1.3 3.0米)確定后，弧形圖像放大導(dǎo)像屏 的顯示面弧面曲率等同于弧形仿真顯示墻的曲率，由平板顯示器和弧形圖像放大導(dǎo)像放大 屏組成的尺寸和弧面曲率完全相同的弧形拼接單元，由尺寸、形狀完全相同的弧形拼接單 元通過拼接框架拼接成弧形虛擬現(xiàn)實(shí)顯示墻。
權(quán)利要求
1.一種沉入式弧形虛擬現(xiàn)實(shí)顯示墻，其特征在于，包括平板顯示器、弧形圖像放大導(dǎo)像 屏和拼接框架三部分，弧形圖像導(dǎo)像顯示屏入光的平面與平板顯示器的顯示面必須是緊密 安裝的，兩個平面之間的安裝縫隙精度應(yīng)小于0. 5mm，弧形圖像放大導(dǎo)像屏四周的加固邊框 安裝于導(dǎo)像屏顯示面后Imm 3mm，利用弧形圖像放大導(dǎo)像屏將平板顯示器的圖像位移到 弧形導(dǎo)像屏上，在弧形導(dǎo)像屏上顯示出弧形圖像；在弧形虛擬現(xiàn)實(shí)顯示墻的曲率確定后，曲 率半徑為1.3 25米；弧形圖像放大導(dǎo)像屏的顯示面弧面曲率等同于弧形仿真顯示墻的曲 率，由平板顯示器和弧形圖像放大導(dǎo)像放大屏組成的尺寸和弧面曲率完全相同的弧形拼接 單元，由尺寸、形狀完全相同的弧形拼接單元通過拼接框架拼接成弧形虛擬現(xiàn)實(shí)顯示墻。
2.如權(quán)利要求1所述的一種沉入式弧形虛擬現(xiàn)實(shí)顯示墻，其特征在于，所述的弧形圖 像放大導(dǎo)像屏弧形截面的面積是大于與平板顯示器面接觸面的，與平板顯示器加邊框的面 積相同；弧形圖像放大導(dǎo)像屏與平板顯示器接觸面的面積與平板顯示器的顯示面積等同， 弧形圖像放大導(dǎo)像屏四周的加固邊框安裝于導(dǎo)像屏顯示面后Imm 3mm，這樣使顯示單元 在拼接時做到無縫拼接；而且邊框的幾何尺寸小于弧形圖像放大屏的最大幾何尺寸0. 3 0.8mm，弧形圖像放大導(dǎo)像屏由弧形光纖放大導(dǎo)像屏(1)、邊框O)、沉頭螺釘(3)和鋼帶或 鋁帶(4)組成；多屏拼接時，整個弧形拼接顯示面的面積要大于或等于平板顯示器的面積 加平板顯示器邊框的面積，弧形顯示面四周的長度、寬度分別大于或等于平板顯示器的長 度、寬度加平板顯示器邊框的寬度；多屏單層拼接時，弧形顯示面拼接方向的寬度或長度大 于或等于平板顯示器拼接方向的顯示寬度或長度加平板顯示器在拼接方向無圖像的邊框 寬度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種沉入式弧形虛擬現(xiàn)實(shí)顯示墻，其特征在于，由平板顯示 器與弧形圖像放大導(dǎo)像屏組成弧形顯示器拼接單元，平板顯示器( 通過沉頭螺釘(3)與 弧形圖像放大導(dǎo)像屏邊框上固定的鋼帶或鋁帶(4)連接，組成弧形虛擬現(xiàn)實(shí)拼接墻的顯示 單元，弧形虛擬現(xiàn)實(shí)拼接墻的顯示器單元后蓋上裝有掛架⑴)，掛架上有可以通過調(diào)整螺栓 (7)調(diào)節(jié)弧形顯示器拼接單元上下調(diào)整的與掛架為一體的螺母(8)，掛架(6)將弧形拼接單 元懸掛到拼接框架(9)上。
4.如權(quán)利要求書1所述的一種沉入式弧形虛擬現(xiàn)實(shí)顯示墻，其特征在于，所述的拼接 框架是將弧形顯示器拼接單元固定在拼接框架上弧形顯示器拼接單元通過弧形顯示器拼 接單元后的掛架(6)懸掛在拼接框架(9)上，將調(diào)整螺栓(7)旋入弧形顯示拼接單元后掛 架上的螺母8，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺栓(7)微調(diào)弧形顯示拼接單元高低，避免因弧形顯示器拼接 單元或拼接框架制造誤差而引起的安裝精度不夠而引起的拼接縫隙加大。
全文摘要
一種沉入式弧形虛擬現(xiàn)實(shí)顯示墻，于虛擬現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)領(lǐng)域。包括平板顯示器、弧形圖像放大導(dǎo)像屏和拼接框架三部分；利用弧形圖像放大導(dǎo)像屏將平板顯示器的圖像位移到弧形導(dǎo)像屏上，在弧形導(dǎo)像屏上顯示出弧形圖像；在弧形虛擬現(xiàn)實(shí)顯示墻的曲率確定后，弧形圖像放大導(dǎo)像屏的顯示面弧面曲率等同于弧形仿真顯示墻的曲率，由平板顯示器和弧形圖像放大導(dǎo)像放大屏組成的尺寸和弧面曲率完全相同的弧形拼接單元，由尺寸、形狀完全相同的弧形拼接單元通過拼接框架拼接成弧形虛擬現(xiàn)實(shí)顯示墻。優(yōu)點(diǎn)在于，可以實(shí)現(xiàn)視覺的立體感。
文檔編號G09F9/30GK102117578SQ201010612958
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者李洪林, 白建榮 申請人:北京同方瑞博數(shù)字技術(shù)有限公司