基於虛擬實境的圖像顯示方法和裝置與流程
2023-07-08 07:04:41
本發明涉及人機互動技術領域，尤其涉及一種基於虛擬實境的圖像顯示方法和裝置。
背景技術：
虛擬實境技術是結合計算機圖形學系統以及各種控制接口設備，在計算機上生成可交互的三維環境中提供沉浸式虛擬場景的技術。
對於用戶而言，對於虛擬場景的視覺感知是提供真實沉浸感的基礎。為了實現虛擬場景的立體顯示，可以結合計算機圖像學系統將虛擬場景轉換為虛擬立體場景，從而將虛擬立體場景呈現在真實場景中。
但是在現有技術中，通過是利用固定的轉換參數將虛擬場景線性的轉換為虛擬立體場景，可能會導致虛擬立體場景不能與真實場景中具有較好的適配，也就是說，用戶對於虛擬場景的視覺感知與真實場景中的視覺感知是不一致的，從而無法達到較佳的立體顯示效果，降低了用戶的真實沉浸感。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明提供一種基於虛擬實境的圖像顯示方法和裝置，可以實現虛擬場景的視覺感知與真實場景中的視覺感知的一致性，提高虛擬立體場景與真實場景的適配性。
本發明提供一種基於虛擬實境的圖像顯示方法，包括：
分別獲取左眼圖像的水平視場角和垂直視場角以及右眼圖像的水平視場角和垂直視場角，其中，左眼圖像和右眼圖像分別為第一攝像機和第二攝像機針對同一物體各自拍攝的圖像；
根據所述兩個圖像的水平視場角和垂直視場角，分別計算兩個圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度；
根據所述兩個圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度，對所述兩個圖像在虛擬顯示屏上進行顯示。
可選地，分別獲取兩個圖像的水平視場角和垂直視場角之前，包括：
在拍攝所述左眼圖像和所述右眼圖像時，分別記錄所述第一攝像機和所述第二攝像機針對同一物體各自拍攝圖像時的水平視場角和垂直視場角；
將拍攝圖像時的水平視場角和垂直視場角保存到對應圖像的元數據中，以便從圖像的元數據中獲取拍攝該圖像時的水平視場角和垂直視場角。
可選地，根據所述兩個圖像的水平視場角和垂直視場角，分別計算兩個圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度，包括：
根據圖像的水平視場角，以及預設的虛擬顯示屏距離對應的虛擬成像設備之間的距離，計算得到圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度；
根據圖像的垂直視場角，以及預設的虛擬顯示屏距離對應的虛擬成像設備之間的距離，計算得到圖像在虛擬顯示屏上的垂直方向寬度。
可選地，所述的方法包括：
根據計算公式b＝2a*tgα，計算圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度，其中，a為預設的虛擬顯示屏距離對應的虛擬成像設備之間的距離，當α為圖像的水平視場角時，則b為圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度，或當α為圖像的垂直視場角時，則b為圖像在虛擬顯示屏上的垂直方向寬度。
可選地，對應左右眼設置兩個光學成像設備包括對應左右眼設置的兩個透鏡，第一透鏡和第二透鏡，且兩個透鏡對稱安裝在虛擬實境設備上，兩個透鏡的硬體參數相同，且兩個透鏡之間的瞳距為6.5cm。
本發明還提供一種基於虛擬實境的立體圖像顯示裝置，包括：
獲取模塊，用於分別獲取左眼圖像的水平視場角和垂直視場角以及右眼圖像的水平視場角和垂直視場角，其中，左眼圖像和右眼圖像分別為第一攝像機和第二攝像機針對同一物體各自拍攝的圖像；
計算模塊，用於根據所述兩個圖像的水平視場角和垂直視場角，分別計算兩個圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度；
顯示模塊，用於根據所述兩個圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度，對所述兩個圖像在虛擬顯示屏上進行顯示。
可選地，所述的裝置還包括：
記錄模塊，用於在拍攝所述左眼圖像和所述右眼圖像時，分別記錄所述第一攝像機和所述第二攝像機針對同一物體各自拍攝圖像時的水平視場角和垂直視場角；
保存模塊，用於將拍攝圖像時的水平視場角和垂直視場角保存到對應圖像的元數據中，以便從圖像的元數據中獲取拍攝該圖像時的水平視場角和垂直視場角。
可選地，所述計算模塊具體用於：
根據圖像的水平視場角，以及預設的虛擬顯示屏距離對應的虛擬成像設備之間的距離，計算得到圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度；
根據圖像的垂直視場角，以及預設的虛擬顯示屏距離對應的虛擬成像設備之間的距離，計算得到圖像在虛擬顯示屏上的垂直方向寬度。
可選地，所述計算模塊具體用於：
根據計算公式b＝2a*tgα，計算圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度，其中，a為預設的虛擬顯示屏距離對應的虛擬成像設備之間的距離，當α為圖像的水平視場角時，則b為圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度，或當α為圖像的垂直視場角時，則b為圖像在虛擬顯示屏上的垂直方向寬度。
可選地，對應左右眼設置兩個光學成像設備包括對應左右眼設置的兩個透鏡，第一透鏡和第二透鏡，且兩個透鏡對稱安裝在虛擬實境設備上，兩個透鏡的硬體參數相同，且兩個透鏡之間的瞳距為6.5cm。
本發明實施例通過將兩個光學成像設備對應左右眼設置在虛擬實境設備上，當兩個攝像機針對同一物體拍攝時，針對左右眼生成兩個不同的圖像，分別記錄兩個圖像的水平視場角和垂直視場角並保存到對應圖像的元數據中，從而可以基於兩個圖像的水平視場角和垂直視場角，計算該兩個圖像顯示在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度，當顯示在虛擬顯示屏上的兩個圖像投射到人眼中，人眼獲取該兩個圖像後在腦中產生立體感。由於在虛擬顯示屏上顯示圖像時考慮到了實際針對左右眼成像時的水平視場角和垂直視場角，從而使得在虛擬顯示屏上的顯示圖像與真實場景中的物體比例是一致的，這樣使得用戶對於虛擬場景的視覺感知與真實場景中的視覺感知是一致的，可以提高用戶的真實沉浸感。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明一實施例提供的基於虛擬實境的圖像顯示方法流程示意圖；
圖2為本發明實施例提供的虛擬場景布置的示意圖；
圖3為本發明實施例提供的一種透鏡布置示意圖；
圖4為本發明一實施例提供的基於虛擬實境的圖像顯示裝置結構示意圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在本發明實施例中使用的術語是僅僅出於描述特定實施例的目的，而非旨在限制本發明。在本發明實施例和所附權利要求書中所使用的單數形式的「一種」、「所述」和「該」也旨在包括多數形式，除非上下文清楚地表示其他含義，「多種」一般包含至少兩種，但是不排除包含至少一種的情況。
應當理解，本文中使用的術語「和/或」僅僅是一種描述關聯對象的關聯關係，表示可以存在三種關係，例如，a和/或b，可以表示：單獨存在a，同時存在a和b，單獨存在b這三種情況。另外，本文中字符「/」，一般表示前後關聯對象是一種「或」的關係。
還需要說明的是，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的商品或者系統不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種商品或者系統所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的商品或者系統中還存在另外的相同要素。
發明人在實現本發明的過程中發現：現有的立體圖像基本由具有雙攝像頭的設備拍攝，採用標準的圖片保存格式和元數據，該種圖片的元數據缺乏對拍攝時鏡頭的水平視場角和垂直視場角等數據的支持，所以在顯示的時候只能看到立體的影像，但是無法自動調整圖像的大小來與拍攝者拍攝時感受到的物體大小保持一致，也就是說，顯示的虛擬場景不能與真實場景具有較好的適配，從而導致用戶對於虛擬場景的視覺感知與真實場景中的視覺感知是不一致的，無法達到較佳的顯示效果，降低了用戶的真實沉浸感。
為了解決上述問題，本發明的發明思想：當兩個攝像機針對同一物體拍攝時，針對左右眼生成兩個不同的圖像，分別記錄兩個圖像的水平視場角和垂直視場角並保存到對應圖像的元數據中，從而可以基於兩個圖像的水平視場角和垂直視場角，計算該兩個圖像顯示在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度，當顯示在虛擬顯示屏上的兩個圖像投射到人眼中，人眼獲取該兩個圖像後在腦中產生立體感。由於在虛擬顯示屏上顯示圖像時考慮到了實際針對左右眼成像時的水平視場角和垂直視場角，從而使得在虛擬顯示屏上的顯示圖像與真實場景中的物體比例是一致的，這樣使得用戶對於虛擬場景的視覺感知與真實場景中的視覺感知是一致的，可以提高用戶的真實沉浸感。
圖1為本發明一實施例提供的基於虛擬實境的圖像顯示方法流程示意圖，如圖1所示，包括：
101、分別獲取左眼圖像的水平視場角和垂直視場角以及右眼圖像的水平視場角和垂直視場角。
其中，左眼圖像和右眼圖像分別為第一攝像機和第二攝像機針對同一物體各自拍攝的圖像；
當第一攝像機和第二攝像機針對同一物體各自拍攝圖像時，可以針對左右眼生成兩個不同的圖像，例如，一個圖像是針對右眼的第一攝像機拍攝的圖像(簡稱右眼圖像)，另一個圖像是針對左眼的第二攝像機拍攝的圖像(簡稱左眼圖像)。
為了能夠實現虛擬顯示屏上的顯示圖像與真實場景中的物體比例是一致的，從而使得用戶對於虛擬場景的視覺感知與真實場景中的視覺感知保持一致，本發明實施例中，當第一攝像機和第二攝像機對同一物體各自生成對應左右眼的圖像(左眼圖像和右眼圖像)時，分別記錄兩個圖像的水平視場角和垂直視場角，即第一攝像機對同一物體拍攝圖像時的水平視場角和垂直視場角，和第二攝像機對同一物體拍攝圖像時的水平視場角和垂直視場角，之後，為了節約虛擬實境設備的內存資源，可以將兩個圖像的水平視場角和垂直視場角分別保存到對應圖像的元數據中，以便虛擬實境設備在虛擬顯示之前從圖像的元數據中獲取拍攝該圖像時的水平視場角和垂直視場角；其中，保存到元數據中的水平視場角和垂直視場角可以為一串字符串。
102、根據兩個圖像的水平視場角和垂直視場角，分別計算兩個圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度；
圖2為本發明實施例提供的虛擬場景布置的示意圖，如圖2所示，在虛擬場景裡布置兩個虛擬攝像頭，左邊的虛擬攝像頭對應左眼，右邊的虛擬攝像頭對應右眼，在兩個虛擬攝像頭前面的一定距離(該距離是可以變化的)放置兩個虛擬顯示屏，其中，一個虛擬顯示屏用來顯示針對右眼的虛擬圖像，另一個虛擬顯示屏用來顯示針對左眼的虛擬圖像。
步驟102具體實現時，例如根據上述步驟101中獲取的右眼圖像的水平視場角，以及根據圖3所示預設的虛擬顯示屏距離對應的虛擬成像設備之間的距離，可以計算得到右眼圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度；根據上述步驟101中獲取的右眼圖像的垂直視場角，以及根據圖3所示預設的虛擬顯示屏距離對應的虛擬成像設備之間的距離，可以計算得到右眼圖像在虛擬顯示屏上的垂直方向寬度。同理，可以得到左眼圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度。
在本發明一種可選的實施方式中，可以根據計算公式b＝2a*tgα，計算圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度；其中，a為虛擬顯示屏距離對應的虛擬成像設備(或虛擬攝像頭)之間的距離，當α為圖像的水平視場角時，則b為圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度，或當α為圖像的垂直視場角時，則b為圖像在虛擬顯示屏上的垂直方向寬度。
當虛擬顯示屏距離對應的虛擬成成像設備(或虛擬攝像頭)之間的距離a為i1時，對應的圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度或者垂直方向寬度b1；虛擬顯示屏距離對應的虛擬成成像設備(或虛擬攝像頭)之間的距離a為i2時，對應的圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度或者垂直方向寬度b2。
103、根據兩個圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度，對兩個圖像在虛擬顯示屏上進行顯示。
當顯示在虛擬顯示屏上的兩個圖像投射到人眼中，人眼獲取該兩個圖像後在腦中產生立體感。
需要說明的是，本發明實施例中，為了減少左右眼的視覺誤差和提高用戶對虛擬場景的真實沉浸感，圖3為本發明實施例提供的一種透鏡布置示意圖，如圖3所示，第一透鏡(透鏡1)和第二透鏡(透鏡2)分別對應左右眼而設置，如透鏡1針對左眼，透鏡2針對右眼布置，兩個透鏡對稱安裝在虛擬實境設備(如虛擬實境的頭戴設備)上，兩個透鏡的硬體參數相同，且兩個透鏡之間的瞳距為6.5cm。
由此可知，本發明實施例中，當虛擬顯示屏距離虛擬成像設備(或虛擬攝像頭)比較近的時候，對應的圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度或者垂直方向寬度也成比例的變小；當虛擬顯示屏距離虛擬成像設備(或虛擬攝像頭)比較遠的時候，對應的圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度或者垂直方向寬度也成比例的變大。也就是說，無論虛擬顯示屏與虛擬成像設備(或虛擬攝像頭)之間的距離遠近，用戶對於虛擬場景中的視覺感知是該物體大小比例沒有變化，即用戶對於虛擬場景中的視覺感知與真實場景中的視覺感知是一致的。因此，本發明實施例的圖像顯示可以達到較佳的顯示效果，大大提高了用戶的真實沉浸感。
而現有技術中，由於不考慮拍攝圖像時的水平視場角和垂直視場角，虛擬顯示屏與虛擬成像設備(或虛擬攝像頭)之間的距離無論是遠或近，圖像在虛擬顯示屏上的大小不變，因此，當虛擬顯示屏距離虛擬成像設備(或虛擬攝像頭)比較近的時候，用戶對於虛擬場景中的視覺感知是該物體感覺很大；當虛擬顯示屏距離虛擬成像設備(或虛擬攝像頭)比較遠的時候，用戶對於虛擬場景中的視覺感知是該物體感覺很小，因此，現有技術的圖像顯示無法達到較佳的顯示效果，大大降低了用戶的真實沉浸感。
圖4為本發明一實施例提供的基於虛擬實境的圖像顯示裝置結構示意圖，如圖4所示，包括：
獲取模塊，用於分別獲取左眼圖像的水平視場角和垂直視場角以及右眼圖像的水平視場角和垂直視場角，其中，左眼圖像和右眼圖像分別為第一攝像機和第二攝像機針對同一物體各自拍攝的圖像；
計算模塊，用於根據所述兩個圖像的水平視場角和垂直視場角，分別計算兩個圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度；
顯示模塊，用於根據所述兩個圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度，對所述兩個圖像在虛擬顯示屏上進行顯示。
可選地，所述的裝置還包括：
記錄模塊，用於在拍攝所述左眼圖像和所述右眼圖像時，分別記錄所述第一攝像機和所述第二攝像機針對同一物體各自拍攝圖像時的水平視場角和垂直視場角；
保存模塊，用於將拍攝圖像時的水平視場角和垂直視場角保存到對應圖像的元數據中，以便從圖像的元數據中獲取拍攝該圖像時的水平視場角和垂直視場角。
可選地，所述計算模塊具體用於：
根據圖像的水平視場角，以及預設的虛擬顯示屏距離對應的虛擬成像設備之間的距離，計算得到圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度；
根據圖像的垂直視場角，以及預設的虛擬顯示屏距離對應的虛擬成像設備之間的距離，計算得到圖像在虛擬顯示屏上的垂直方向寬度。
可選地，所述計算模塊具體用於：
根據計算公式b＝2a*tgα，計算圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度，其中，a為預設的虛擬顯示屏距離對應的虛擬成像設備之間的距離，當α為圖像的水平視場角時，則b為圖像在虛擬顯示屏上的水平方向寬度，或當α為圖像的垂直視場角時，則b為圖像在虛擬顯示屏上的垂直方向寬度。
本發明實施例所述的裝置可以執行圖1所示的方法，其實現原理和技術效果不再贅述。
本發明實施例中，上述裝置的結構中包括處理器和存儲器，所述存儲器用於存儲支持基於虛擬實境的圖像顯示裝置執行上述圖1所示實施例中基於虛擬實境的圖像顯示方法的程序，所述處理器被配置為用於執行所述存儲器中存儲的程序。
所述程序包括一條或多條計算機指令，其中，所述一條或多條計算機指令供所述處理器調用執行。
本發明實施例還提供了一種計算機存儲介質，用於儲存基於虛擬實境的圖像顯示裝置所用的計算機軟體指令，所述計算機軟體指令包含了用於執行上述基於虛擬實境的圖像顯示方法為基於虛擬實境的圖像顯示裝置所涉及的程序。
需要說明的是，本發明實施例的方法並不限於基於虛擬實境的圖像顯示方法，還可以實現基於虛擬實境的視頻顯示，因為視頻是時間幀連續的圖像集合，當兩個攝像機針對人眼左右眼的視場方向拍攝每個時間幀的右眼圖像和左眼圖像時，均可以記錄每個時間幀的右眼圖像和左眼圖像的水平視場角和垂直視場角，並保存到對應時間幀的右眼圖像和左眼圖像的元數據中，因此可以基於每個時間幀的右眼圖像和左眼圖像的水平視場角和垂直視場角，計算每個時間幀的右眼圖像和左眼圖像顯示在虛擬顯示屏上的水平方向寬度和垂直方向寬度，當顯示在虛擬顯示屏上的每個時間幀的右眼圖像和左眼圖像投射到人眼中，人眼獲取該段視頻在腦中產生立體感。且用戶對於虛擬視頻場景中的視覺感知與真實視頻場景中的視覺感知是一致的。因此，本發明實施例的視頻圖像顯示可以達到較佳的顯示效果，大大提高了用戶的真實沉浸感。
最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。