CAVE沉浸式投影

CAVE沉浸式投影系統(tǒng)是一種基于投影的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)大型顯示系統(tǒng)，是以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)為基礎(chǔ)，把高分辨率的立體投影顯示技術(shù)、多通道視景同步技術(shù)、三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、音響技術(shù)、傳感器技術(shù)等完美地融合在一起，從而產(chǎn)生一個(gè)被三維立體投影畫(huà)面包圍的供多人使用的完全沉浸式的虛擬環(huán)境，其特點(diǎn)是分辨率高，沉浸感強(qiáng)，交互性好。

         沉浸式CAVE虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一種基于完全沉浸式的虛擬現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)、人機(jī)跟蹤交互系統(tǒng)是一種基于多通道視景同步技術(shù)、三維空間整形校正算法、立體顯示技術(shù)的洞穴式（CAVE）可視協(xié)同環(huán)境，系統(tǒng)提供一個(gè)房間大小的四面（或六面）立方體投影顯示空間，供多人參與交互，所有參與者均完全沉浸在一個(gè)被三維立體場(chǎng)景包圍的虛擬仿真環(huán)境中，借助相應(yīng)的虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備（如數(shù)據(jù)手套、力反饋裝置、位置跟蹤器等），參與者可獲得完全身臨其境的沉浸式三維交互式體驗(yàn)。

         CAVE沉浸式投影一種全新的視覺(jué)可視化并實(shí)時(shí)生成立體影像需要在大型UNIX圖形工作站的支持下才能完成，高性能PC在計(jì)算能力和圖形處理能力已經(jīng)能夠逐漸接近甚至超越專(zhuān)業(yè)UNIX圖形工作站.以多臺(tái)具有較高性能價(jià)格比的高性能PC作為圖形處理核心代替CAVE系統(tǒng)中的大型專(zhuān)業(yè)UNIX圖形工作站無(wú)疑是一個(gè)非常好的構(gòu)思，基于高性能PC架構(gòu)的CAVE系統(tǒng)正是在此背景下開(kāi)發(fā)的. 基于高性能PC架構(gòu)的CAVE系統(tǒng)既能保持高性能的圖形處理能力,又能夠大幅度降低成本, 無(wú)疑為CAVE系統(tǒng)的更廣泛應(yīng)用掃清了障礙。
 
        CAVE沉浸式投影通常以4臺(tái)或6臺(tái)高性能連網(wǎng)PC作為一個(gè)并行計(jì)算集群系統(tǒng)來(lái)替代傳統(tǒng)CAVE配置中昂貴的UNIX圖形工作站，采用高性能的主動(dòng)或被動(dòng)式立體顯示技術(shù)，每臺(tái)PC工作站分別負(fù)責(zé)CAVE系統(tǒng)中一個(gè)投影面的立體影像繪制工作. 并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同步控制技術(shù)和變形矯正算法，使每臺(tái)工作站繪制的場(chǎng)景分別同步無(wú)失真地顯示輸出，并投射在相應(yīng)的立方體投影面上。從而產(chǎn)生一個(gè)完全沉浸式的體驗(yàn)空間。
 
        高性能圖形工作站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具有很高的計(jì)算速度和圖形處理能力。系列圖形工作站是虛擬現(xiàn)實(shí)和系統(tǒng)仿真的計(jì)算機(jī)平臺(tái)，它采用S2MP體系結(jié)構(gòu)，不僅具有可擴(kuò)性好、編程容易和計(jì)算能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且它的圖形處理速度極快，具有多管道、多通道圖形輸出能力。SGI ONYX2的每個(gè)圖形管道可以驅(qū)動(dòng)多達(dá)八個(gè)圖形通道，每個(gè)圖形通道輸出一個(gè)畫(huà)面到CAVE的一個(gè)投影面。多臺(tái)高清激光投影機(jī)分別接收來(lái)自O(shè)NYX2的圖形信號(hào)，然后把信號(hào)直接投影到CAVE的四個(gè)投影屏幕上。故CAVE是一個(gè) 的立方體結(jié)構(gòu)。若CAVE系統(tǒng)所在機(jī)房的空間不夠，可使用反射鏡。反射鏡應(yīng)具有很好的光學(xué)反射率和平面度，投影機(jī)不僅要求可靠性好，而且要求具有投影距離長(zhǎng)、圖形分辨率高、亮度高、水平和垂直方向具有一定的光學(xué)可調(diào)整性等性能，整個(gè)CAVE中的圖象應(yīng)具有較高的完整性和清晰度。
  
  
        投影機(jī)到投影幕的光程控制需要在3.7~5.8m之間的范圍內(nèi)，投影機(jī)放于每個(gè)投影幕的后面，投影機(jī)和投影幕之間的相對(duì)位置可由理論計(jì)算再輔以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)完成。投影機(jī)的位置必須非常精確。若地面投影面采用正投，由于地面上的屏幕為反射型，與其余三個(gè)透過(guò)型屏幕的物理性能不一樣，為了達(dá)到色調(diào)均勻一致，同時(shí)又要使地面上的屏幕能承受人體的重量，故需對(duì)地面上的這一面屏幕做特殊處理。為了保護(hù)地面屏幕，必須脫掉鞋子并穿上干凈的襪子。屏幕的框架宜采用木質(zhì)材料或鋁質(zhì)材料以防止磁性干擾傳感器。
   
        CAVE是一種基于投影的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，它的沉浸感強(qiáng)，交互性好。如果你的空間縱深夠大，縱深感就越強(qiáng)，一個(gè)空間的布局，需要一支強(qiáng)大的影片制作團(tuán)隊(duì)，構(gòu)思和制作出一個(gè)好影片小型CAVE的畫(huà)面完整度、層次感、沉浸式交互體驗(yàn)、全方位感受畫(huà)面和其身臨其境的效果已經(jīng)極好，大型CAVE是在足以完美的小型CAVE上帶來(lái)更強(qiáng)的視覺(jué)沖擊感，更震撼的沉浸式體驗(yàn)，更立體的畫(huà)面。

        沉浸就是讓人專(zhuān)注在當(dāng)前的目標(biāo)情境下感到愉悅和滿足，而忘記真實(shí)世界的情境。由于CAVE顯示環(huán)境能覆蓋的參與者全部視野,所以能提供給使用者一種前所未有的沉浸感。沉浸感是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的內(nèi)在要求，沉浸式顯示也是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的高級(jí)形態(tài)。CAVE正是基于這一需求的高級(jí)別、沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)整體解決方案，旨在為專(zhuān)業(yè)用戶(hù)提供面向教學(xué)與科研的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室科技創(chuàng)新平臺(tái)，為行業(yè)用戶(hù)的可視化分析、驗(yàn)證、決策提供直觀的沉浸式體驗(yàn)環(huán)境。
       CAVE系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。
       硬件包括立體投影系統(tǒng)、圖形渲染系統(tǒng)與中控系統(tǒng)，涵蓋投影機(jī)、分割器、融合機(jī)、圖形集群系統(tǒng)等。支持語(yǔ)音、文字、圖片和視頻圖像等多媒體展現(xiàn)形式。 
       軟件系統(tǒng)通過(guò)虛擬仿真，對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行圖像分割、透視投影矩陣計(jì)算、四通道圖像生成及無(wú)縫拼接，達(dá)到視點(diǎn)變換的效果，配合硬件設(shè)備進(jìn)行多通道輸出，并完成同步計(jì)算，創(chuàng)建CAVE形式虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，營(yíng)造出逼真的沉浸感和裸眼立體觀賞體驗(yàn)。

CAVE沉浸式投影相比普通的大屏幕投影主要有這些優(yōu)勢(shì)：
1、視覺(jué)沖擊強(qiáng)：CAVE投影使用多臺(tái)投影機(jī)投射畫(huà)面，結(jié)合高質(zhì)量影片，營(yíng)造場(chǎng)景環(huán)境，通過(guò)視覺(jué)藝術(shù)直擊體驗(yàn)者的視覺(jué)感官；
2、分辨率高：普通投影是將畫(huà)面通過(guò)一臺(tái)投影機(jī)投影到一塊固定的位置，而CAVE投影特點(diǎn)是每臺(tái)投影機(jī)投射畫(huà)面都是一個(gè)部分，場(chǎng)景由幾個(gè)畫(huà)面拼接而成，并不是將圖片進(jìn)行拉伸，所以畫(huà)質(zhì)還是很清晰。
3、畫(huà)面層次感強(qiáng)：由于采用了邊緣融合技術(shù)，畫(huà)面的分辨率，亮度得到增加，同時(shí)配合高質(zhì)量的投影屏幕，就可以使得整個(gè)顯示系統(tǒng)的畫(huà)面層次感和表現(xiàn)力明顯增強(qiáng)。
4、沉浸式交互性體驗(yàn)好：Cave沉浸式系統(tǒng)技術(shù)已十分成熟，可適應(yīng)不同的展示環(huán)境，制造出很好的現(xiàn)場(chǎng)氛圍，給體驗(yàn)者帶來(lái)100%的沉浸式體驗(yàn)，是展示場(chǎng)所很好的吸睛神器。
CAVE系統(tǒng)是目前先進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，能為用戶(hù)提供一個(gè)具有身臨其境感的完全沉浸的、1:1的仿真驗(yàn)證分析的沉浸式體驗(yàn)環(huán)境，對(duì)于驗(yàn)證、分析、仿真數(shù)據(jù)的可視化等具有重要的輔助決策功能。

方案特點(diǎn):
1、畫(huà)面完整
沉浸式投影使用多臺(tái)投影機(jī)投射畫(huà)面，并且通過(guò)投影融合軟件使得投影畫(huà)面更加完整，尺寸更大，帶來(lái)更強(qiáng)的視覺(jué)沖擊感。
2、分辨率高
多臺(tái)投影機(jī)投射的特點(diǎn)就是每臺(tái)投影機(jī)投射畫(huà)面都是一個(gè)部分，分辨率并沒(méi)有因?yàn)楫?huà)面的變大而變小，所以畫(huà)質(zhì)還是很清晰。
3、畫(huà)面層次感強(qiáng)
采用了邊緣融合技術(shù)后畫(huà)面的亮度以及分辨率都提高了，因此整個(gè)畫(huà)面的層次感都變強(qiáng)了。
4、沉浸式交互體驗(yàn)
全方位的感受畫(huà)面和音效讓觀眾體驗(yàn)身其境的觀影感。
5、核心虛擬現(xiàn)實(shí)引擎 兼容多種三維應(yīng)用程序
系統(tǒng)內(nèi)置核心虛擬現(xiàn)實(shí)軟件引擎，能無(wú)縫支持多種三維應(yīng)用程序，快速獲取設(shè)計(jì)成果進(jìn)行展示與交互。
6、多通道技術(shù) 沉浸感
虛擬現(xiàn)實(shí)呈現(xiàn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)畫(huà)面的無(wú)縫拼接和融合，呈現(xiàn)身臨其境的3D沉浸感。

應(yīng)用領(lǐng)域
◎廣泛應(yīng)用與對(duì)空間感和視覺(jué)效果要求較高的領(lǐng)域應(yīng)用于科技館、博物館、多媒體展廳、房地產(chǎn)展廳、多功能會(huì)議室、指揮中心、建筑展示、室內(nèi)裝修、設(shè)備結(jié)構(gòu)研究、模擬訓(xùn)練、科研、餐廳、KTV等等對(duì)城市規(guī)劃的展示
BIM環(huán)境行為研究虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室解決方案：建筑感性設(shè)計(jì)、環(huán)境行為、室內(nèi)設(shè)計(jì)、人居環(huán)境研究等；
◎ 交互設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室解決方案：虛擬規(guī)劃、虛擬設(shè)計(jì)、虛擬裝配、虛擬評(píng)審、虛擬訓(xùn)練、設(shè)備狀態(tài)可視化等；
◎軍工國(guó)防武器裝備人機(jī)環(huán)境虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室解決方案：武器裝備人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)工程研究以及軍事心理學(xué)應(yīng)用，軍事訓(xùn)練、軍事教育、作戰(zhàn)指揮、武器研制與開(kāi)發(fā)等；
◎用戶(hù)體驗(yàn)與可用性研究虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室方案：游戲體驗(yàn)、體驗(yàn)類(lèi)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目、影視類(lèi)娛樂(lè)、多人參與的娛樂(lè)項(xiàng)目；
◎虛擬購(gòu)物消費(fèi)行為研究實(shí)驗(yàn)室方案；
◎安全人機(jī)與不安全行為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室方案；
◎駕駛行為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室方案；
◎人因工程與作業(yè)研究虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室方案；
可以說(shuō)，CAVE系統(tǒng)可以應(yīng)用于任何具有沉浸式需求的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，它是一種全新的、高級(jí)的、完全沉浸式體驗(yàn)效果。
  
  

應(yīng)用案例腳本創(chuàng)意：
展項(xiàng)名稱(chēng)：270°沉浸式未來(lái)體驗(yàn)空間
展示內(nèi)容：參觀者置身空間觀看影片，全方位感受亞龍星城三期—— 春天里的品質(zhì)生活。
展示形式：三維影片播放+全景戶(hù)型展示
影片時(shí)長(zhǎng)：240秒
影片名稱(chēng)：《下一站·春天里》
互動(dòng)形式：手動(dòng)模式和自動(dòng)模式；手動(dòng)模式點(diǎn)擊播放視頻，播放完成   回到待
機(jī)畫(huà)面；自動(dòng)模式觀眾可隨意站位觸發(fā)播放對(duì)應(yīng)戶(hù)型展示視頻。