专利名称：渲染方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及拟真视频技术领域，更具体地，涉及一种渲染方法与系统。
背景技术：
众所周知，现实世界是真正的三维立体世界，而现有的显示设备绝大多数都只能显示二维信息，并不能给人以沉浸感。为了使显示的场景和物体具有景深效果，人们在许多方面进行了尝试。3D显示技术的研究经历了十几年的发展，取得了十分丰硕的成果。
目前的3D显示技术主要有以下几类 (1)采用光学原理的立体技术该技术主要利用棱镜的、偏振片的、透镜的或光栅的光学镜片来实现，一幅图像都是通过光学镜片的滤光或偏振原理形成两幅不同的图像分别呈现在人的左右眼中，以形成立体图像。 (2)虚拟现实立体投影技术两台计算机的视频信号输出端分别与两台投影仪的视频信号输入端相连接。在两台投影仪的前端分别装设有遮光盒，在两个遮光盒的前端分别装设有偏光镜，两个偏光镜的偏振轴方向相互垂直。这种方式的两台投影仪相当于人的双眼，输出的视频内容通过偏光镜可以造成左右眼视觉上的差异，从而在大脑中产生立体影像。该技术可以广泛应用于房地产开发的虚拟现实演示，但是该技术过于复杂且成本过高，不适合家庭娱乐等视频拟真领域。 由此可见，上述现有技术通用性差、实现复杂、且成本过高，并不适用于诸如家庭娱乐等视频拟真领域。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种渲染方法，能够降低立体显示的实现复杂度和成本。 本发明提供了一种渲染方法，包括根据预先设置的两个虚拟摄像机的属性分别产生与左眼和右眼对应的两个视图转换矩阵；利用两个视图转换矩阵分别对左眼视图和右眼视图进行投影转换，以将左眼视图和右眼视图分别投影到两个投影窗口中；根据屏幕显示区域的参数将两个投影窗口中的内容从投影坐标转换到屏幕坐标，以在屏幕内的两个视口中分别显示左眼视图和右眼视图。 根据本发明方法的一个实施例，该方法还包括根据左眼和右眼的视角设置两个虚拟摄像机。 根据本发明方法的另一实施例，根据屏幕显示区域的参数将两个投影窗口中的内容从投影坐标转换到屏幕坐标，以在屏幕内的两个视口中分别显示左眼视图和右眼视图的步骤包括将屏幕划分为上视口和下视口 ；通过上视口的参数和下视口的参数分别获取上视口转换矩阵和下视口转换矩阵；利用上视口转换矩阵和下视口转换矩阵分别将左眼视图和右眼视图显示在屏幕的上视口和下视口中。 根据本发明方法的又一实施例，根据屏幕显示区域的参数将两个投影窗口中的内容从投影坐标转换到屏幕坐标，以在屏幕内的两个视口中分别显示左眼视图和右眼视图的步骤包括将屏幕划分为左视口和右视口 ；通过左视口的参数和右视口的参数分别获取左视口转换矩阵和右视口转换矩阵；利用左视口转换矩阵和右视口转换矩阵分别将左眼视图和右眼视图显示在屏幕的左视口和右视口中。 根据本发明方法的再一实施例，该方法还包括通过画面垂直同步信号控制左视口和右视口同时显示左眼视图和右眼视图或控制上视口和下视口同时显示左眼视图和右眼视图。 本发明的渲染方法，通过将左右眼视图分别显示在屏幕的两个视口中来实现立体
显示，因而具有通用性强、实现简单、且成本低的优点，能够广泛地应用于视频拟真领域，不
仅可以显著地提高使用者的感受，同时还可以大大推动视频拟真领域的发展。 本发明要解决的另一技术问题是提供一种渲染系统，能够降低立体显示的实现复
杂度和成本。 本发明还提供了一种渲染系统，包括视图转换矩阵生成模块，用于根据预先设置的两个虚拟摄像机的属性分别产生与左眼和右眼对应的两个视图转换矩阵；投影转换模块，用于利用视图转换矩阵生成模块生成的两个视图转换矩阵分别对左眼视图和右眼视图进行投影转换，以将左眼视图和右眼视图分别投影到两个投影窗口中；视口转换模块，用于根据屏幕显示区域的参数将投影转换模块转换后的两个投影窗口中的内容从投影坐标转换到屏幕坐标，以在屏幕内的两个视口中分别显示左眼视图和右眼视图。 根据本发明系统的一个实施例，该系统还包括视点设置模块，用于根据左眼和右眼的视角设置两个虚拟摄像机。 根据本发明系统的另一实施例，视口转换模块包括上下视口划分单元，用于将屏幕划分为上视口和下视口 ；上下视口转换矩阵生成单元，用于通过上视口的参数和下视口的参数分别获取上视口转换矩阵和下视口转换矩阵；上下视口转换单元，用于利用上下视口转换矩阵生成单元所生成的上视口转换矩阵和下视口转换矩阵分别将左眼视图和右眼视图显示在屏幕的上视口和下视口中。 根据本发明系统的又一实施例，视口转换模块包括左右视口划分单元，用于将屏幕划分为左视口和右视口 ；左右视口转换矩阵生成单元，用于通过左视口的参数和右视口的参数分别获取左视口转换矩阵和右视口转换矩阵；左右视口转换单元，用于利用左右视口转换矩阵生成单元所生成的左视口转换矩阵和右视口转换矩阵分别将左眼视图和右眼视图显示在屏幕的左视口和右视口中。 根据本发明系统的再一实施例，该系统还包括显示控制单元，用于通过画面垂直同步信号控制左视口和右视口同时显示左眼视图和右眼视图或控制上视口和下视口同时显示左眼视图和右眼视图。 本发明提供的渲染系统，通过将左右眼视图分别显示在屏幕的两个视口中来实现立体显示，因而具有通用性强、实现简单、且成本低的优点，能够广泛地应用于视频拟真领域，不仅可以显著地提高使用者的感受，同时还可以大大推动视频拟真领域的发展。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。在附
5图中 图1是本发明渲染方法的一个实施例的流程示意图。 图2是本发明渲染方法的另一实施例的流程示意图。 图3是本发明渲染方法的又一实施例的流程示意图。 图4是本发明渲染系统的一个实施例的结构示意图。 图5是本发明渲染系统的另一实施例的结构示意图。 图6是本发明渲染系统的又一实施例的结构示意图。 图7是本发明渲染系统的再一实施例的结构示意图。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。本
发明的示例性实施例及其说明用于解释本发明，但并不构成对本发明的不当限定。 本发明通过同步倍频技术实现立体效果的基本原理是现实三维世界为人的双眼
提供了两幅具有位差的图像，这两幅具有位差的图像映入人的双眼后即形成了立体视觉所
需的视差，经过视神经中枢的融合反射以及视觉心理反应便产生了三维立体感觉。 基于这一原理，要实现视频的立体效果，需要同时拥有两个视点，这两个视点分别
对应左眼和右眼所看见的场景，并且左眼的视点只能被左眼看见，右眼的视点只能被右眼
看见。在视频的显示过程中，可以采用分屏技术，将左视点和右视点的游戏场景分别在显示
器的两个视口 (例如，上下视口或左右视口)中同时输出，然后通过外加电路的方式在两个
视口的画面间多安插一个画面垂直同步信号，如此便可以使左右眼的画面如交错般地显示
在屏幕上，通过画面垂直同步信号作为快门切换同步便可以将两个视口的画面几乎同时送
至相对应的左右眼中，达到立体显示的目的。由于画面同步倍频会将原刷新频率加倍，故须
注意显示设备刷新频率的上限。该方法是最具视频立体效果的显示方式，实现简单、成本
低、且不受限于计算机的任何硬件规格。
图1是本发明渲染方法的一个实施例的流程示意图。
如图1所示，该实施例包括以下步骤 S102，根据预先设置的两个虚拟摄像机的属性分别产生与左眼和右眼对应的两个 视图转换矩阵，其中，虚拟摄像机的属性可以包括虚拟摄像机的位置、虚拟摄像机的朝向以 及两个虚拟摄像机之间的夹角等； S104，利用两个视图转换矩阵分别对左眼视图和右眼视图进行投影转换，以将左 眼视图和右眼视图分别投影到两个投影窗口中，这样实现了三维坐标至二维坐标的变换；
S106，根据屏幕显示区域的参数将两个投影窗口中的内容从投影坐标转换到基于 像素的屏幕坐标，以在屏幕内的两个视口中分别显示左眼视图和右眼视图，其中，该屏幕显 示区域的参数可以包括屏幕显示区域的宽度和高度。 现有技术的视图转换阶段仅使用了一个虚拟摄像机，该实施例与现有技术相比， 使用了两个虚拟摄像机，这两个虚拟摄像机分别与左眼视图和右眼视图对应，经过视口转 换后可以使左眼看到屏幕中与左眼视图对应的视口中的内容，使右眼看到屏幕中与右眼视 图对应的视口中的内容，从而可以使观察者看到具有立体效果的物体。
图2是本发明渲染方法的另一实施例的流程示意图。
如图2所示，该实施例包括以下步骤 S202，根据左眼和右眼的视角设置两个虚拟摄像机，使得两个虚拟摄像机之间的 夹角满足左右眼视角的要求； S204，根据预先设置的两个虚拟摄像机的属性分别产生与左眼和右眼对应的两个 视图转换矩阵，其中，虚拟摄像机的属性可以包括虚拟摄像机的位置、虚拟摄像机的朝向以 及两个虚拟摄像机之间的夹角等； S206，利用两个视图转换矩阵分别对左眼视图和右眼视图进行投影转换，以将左 眼视图和右眼视图分别投影到两个投影窗口中； S208，根据屏幕显示区域的参数将两个投影窗口中的内容从投影坐标转换到屏幕 坐标，以在屏幕内的两个视口中分别显示左眼视图和右眼视图。
其中，屏幕显示区域的参数可以如下述结构所示
typedef struct D3DVIEWP0RT9
{ } 在一个实例中，根据屏幕显示区域的参数将两个投影窗口中的内容从投影坐标转 换到屏幕坐标，以在屏幕内的两个视口中分别显示左眼视图和右眼视图的步骤可以包括 将屏幕划分为上视口和下视口 ；通过上视口的参数和下视口的参数分别获取上视 口转换矩阵和下视口转换矩阵；利用上视口转换矩阵和下视口转换矩阵分别将左眼视图和 右眼视图显示在屏幕的上视口和下视口中。 最后，还可以通过画面垂直同步信号控制上视口和下视口同时显示左眼视图和右 眼视图。 其中，可以将上视口的参数设置为 D3DVIEWP0RT9fullViewport ; fullViewport. Width = 1024 ; fullViewport. Height = 384 ; fullViewport. X = 0 ; fullViewport. Y = 0 ; fullViewport. MinZ = 0 ; fullViewport. MaxZ = 1。 将下视口的参数设置为 fullViewport. Width = 1024 ; fullViewport. Height = 384 ; fullViewport. X = 0 ;
fullViewport. Y = 394 ;
fullViewport. MinZ = 0 ;
fullViewport. MaxZ = 1。 在另一实施例中，根据屏幕显示区域的参数将两个投影窗口中的内容从投影坐标 转换到屏幕坐标，以在屏幕内的两个视口中分别显示左眼视图和右眼视图的步骤可以包 括 将屏幕划分为左视口和右视口 ；通过左视口的参数和右视口的参数分别获取左视 口转换矩阵和右视口转换矩阵；利用左视口转换矩阵和右视口转换矩阵分别将左眼视图和 右眼视图显示在屏幕的左视口和右视口中。 最后，还可以通过画面垂直同步信号控制左视口和右视口同时显示左眼视图和右 眼视图。 该实施例通过画面垂直同步信号可以将左右视口或上下视口的画面同时送至相
对应的左眼和右眼中，实现了立体显示的效果。 图3是本发明渲染方法的又一实施例的流程示意图。 该实施例可以利用VC开发环境并结合Direct3D提供的底层接口来实现。立体显 示的核心和关键在于渲染流水线部分，而立体显示的其他部分和现有的立体显示方法是相 同的。 如图3所示，在Direct3D中，渲染流水线可以分为以下7个阶段，这7个阶段能将 视频场景中的每个图元顶点由非T&L (Transformation&Lighting)顶点转换为T&L顶点，从 而为最后的光栅化处理和渲染做好准备工作。在这7个阶段中，视图转换和视口转换是本 发明的关键点 S302，对三维空间中的物体进行世界坐标转换，所谓世界坐标转换即将物体的顶
点从模型空间转换到世界空间中，模型空间是三维设计中为物体设定的坐标系，也称局部
坐标系，而世界坐标则是所有物体都是用同一个世界坐标原点的坐标系，世界坐标转换指
对模型进行平移、旋转、縮放及其任意组合变换，例如，可以利用P2(X，Y，Z，1) = dot(Pl(X，
Y， Z， 1) ， M)对顶点PI进行世界坐标转换，其中，M为世界坐标转换矩阵，其能实现物体的平
移、旋转或縮放，dot为点乘运算，P2为转换后的坐标，PI为转换前的坐标； S304，对世界坐标转换后的顶点进行视图转换，具体地，可以根据左眼和右眼的视
差设置具有一定夹角的两个虚拟摄像机，这两个虚拟摄像机分别对应于左眼和右眼的视
场，并通过两个摄像机的属性设置分别产生两个不同的视图转换矩阵； S306，对视图转换后的顶点进行光照处理； S308，对光照处理后的顶点进行投影转换，S卩，根据上述两个不同的视图转换矩阵 分别对左眼视图和右眼视图进行投影转换，以将左眼视图和右眼视图分别投影到两个投影 窗口中； S310，对两个投影窗口中的内容进行裁剪，即，对三角形进行处理以适合显示区 域； S312，还可以对一幅图像进行W切分； S314，在视口转换阶段，通过定义屏幕显示区域的实际宽度、高度等参数，将顶点 从投影坐标转换为最终显示的以像素为单位的屏幕坐标，与现有立体显示不同的是，该实施例在这个阶段将对应于人的双眼的两个视点分别在屏幕的两个视口中同时显示输出，为 了达到这个目的，可以把屏幕平分为上下或左右两视口 ，然后通过分别设置上下两视口或 左右两视口的显示区域的参数，由各自的这些参数得到视口转换矩阵，实现基于分屏技术 的双视口转换，从而实现了从单视点到双视点的转换；
S316，设置纹理和渲染状态，为光栅化处理做准备。 最后，可以利用现有的图形学图形图像合成算法将双视口双视点进行合并，整合 为双视点单视口输出，然后再结合红外线3D立体眼镜，采用画面同步倍频技术实现真正意 义上的立体视频。 图4是本发明渲染系统的一个实施例的结构示意图。 如图4所示，该实施例的渲染系统包括视图转换矩阵生成模块ll，用于根据预先 设置的两个虚拟摄像机的属性分别产生与左眼和右眼对应的两个视图转换矩阵，其中，虚 拟摄像机的属性可以包括虚拟摄像机的位置、虚拟摄像机的朝向以及两个虚拟摄像机之间 的夹角等；投影转换模块12，用于利用视图转换矩阵生成模块11生成的两个视图转换矩阵 分别对左眼视图和右眼视图进行投影转换，以将左眼视图和右眼视图分别投影到两个投影 窗口中；视口转换模块13，用于根据屏幕显示区域的参数将投影转换模块12转换后的两个 投影窗口中的内容从投影坐标转换到屏幕坐标，以在屏幕内的两个视口中分别显示左眼视 图和右眼视图，其中，该屏幕显示区域的参数可以包括屏幕显示区域的宽度和高度。
该实施例与现有技术相比，使用了两个虚拟摄像机，分别与左眼视图和右眼视图 对应，经过视口转换后可以使左眼看到屏幕中与左眼视图对应的窗口中的内容，使右眼看 到屏幕中与右眼视图对应的窗口中的内容，从而可以使观察者看到具有立体效果的物体。
图5是本发明渲染系统的另一实施例的结构示意图。 如图5所示，与图4中的实施例相比，该实施例的渲染系统还包括视点设置模块 21，用于根据左眼和右眼的视角设置两个虚拟摄像机，使得两个虚拟摄像机之间的夹角满 足左右眼视角的要求。 该实施例通过两个虚拟摄像机来实现立体显示，与现有技术相比，对硬件的要求 和限制很少。 图6是本发明渲染系统的又一实施例的结构示意图。 如图6所示，与图5中的实施例相比，该实施例中的视口转换模块31包括上下视 口划分单元311，用于将屏幕划分为上视口和下视口 ；上下视口转换矩阵生成单元312，用 于通过上视口的参数和下视口的参数分别获取上视口转换矩阵和下视口转换矩阵；上下视 口转换单元313，用于利用上下视口转换矩阵生成单元312所生成的上视口转换矩阵和下 视口转换矩阵分别将左眼视图和右眼视图显示在屏幕的上视口和下视口中。该实施例的渲 染系统还包括显示控制单元32，用于通过画面垂直同步信号控制上视口和下视口同时显示 左眼视图和右眼视图。 例如，可以将上视口的参数设置为
D3DVIEWP0RT9fullViewport ;
fullViewport. Width = 1024 ;
fullViewport. Height = 384 ;
fullViewport. X = 0 ;
9
fullViewport. Y = 0 ;
fullViewport. MinZ = 0 ;
fullViewport. MaxZ = 1。
可以将下视口的参数设置为
fullViewport. Width = 1024 ;
fullViewport. Height = 384 ;
fullViewport. X = 0 ;
fullViewport. Y = 394 ;
fullViewport. MinZ = 0 ;
fullViewport. MaxZ = 1。 该实施例通过画面垂直同步信号可以将上下视口的画面同时送至相对应的左眼 和右眼中，实现了立体显示的效果。 图7是本发明渲染系统的再一实施例的结构示意图。 如图7所示，与图5中的实施例相比，该实施例中的视口转换模块41包括左右视 口划分单元411，用于将屏幕划分为左视口和右视口 ；左右视口转换矩阵生成单元412，用 于通过左视口的参数和右视口的参数分别获取左视口转换矩阵和右视口转换矩阵；左右视 口转换单元413，用于利用左右视口转换矩阵生成单元412所生成的左视口转换矩阵和右 视口转换矩阵分别将左眼视图和右眼视图显示在屏幕的左视口和右视口中。该实施例的渲 染系统还包括显示控制单元42，用于通过画面垂直同步信号控制左视口和右视口同时显示 左眼视图和右眼视图。 该实施例通过画面垂直同步信号可以将左右视口的画面同时送至相对应的左眼 和右眼中，实现了立体显示的效果。 上述实施例不仅给予视频拟真领域的使用者很好的享受，而且对整个视频拟真领 域的发展意义重大。另外，立体游戏是现代网络游戏的发展趋势，更是时代的需要，本发明 不仅能极大地改善玩家的游戏体验，而且具有成本低、定位效果好、通用性强、并且对硬件 的要求限制少的优点。 本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明
限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择
和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能 够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
权利要求
一种渲染方法，其特征在于，所述方法包括根据预先设置的两个虚拟摄像机的属性分别产生与左眼和右眼对应的两个视图转换矩阵；利用所述两个视图转换矩阵分别对左眼视图和右眼视图进行投影转换，以将所述左眼视图和所述右眼视图分别投影到两个投影窗口中；根据屏幕显示区域的参数将所述两个投影窗口中的内容从投影坐标转换到屏幕坐标，以在所述屏幕内的两个视口中分别显示所述左眼视图和所述右眼视图。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 根据所述左眼和所述右眼的视角设置所述两个虚拟摄像机。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据屏幕显示区域的参数将所述两 个投影窗口中的内容从投影坐标转换到屏幕坐标，以在所述屏幕内的两个视口中分别显示 所述左眼视图和所述右眼视图的步骤包括将所述屏幕划分为上视口和下视口；通过所述上视口的参数和所述下视口的参数分别获取上视口转换矩阵和下视口转换 矩阵；利用所述上视口转换矩阵和所述下视口转换矩阵分别将所述左眼视图和所述右眼视 图显示在所述屏幕的上视口和下视口中。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据屏幕显示区域的参数将所述两 个投影窗口中的内容从投影坐标转换到屏幕坐标，以在所述屏幕内的两个视口中分别显示 所述左眼视图和所述右眼视图的步骤包括将所述屏幕划分为左视口和右视口；通过所述左视口的参数和所述右视口的参数分别获取左视口转换矩阵和右视口转换 矩阵；利用所述左视口转换矩阵和所述右视口转换矩阵分别将所述左眼视图和所述右眼视 图显示在所述屏幕的左视口和右视口中。
5. 根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 通过画面垂直同步信号控制所述左视口和所述右视口同时显示所述左眼视图和所述右眼视图或控制所述上视口和所述下视口同时显示所述左眼视图和所述右眼视图。
6. —种渲染系统，其特征在于，所述系统包括视图转换矩阵生成模块，用于根据预先设置的两个虚拟摄像机的属性分别产生与左眼 和右眼对应的两个视图转换矩阵；投影转换模块，用于利用所述视图转换矩阵生成模块生成的所述两个视图转换矩阵分 别对左眼视图和右眼视图进行投影转换，以将所述左眼视图和所述右眼视图分别投影到两 个投影窗口中；视口转换模块，用于根据屏幕显示区域的参数将所述投影转换模块转换后的所述两个 投影窗口中的内容从投影坐标转换到屏幕坐标，以在所述屏幕内的两个视口中分别显示所 述左眼视图和所述右眼视图。
7. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括 视点设置模块，用于根据所述左眼和所述右眼的视角设置所述两个虚拟摄像机。
8. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述视口转换模块包括 上下视口划分单元，用于将所述屏幕划分为上视口和下视口 ；上下视口转换矩阵生成单元，用于通过所述上视口的参数和所述下视口的参数分别获 取上视口转换矩阵和下视口转换矩阵；上下视口转换单元，用于利用所述上下视口转换矩阵生成单元所生成的所述上视口转 换矩阵和所述下视口转换矩阵分别将所述左眼视图和所述右眼视图显示在所述屏幕的上 视口和下视口中。
9. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述视口转换模块包括 左右视口划分单元，用于将所述屏幕划分为左视口和右视口 ；左右视口转换矩阵生成单元，用于通过所述左视口的参数和所述右视口的参数分别获 取左视口转换矩阵和右视口转换矩阵；左右视口转换单元，用于利用所述左右视口转换矩阵生成单元所生成的所述左视口转 换矩阵和所述右视口转换矩阵分别将所述左眼视图和所述右眼视图显示在所述屏幕的左 视口和右视口中。
10. 根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括 显示控制单元，用于通过画面垂直同步信号控制所述左视口和所述右视口同时显示所述左眼视图和所述右眼视图或控制所述上视口和所述下视口同时显示所述左眼视图和所 述右眼视图。
全文摘要
本发明公开了一种渲染方法和系统。其中，该渲染方法包括根据预先设置的两个虚拟摄像机的属性分别产生与左眼和右眼对应的两个视图转换矩阵；利用两个视图转换矩阵分别对左眼视图和右眼视图进行投影转换，以将左眼视图和右眼视图分别投影到两个投影窗口中；根据屏幕显示区域的参数将两个投影窗口中的内容从投影坐标转换到屏幕坐标，以在屏幕内的两个视口中分别显示左眼视图和右眼视图。本发明提供的渲染方法与系统通过将左右眼视图分别显示在屏幕的两个视口中来实现3D显示，因而具有通用性强、实现简单、且成本低的优点，能够广泛地应用于视频拟真领域，不仅可以显著地提高使用者的感受，同时还可以大大推动视频拟真领域的发展。
文档编号H04N13/00GK101742348SQ20101000003
公开日2010年6月16日 申请日期2010年1月4日 优先权日2010年1月4日
发明者张路宜, 李江崴, 梁洁, 武娟, 陈学亮, 陈戈, 韩晓梅 申请人:中国电信股份有限公司