一种单屏成像的方法、智能设备及系统与流程

本发明属于图像处理技术领域，特别涉及一种单屏成像的方法、智能设备及系统。

背景技术：

目前，在商业、演出等场合以3d投影(如3d全息投影等)形式展示商品或环境(如家具展示、楼层户型展示等)时；其3d商品或环境画面，是依据用户站在固定观看位置时生成的，其观看视角也是固定不变的。当用户改变了观看位置时，其观看视角也发生了变化；观看到的3d商品或环境画面时，其画面中的商品或环境发生扭曲等现象。

因此，现有技术中，在商业、演出等场合以3d投影(如3d全息投影等)形式展示商品或环境(如家具展示、楼层户型展示等)时；存在观看视角固定，不能跟随观看者位置变化，而保持其观看者的观看视角实时更新的缺陷。同时，观看者站在另一位置观看时，其呈现出来的立体场景图像存在扭曲等现象，不仅影响观看者的观看感受，还无法让观看者真正认知到商品或环境。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种单屏成像的方法、智能设备及系统，其观看视角随着观看者位置变化而变化，能够保持观看者的观看视角实时更新，其呈现出来的立体场景画面也能够及时更新；不会因观看位置发生变化，其呈现出来的立体场景图像存在扭曲等现象。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供一种单屏成像的方法，包括：获取观看位置对应的位置参考信息；结合所述位置参考信息计算出所述观看位置一个方位的方位视角；虚拟场景按照所述方位视角生成对应的场景画面；并对所述场景画面进行投影。

进一步优选的，所述的虚拟场景按照所述方位视角生成对应的场景画面具体包括：当位置参考信息中x坐标信息在x轴中心线上、y坐标信息不在y轴中心线上时，在所述方位视角对应的方位与x轴对应的方位相同的情况下；在虚拟场景中按照x轴对应的方位视角切割成对应的场景画面；在所述方位视角对应的方位与x轴对应的方位不同的情况下；计算出所述方位视角对应的裁剪区域，在虚拟场景中按照裁剪区域及裁剪区域对应的方位视角裁剪出对应的场景画面。

进一步优选的，所述的虚拟场景按照所述方位视角生成对应的场景画面具体包括：当位置参考信息中x坐标信息不在x轴中心线上、且y坐标信息在y轴中心线上时，在所述方位视角对应的方位与y轴对应的方位相同的情况下；在虚拟场景中按照y轴对应的方位视角切割成对应的场景画面；在所述方位视角对应的方位与y轴对应的方位不同的情况下；计算出所述方位视角对应的裁剪区域，在虚拟场景中按照裁剪区域及裁剪区域对应的方位视角裁剪出对应的场景画面。

进一步优选的，所述的虚拟场景按照所述方位视角生成对应的场景画面具体包括：当x坐标信息不在x轴中心线上，y坐标信息不在y轴中心线上时，计算出所述方位视角对应的裁剪区域；在虚拟场景中按照裁剪区域及裁剪区域对应的方位视角裁剪出对应的场景画面。

进一步优选的，所述的计算出所述方位视角对应的裁剪区域具体包括：根据所述方位视角及位置参考信息，计算出该方位视角对应的视角画面参数；根据该方位视角对应的视角画面参数及观看空间参数，计算出所述方位视角对应的裁剪区域。

进一步优选的，所述的计算出所述方位视角对应的裁剪区域具体包括：分析所述位置参考信息相对于预设位置信息的位置偏移信息，结合所述位置偏移信息计算出对应的裁剪区域。

优选的，还包括：生成正交相机，所述正交相机垂直于该正交相机所在方位对应的平面；正交相机用于在所述虚拟场景中截取所述方位视角对应的场景画面。

进一步优选的，所述的获取观看位置对应的位置参考信息具体包括：根据观看空间的空间坐标与虚拟场景的虚拟坐标之间的对应关系，将在观看空间内的观看位置信息转换成所述虚拟场景内的虚拟位置信息；并将所述虚拟位置信息作为位置参考信息；

或者；

根据观看空间的空间坐标与虚拟场景的画面像素之间的对应关系，将在观看空间内的观看位置信息转换成所述虚拟场景内的位置像素信息；并将所述位置像素信息作为位置参考信息。

进一步优选的，所述虚拟场景的场景模型与观看空间的空间模型之间的特定比例关系为1：1。

本发明还提供一种智能设备，包括：获取模块，用于获取观看位置对应的位置参考信息；计算模块，用于结合所述位置参考信息计算出所述观看位置一个方位的方位视角；画面生成模块，用于将虚拟场景按照所述方位视角生成对应的场景画面；并对所述场景画面进行投影。

本发明还提供一种单屏成像的系统，包括智能设备、投影设备和画面呈现装置：所述智能设备包括：获取模块，用于获取观看位置对应的位置参考信息；计算模块，用于结合所述位置参考信息计算出所述观看位置一个方位的方位视角；画面生成模块，用于将虚拟场景按照所述方位视角生成对应的场景画面；并对所述场景画面进行投影；投影设备将所述场景画面投影在画面呈现装置上，所述画面呈现装置内侧形成观看空间。

进一步优选的，还包括：移动终端，用于获取在所述画面呈现装置内观看空间的观看位置。

与现有技术相比，本发明提供的一种单屏成像的方法、智能设备及系统具有以下有益效果：

本发明其观看视角随着观看者位置变化而变化，能够保持观看者的观看视角实时更新，其呈现出来的立体场景画面也能够及时更新；不会因观看位置发生变化，其呈现出来的立体场景图像存在扭曲等现象。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种单屏成像的方法、智能设备及系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明一种单屏成像的方法的流程示意图；

图2是本发明又一种单屏成像的方法的流程示意图；

图3是本发明中画面呈现装置的示意图；

图4是本发明中一视点/观察位置前方方位上的视角示意图；

图5是本发明中另一视点/观察位置前方方位上的视角示意图；

图6是本发明中再一视点/观察位置前方方位上的视角示意图；

图7是本发明中一视点/观察位置前方方位上的裁剪示意图；

图8是本发明中一视点/观察位置前方方位上的裁剪示意图；

图9是本发明一种智能设备的结构示意框图；

图10是本发明一种单屏成像系统的结构示意框图；

附图标号说明：

10—移动终端

20—智能设备21—获取模块22—计算模块

23—画面生成模块

30—投影设备

40—画面呈现装置

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

根据本发明提供的一种实施例，如图1所示，一种单屏成像的方法，包括：

s10、获取观看位置对应的位置参考信息；

具体的，当观看者进入观看空间后，利用观看者随身携带的移动终端10获取观看者在观看空间内的观看位置；其移动终端10能够完成室内定位。移动终端10可以是手机、平板电脑、智能手环等，在观看者平时经常使用的设备上集成室内定位功能；也可以是专门生产一款手持终端等，集成室内定位功能。

s20、结合所述位置参考信息计算出所述观看位置一个方位的方位视角；

具体的，在不同位置处，在每个方位上，人的透视视角也会不同；如在不同位置，同一个方位观看同一物体所呈现的画面是不同的；之所以看到不同画面，是因为在观看物体时，其透视视角发生了变化。

观看位置的位置信息包括x轴坐标信息、y轴坐标信息、z轴坐标信息，可以通过观看位置的位置信息计算出一个方位视角；例如：正前方的方位视角、正上方的方位视角、正下方的方位视角。

s30、虚拟场景按照所述方位视角生成对应的场景画面；并对所述场景画面进行投影；

具体的，虚拟场景是一个整体的画面，该虚拟场景可以套间内装修有家居的场景；商品房展示的场景，也可以是商品展示的场景等。需要在三维空间里将虚拟场景进行切割；在计算出观看位置的方位视角后，如结合正前方的方位视角，在三维空间中将虚拟场景切割成正前方的场景画面；依照此方式，可以得到正上方、正下方的场景画面。

本实施例中，在获取观看位置对应的位置参考信息时，其位置参考信息可以是两种类型的位置信息：

第一类型，位置参考信息为虚拟位置信息：

根据观看空间的空间坐标与虚拟场景的虚拟坐标之间的对应关系，将在观看空间内的观看位置信息转换成虚拟场景内的虚拟位置信息；并将虚拟位置信息作为位置参考信息；

具体的，在实时渲染的情况下，将观看位置信息转换成虚拟位置信息，通过虚拟位置信息完成方位视角的计算、场景画面的生成。实时渲染的本质就是图形数据的实时计算和输出。

第二类型，位置参考信息为位置像素信息：

根据观看空间的空间坐标与虚拟场景的画面像素之间的对应关系，将在观看空间内的观看位置信息转换成虚拟场景内的位置像素信息；并将位置像素信息作为位置参考信息。

具体的，在离线渲染的情况下，将观看位置信息转换成位置像素信息，通过位置像素信息完成方位视角的计算、场景画面的生成。

其中，虚拟场景的场景模型与观看空间的空间模型之间成特定比例关系；特定比例关系为1：1；观看空间如图3所示。

本实施例中，在不同观看位置，同一方位具有不同方位视角；针对不同方位视角，同一方位生成的场景画面不同。并且，其观看视角随着观看者位置变化而变化，能够保持观看者的观看视角实时更新，其呈现出来的立体场景画面也能够及时更新；不会因观看位置发生变化，其呈现出来的立体场景图像存在扭曲等现象。

根据本发明提供的又一种实施例，如图5所示，一种单屏成像的方法，包括：

s10、获取观看位置对应的位置参考信息；

s20、结合所述位置参考信息计算出所述观看位置一个方位的方位视角；

具体的，在计算方位视角时，如图7所示，前方方位视角为fov，fov＝2∠θ；tanθ＝(l1/2+s)/y；其中，l1为观看空间的宽度，s为距离观看空间中心位置的偏移值，y是在观看空间内正前方的观看距离。

s21、生成正交相机，所述正交相机垂直于该正交相机所在方位对应的平面；利用正交相机在虚拟场景中截取每个方位对应的场景画面。

s31、当位置参考信息中x坐标信息在x轴中心线上、且位置参考信息中y坐标信息不在y轴中心线上时，在所述方位视角对应的方位与x轴对应的方位相同的情况下；在虚拟场景中按照x轴对应的方位视角切割成对应的场景画面；对场景画面进行投影。

具体的，x轴中心线为观看空间的1/2宽度、且平行于y轴的直线；如观看空间的规格为长4米、宽2米时，其x轴中心线为宽为1米、且平行于y轴的直线。

或者，x轴中心线为观看空间的1/2宽度、且平行于y轴的直线；如观看空间用像素表示时，其规格为长800dp、宽400dp时，其x轴中心线为宽为200dp、且平行于y轴的直线。

当位置参考信息中x坐标信息为1m或200dp时，若x轴对应的前方位，可以根据实际展示情况需要，可以在虚拟场景中切割出前方位视角对应的场景画面；如图5、图6所示。

s32、当位置参考信息中x坐标信息在x轴中心线上、且位置参考信息中y坐标信息不在y轴中心线上时，在所述方位视角对应的方位与x轴对应的方位不同的情况下；计算出所述方位视角对应的裁剪区域，在虚拟场景中按照裁剪区域及裁剪区域对应的方位视角裁剪出对应的场景画面；对场景画面进行投影。

具体的，当位置参考信息中含有x坐标信息、y坐标信息、z坐标信息时，若y轴对应前方位，z轴对应上下两个方位。

前方位视角、上方位视角、下方位视角对应的画面不再是正常画面，需要对正常画面进行裁剪。

特殊的，观看位置为中心位置，如图4所示，在中心位置处在前方方位上将虚拟场景切割成的虚拟画面为正常画面。

s33、当位置参考信息中x坐标信息不在x轴中心线上、且位置参考信息中y坐标信息在y轴中心线上时，在所述方位视角对应的方位与y轴对应的方位相同的情况下；在虚拟场景中按照y轴对应的方位视角切割成对应的场景画面；对场景画面进行投影。

当位置参考信息中y坐标信息为2m或400dp时，若y轴对应的前方位，可以根据实际展示情况需要，可以在虚拟场景中切割出前方位视角对应的场景画面。

s34、当位置参考信息中x坐标信息不在x轴中心线上、且位置参考信息中y坐标信息在y轴中心线上时，在所述方位视角对应的方位与y轴对应的方位不同的情况下；计算出所述方位视角对应的裁剪区域，在虚拟场景中按照裁剪区域及裁剪区域对应的方位视角裁剪出对应的场景画面；对场景画面进行投影。

具体的，当位置参考信息中含有x坐标信息、z坐标信息时，若x轴对应前方位，z轴对应上下两个方位。

前方位视角、上方位视角、下方位视角对应的画面不再是正常画面，需要对正常画面进行裁剪。

s35、当x坐标信息不在x轴中心线上，y坐标信息不在y轴中心线上时，计算出所述方位视角对应的裁剪区域；在虚拟场景中按照裁剪区域及裁剪区域对应的方位视角裁剪出对应的场景画面；对场景画面进行投影。

具体的，在位置参考信息中x坐标信息不在x轴中心线上、位置参考信息中y坐标信息不在y轴中心线上时，无论是x轴对应的前方位，还是y轴对应的前方位，前方视角、上方位视角、下方位视角对应的画面不再是正常画面，需要对正常画面进行裁剪。

本实施例中，在虚拟场景中切割出方位视角对应的场景画面时，是结合正交相机对应的方位视角及位置参考信息，正交相机在虚拟场景中截取方位视角对应的场景画面。

在虚拟场景中按照裁剪区域及裁剪区域对应的方位视角裁剪出对应的场景画面时，是结合正交相机对应的方位视角、位置参考信息及裁剪区域，正交相机在虚拟场景中截取方位视角对应的场景画面。

在计算出方位视角对应的裁剪区域时，有两种计算方案：

第一种计算方案：

根据所述方位视角及位置参考信息，计算出方位视角对应的视角画面参数；

具体的，在方位视角已知的情况下，且位置参考信息中含有观看距离；可以计算出在观看位置处每个方位的视角画面宽度，例如视角画面宽度为600dp；视角画面宽度作为视角画面参数。

根据方位视角对应的视角画面参数及观看空间参数，计算出方位视角对应的裁剪区域。

具体的，当每个方位对应的视角画面宽度(600dp)计算出来后，观看空间在每个方位上的画面观看宽度(400dp)是固定的，利用视角画面宽度(600dp)减去画面观看宽度(400dp)，得到每个方位对应的裁剪区域。

第二种计算方案：

分析位置参考信息相对于预设位置信息的位置偏移信息，结合位置偏移信息计算出对应的裁剪区域。

具体的，如图7所示，当前方方位视角对应的方位与x轴对应的方位相同时，其前方方位视角对应的场景画面，需裁剪的宽度为2s；前方方位视角为fov，fov＝2∠θ；tanθ＝(l1/2+s)/y；其中，l1为观看空间的宽度，s为距离观看空间中心位置的横向偏移值，y是在观看空间内正前方的观看距离。

如图8所示，当前方方位视角对应的方位与y轴对应的方位相同时，其正前方方位视角对应的场景画面，需裁剪的宽度为2p；后方方位视角为fov，fov＝2∠α；tanα＝(l2/2+p)/x；其中，l2为观看空间的长度，p为距离观看空间中心位置的纵向偏移值，x是在观看空间内正前方的观看距离。

根据本发明提供的一种实施例，如图9所示，一种智能设备，包括：

获取模块21，用于获取观看位置对应的位置参考信息；

计算模块22，用于结合所述位置参考信息计算出所述观看位置一个方位的方位视角；

画面生成模块23，用于将虚拟场景按照所述方位视角生成对应的场景画面；并对所述场景画面进行投影。

本实施例中，除了上述内容外，还包括以下内容：

所述的虚拟场景按照所述方位视角生成对应的场景画面具体包括：

当位置参考信息中x坐标信息在x轴中心线上、y坐标信息不在y轴中心线上时，在所述方位视角对应的方位与x轴对应的方位相同的情况下；在虚拟场景中按照x轴对应的方位视角切割成对应的场景画面；

当位置参考信息中x坐标信息在x轴中心线上、y坐标信息不在y轴中心线上时，在所述方位视角对应的方位与x轴对应的方位不同的情况下；计算出所述方位视角对应的裁剪区域，在虚拟场景中按照裁剪区域及裁剪区域对应的方位视角裁剪出对应的场景画面。

当位置参考信息中x坐标信息不在x轴中心线上、且y坐标信息在y轴中心线上时，在所述方位视角对应的方位与y轴对应的方位相同的情况下；在虚拟场景中按照y轴对应的方位视角切割成对应的场景画面；

当位置参考信息中x坐标信息不在x轴中心线上、且y坐标信息在y轴中心线上时，在所述方位视角对应的方位与y轴对应的方位不同的情况下；计算出所述方位视角对应的裁剪区域，在虚拟场景中按照裁剪区域及裁剪区域对应的方位视角裁剪出对应的场景画面。

当x坐标信息不在x轴中心线上，y坐标信息不在y轴中心线上时，计算出所述方位视角对应的裁剪区域；在虚拟场景中按照裁剪区域及裁剪区域对应的方位视角裁剪出对应的场景画面。

一种方式，所述的计算出所述方位视角对应的裁剪区域具体包括：

根据所述方位视角及位置参考信息，计算出该方位视角对应的视角画面参数；

根据该方位视角对应的视角画面参数及观看空间参数，计算出所述方位视角对应的裁剪区域。

另一种方式，所述的计算出所述方位视角对应的裁剪区域具体包括：

分析所述位置参考信息相对于预设位置信息的位置偏移信息，结合所述位置偏移信息计算出对应的裁剪区域。

生成正交相机，所述正交相机垂直于该正交相机所在方位对应的平面；正交相机用于在所述虚拟场景中截取所述方位视角对应的场景画面。

所述的获取观看位置对应的位置参考信息具体包括：

根据观看空间的空间坐标与虚拟场景的虚拟坐标之间的对应关系，将在观看空间内的观看位置信息转换成所述虚拟场景内的虚拟位置信息；并将所述虚拟位置信息作为位置参考信息；

或者；

根据观看空间的空间坐标与虚拟场景的画面像素之间的对应关系，将在观看空间内的观看位置信息转换成所述虚拟场景内的位置像素信息；并将所述位置像素信息作为位置参考信息。

所述虚拟场景的场景模型与观看空间的空间模型之间的特定比例关系为1：1。

根据本发明提供的一种实施例，如图10所示，一种单屏成像系统，包括移动终端10、智能设备20、投影设备30和画面呈现装置40：

移动终端10，用于获取在观看空间的观看位置；

智能设备20包括：

获取模块21，用于获取观看位置对应的位置参考信息；

计算模块22，与获取模块21连接，用于结合所述位置参考信息计算出所述观看位置一个方位的方位视角；

画面生成模块23，与计算模块22连接，用于将虚拟场景按照所述方位视角生成对应的场景画面；并对所述场景画面进行投影；

投影设备30将场景画面投影在画面呈现装置40上，画面呈现装置40内侧形成观看空间。

本实施例中，除了上述内容外，还包括以下内容：

所述的虚拟场景按照所述方位视角生成对应的场景画面具体包括：

当位置参考信息中x坐标信息在x轴中心线上、y坐标信息不在y轴中心线上时，在所述方位视角对应的方位与x轴对应的方位相同的情况下；在虚拟场景中按照x轴对应的方位视角切割成对应的场景画面；

当位置参考信息中x坐标信息在x轴中心线上、y坐标信息不在y轴中心线上时，在所述方位视角对应的方位与x轴对应的方位不同的情况下；计算出所述方位视角对应的裁剪区域，在虚拟场景中按照裁剪区域及裁剪区域对应的方位视角裁剪出对应的场景画面。

当位置参考信息中x坐标信息不在x轴中心线上、且y坐标信息在y轴中心线上时，在所述方位视角对应的方位与y轴对应的方位相同的情况下；在虚拟场景中按照y轴对应的方位视角切割成对应的场景画面；

当位置参考信息中x坐标信息不在x轴中心线上、且y坐标信息在y轴中心线上时，在所述方位视角对应的方位与y轴对应的方位不同的情况下；计算出所述方位视角对应的裁剪区域，在虚拟场景中按照裁剪区域及裁剪区域对应的方位视角裁剪出对应的场景画面。

当x坐标信息不在x轴中心线上，y坐标信息不在y轴中心线上时，计算出所述方位视角对应的裁剪区域；在虚拟场景中按照裁剪区域及裁剪区域对应的方位视角裁剪出对应的场景画面。

一种方式，所述的计算出所述方位视角对应的裁剪区域具体包括：

根据所述方位视角及位置参考信息，计算出该方位视角对应的视角画面参数；

根据该方位视角对应的视角画面参数及观看空间参数，计算出所述方位视角对应的裁剪区域。

另一种方式，所述的计算出所述方位视角对应的裁剪区域具体包括：

分析所述位置参考信息相对于预设位置信息的位置偏移信息，结合所述位置偏移信息计算出对应的裁剪区域。

生成正交相机，所述正交相机垂直于该正交相机所在方位对应的平面；正交相机用于在所述虚拟场景中截取所述方位视角对应的场景画面。

所述的获取观看位置对应的位置参考信息具体包括：

根据观看空间的空间坐标与虚拟场景的虚拟坐标之间的对应关系，将在观看空间内的观看位置信息转换成所述虚拟场景内的虚拟位置信息；并将所述虚拟位置信息作为位置参考信息；

或者；

根据观看空间的空间坐标与虚拟场景的画面像素之间的对应关系，将在观看空间内的观看位置信息转换成所述虚拟场景内的位置像素信息；并将所述位置像素信息作为位置参考信息。

所述虚拟场景的场景模型与观看空间的空间模型之间的特定比例关系为1：1。

其中，智能设备20可以是计算机，画面呈现装置40可以是搭建的一个观看房间，也可以由几折屏幕/墙板等围成的立方体空间模型；也可是几折屏幕/墙板等围成的几个面。

上述实施例中，基于现有多屏融合拼接成像技术，在制作过程中优化了设计软件的输出方式，将三维软件里的虚拟相机做了模块化处理，互相绑定，调整好任意一个的相机设置，其他的也会随之设置好，简化了部分操作流程，但是视角依旧固定，不能实时跟随观看者，也不能使用固定的算法，每做一个就要重新计算一次，效率比较低，不适合产品化量产。

现有技术中，首先，根据硬件设备探测真实空间实时生成虚拟坐标是很成熟的技术，也被各个行业广泛应用；其次，真实比例的多平融合成像方法也在很多地方应用，但都是固定视角；第三，实时渲染技术也是非常成熟的技术；最后，本算法是将三个相对成熟的技术，通过特定的算法进行融合，将实时坐标转化为实时成像的视角原点，算出视角角度，实时渲染成像拼接成完成的空间图像。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。