[发明专利]基于立体多画显示的隔网对抗性项目虚拟仿真系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于立体多画显示的隔网对抗性项目虚拟仿真系统及方法。

背景技术

随着社会现代化水平的提高，人们对于娱乐文化生活的要求也越来越高，以三维、沉浸感的逼真输出为标志的虚拟现实技术也逐渐被应用到这些领域。通过对客观现实世界的模拟创造出一个虚拟的世界，而用户正是基于他们在现实世界中所积累的生活经验和习惯性的行为模式与虚拟世界进行交互。所以沉浸感越强烈，即用户在虚拟世界中发生的行为或观看到的影像越接近他们在现实世界中的体验与感知，就越能获得大众的青睐。而3D显示技术带来的立体感觉更是将虚拟世界的呈现空间延伸到了屏幕之外。

在目前市面上的大多数立体显示设备中，当多个用户观看同一屏幕显示器时，他们看到的画面往往是一致的。即当显示器的画面上有物体运动时，他们所看到的物体的运动方向也是一致的。但是在现实世界中，当有物体朝我们“飞”来时，不同视角位置的人看到的物体的运动轨迹其实是不同的。这说明了目前3D显示设备在提高用户沉浸感方面的局限性。因此，本发明设计了一种基于立体多画显示的隔网对抗性项目虚拟仿真系统，并具体说明了基于该系统进行的虚拟网球对抗比赛项目，可以将不同视角的3D游戏画面分别输出到相应玩家的眼中，而玩家可以像在现实世界进行网球比赛那样通过相应的动作控制游戏中的对应角色跑动、挥拍等，从而使得游戏有更好的交互性和沉浸感。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于立体多画显示的隔网对抗性项目虚拟仿真系统及方法，该系统可扩张到游戏运动生活的诸多方面，如网球、羽毛球、乒乓球甚至排球等。本系统不仅能够实现在同一屏幕显示器上进行多画立体显示，而且能够基于不同视角位置对同一游戏场景进行实时渲染。下面针对虚拟网球系统对本发明系统进行详细说明。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于立体多画显示的隔网对抗性项目虚拟仿真系统，包括：网络连接模块、游戏逻辑模块、交互控制模块、物理引擎模块、立体渲染模块和双画投影显示模块；其中：

所述网络连接模块，包括服务器子模块和客户端子模块，用于进行网络通信和数据传递；

所述游戏逻辑模块，用于存储游戏规则、角色动画的播放控制和位置映射；

所述交互控制模块，利用Kinect组合阵列捕捉玩家位置、识别玩家动作，控制虚拟网球游戏场景中各自相应的游戏角色进行移动，拍摄不同视点的立体画面；

所述物理引擎模块，用于通过物理引擎高效、逼真地模拟网球反弹、碰撞等物理效果，使得游戏画面更加真实而生动。

所述立体渲染模块，用于利用时分法，将用户装配的双目摄像头同步拍摄渲染出角色视点的左右帧画面中每一帧计算出的两个不同的画面进行交替显示，从而得到虚拟角色视点的立体画面；

所述双画投影显示模块，用于将渲染出的两组立体画面分别输送到两投影仪中，经过加装在两投影仪前端的水平和竖直偏振片的过滤，水平和竖直偏振光分别搭载一组立体视频投影到同一屏幕显示器上。

所述服务器子模块，用于承担着对游戏规则的运用、处理客户端用户的输入数据，并将当前处于活跃状态的客户端的操作状态和处理结果转发、同步给其他客户端，保证客户端之间并不会进行实际的连接，以保护终端用户的隐私权。

所述客户端子模块，与服务器子模块进行连接，将自己的IP地址通知给服务器子模块，客户端子模块处理从Kinect传输的确定的动作行为指令，来控制本地相应游戏角色的动画播放，并将确定的行为结果发送给服务器子模块。

基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：

(1)通过连接服务器接入到虚拟游戏系统中，产生对应的游戏角色，Kinect阵列协同工作捕捉到两个玩家在真实空间中的位置坐标，并将游戏角色分别映射到虚拟场景中场地的两端；

(2)根据场景中的位置，通过立体渲染模块对场景双目摄像机拍摄的左右帧画面进行实时渲染；

(3)将两客户端渲染的立体画面投影到同一屏幕显示器上，每位玩家透过3D眼镜，针对看到的基于其所在位置的立体视像做出交互反应，控制对应的游戏角色的动画播放和位置移动；

(4)重复步骤(1)-(3)。

所述步骤(2)中，其具体方法包括：游戏角色分别配有两台虚拟摄像机，这两台摄像机均包括两台并列安置的虚拟摄像机，来模拟人双眼观察景物的方法，同步拍摄出两条带水平视差的视频画面；利用时分法，将每一帧计算出的两个不同的画面进行交替显示。

所述步骤(3)具体包括：