[发明专利]一种利用球形全景图的3D场景构建方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟场景呈现技术领域，特别是涉及一种利用球形全景图的3D场景构建方法及系统。

背景技术

现有构建3D虚拟场景的方法一般由两种：采用六面体贴图构建3D虚拟场景的方法和传统构建3D虚拟场景的方法。

如图1a-图1c所示，采用六面体贴图构建3D虚拟场景的方法有如下缺陷：

(1)像素错位。由六组图片拼合得到的六面体天空盒有七条拼合边，如图1a和图1b所示，天空盒的拼合边沿出现像素错位、黑边、像素变形等视觉缺陷，这是不可避免的。由于3D显示需要具有视差的左右天空盒重合呈现，这个缺陷被放大2倍，调整难度大，大大增加了图片的优化成本。

(2)场景制作局限性大。由于像素错位的缺陷不可避免，导致场景制作有很大的局限，一般多为场景黑夜、高空、虚化、空旷等简单内容的场景，对于想要构建更真实、清晰、复杂如室内设计、展览设计等3D场景而言，像素错位的缺陷将是很难跨越的鸿沟，这大大限制了构建很多3D场景的可能性。

(3)贴图资源利用率低。如图1c所示，白色部分为有效贴图，黑色部分为无效部分，贴图资源的利用率为50％，这直接导致贴图资源的一半是浪费的，大大降低了贴图资源的利用率。

而传统搭建3D虚拟场景的方式有两种：第一种是通过三维建模来实现；第二种是使用一张全景图片来代替三维模型。第一种方式搭建的3D虚拟场景效果逼真，能够带来很好的沉浸感，但是开发周期较长，开发成本较大，文件较大，渲染计算量较大，导致卡顿，提高了系统延迟。第二种方式系统延迟小，开发成本低，精简了文件大小，这种方法虽然可以弥补第一种方法的缺点，但是，由一张全景图片构建的场景由于拍摄设备及合成算法的误差，导致很严重的畸变现象；由一张全景图片构建的场景是平面的，不会有逼真的三维效果；将一张图片拉伸到三维空间内，清晰度会降低约4倍，粗糙的画质不能给用户带来沉浸感；如果为了提高画面的质量，引入更高清晰度的图片，那么加载较大的图片文件会很容易导致内存溢出，使程序停止运行。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：构建3D场景时间长、成本大、资源的利用率低。

发明内容

本发明实施例提供一种利用球形全景图的3D场景构建方法及系统，可提高资源的利用率。

一方面，本发明实施例提供了一种利用球形全景图的3D场景构建方法，所述3D场景构建方法包括：

根据设定的现实场景，建立虚拟场景；

在所述虚拟场景中设置两个虚拟图像采集摄像机，并设置各所述虚拟图像采集摄像机的工作参数，使各所述虚拟图像采集摄像机将采集的所述虚拟场景的图像分别输出为全景图；

构建两个结构相同的球体，并将两个球体导入至3D引擎中，分别形成映射球体，并在各所述映射球体的球心处分别设置虚拟图像输出摄像机；

将两个所述全景图分别映射到对应的映射球体上，通过各所述映射球体中的虚拟图像输出摄像机分别输出具有视差的虚拟场景图像，两组具有视差的虚拟场景图像结合形成对应现实场景的3D场景图像。

可选的，所述3D场景构建方法还包括：

通过输出单元输出所述3D场景图像。

可选的，所述输出单元为裸眼3D装置和/或虚拟现实VR装置；

当所述输出单元为裸眼3D装置时，各所述映射球体的球面挂载手势脚本响应用户触控交互；

当所述输出设备为VR装置时，各所述虚拟图像输出摄像机与所述VR装置的陀螺仪绑定，用于跟踪人体头部运动。

可选的，所述工作参数包括全景图的长宽比、形状参数及角度参数；

其中，所述设置各所述虚拟图像采集摄像机的工作参数具体包括：设置输出全景图的长宽比为2:1、形状参数为球形、角度参数为360°。

可选的，各所述虚拟图像采集摄像机到零视差面的距离为焦距S₁，两个所述虚拟图像采集摄像机之间的距离为正视差S₂，所述正视差S₂的取值范围为0.4～0.9m。

另一方面，本发明实施例提供了一种利用球形全景图的3D场景构建系统，所述3D场景构建系统包括：

建模单元，用于根据设定的现实场景，建立虚拟场景；

两个虚拟图像采集摄像机，设置在所述虚拟场景中，用于通过设置各所述虚拟图像采集摄像机的工作参数，使各所述虚拟图像采集摄像机将采集的所述虚拟场景的图像分别输出为全景图；

球体构建单元，用于构建两个结构相同的球体，并导入至3D引擎中；