四维全景CAVE沉浸式影院整体解决方案

CAVE沉浸式影院

         CAVE沉浸式投影系统是一种基于投影的沉浸式虚拟现实大型显示系统，是以计算机图形学为基础，把高分辨率的立体投影显示技术、多通道视景同步技术、三维计算机图形技术、音响技术、传感器技术等完美地融合在一起，从而产生一个被三维立体投影画面包围的供多人使用的完全沉浸式的虚拟环境，其特点是分辨率高，沉浸感强，交互性好。 

         沉浸式CAVE虚拟现实系统是一种基于完全沉浸式的虚拟现实显示系统、人机跟踪交互系统是一种基于多通道视景同步技术、三维空间整形校正算法、立体显示技术的洞穴式（CAVE）可视协同环境，系统提供一个房间大小的四面（或六面）立方体投影显示空间，供多人参与交互，所有参与者均完全沉浸在一个被三维立体场景包围的虚拟仿真环境中，借助相应的虚拟现实交互设备（如数据手套、力反馈装置、位置跟踪器等），参与者可获得完全身临其境的沉浸式三维交互式体验。

         CAVE沉浸式投影一种全新的视觉可视化并实时生成立体影像需要在大型UNIX图形工作站的支持下才能完成，高性能PC在计算能力和图形处理能力已经能够逐渐接近甚至超越专业UNIX图形工作站.以多台具有较高性能价格比的高性能PC作为图形处理核心代替CAVE系统中的大型专业UNIX图形工作站无疑是一个非常好的构思，基于高性能PC架构的CAVE系统正是在此背景下开发的. 基于高性能PC架构的CAVE系统既能保持高性能的图形处理能力,又能够大幅度降低成本, 无疑为CAVE系统的更广泛应用扫清了障碍。

        CAVE沉浸式投影通常以4台或6台高性能连网PC作为一个并行计算集群系统来替代传统CAVE配置中昂贵的UNIX图形工作站，采用高性能的主动或被动式立体显示技术，每台PC工作站分别负责CAVE系统中一个投影面的立体影像绘制工作. 并通过网络同步控制技术和变形矫正算法，使每台工作站绘制的场景分别同步无失真地显示输出，并投射在相应的立方体投影面上。从而产生一个完全沉浸式的体验空间。

        高性能图形工作站计算机系统应具有很高的计算速度和图形处理能力。系列图形工作站是虚拟现实和系统仿真的计算机平台，它采用S2MP体系结构，不仅具有可扩性好、编程容易和计算能力强等优点，而且它的图形处理速度极快，具有多管道、多通道图形输出能力。SGI ONYX2的每个图形管道可以 驱动多达八个图形通道，每个图形通道输出一个画面到CAVE的一个投影面。多台高清 激光投影机分别接收来自ONYX2的图形信号，然后把信号直接投影到CAVE的四个投影屏幕上。故CAVE是一个 的立方体结构。若CAVE系统所在机房的空间不够，可使用反射镜。反射镜应具有很好的光学反射率和平面度， 投影机不仅要求可靠性好，而且要求具有投影距离长、图形分辨率高、亮度高、水平和垂直方向具有一定的光学可调整性等性能，整个CAVE中的图象应具有较高的完整性和清晰度。

        投影机到投影幕的光程控制需要在3.7~5.8m之间的范围内，投影机放于每个投影幕的后面，投影机和投影幕之间的相对位置可由理论计算再辅以现场调试来完成。投影机的位置必须非常精确。若地面投影面采用正投，由于地面上的屏幕为反射型，与其余三个透过型屏幕的物理性能不一样，为了达到色调均匀一致，同时又要使地面上的屏幕能承受人体的重量，故需对地面上的这一面屏幕做特殊处理。为了保护地面屏幕，必须脱掉鞋子并穿上干净的袜子。屏幕的框架宜采用木质材料或铝质材料以防止磁性干扰传感器。

        CAVE是一种基于投影的沉浸式虚拟现实设备，它的沉浸感强，交互性好。如果你的空间纵深够大，纵深感就越强，一个空间的布局，需要一支强大的影片制作团队，构思和制作出一个好影片小型CAVE的画面完整度、层次感、沉浸式交互体验、全方位感受画面和其身临其境的效果已经极好，大型CAVE是在足以完美的小型CAVE上带来更强的视觉冲击感，更震撼的沉浸式体验，更立体的画面。

        沉浸就是让人专注在当前的目标情境下感到愉悦和满足，而忘记真实世界的情境。由于CAVE显示环境能覆盖的参与者全部视野,所以能提供给使用者一种前所未有的沉浸感。沉浸感是虚拟现实技术的内在要求，沉浸式显示也是虚拟现实系统的高级形态。CAVE正是基于这一需求的高级别、沉浸式虚拟现实系统整体解决方案，旨在为专业用户提供面向教学与科研的虚拟现实实验室科技创新平台，为行业用户的可视化分析、验证、决策提供直观的沉浸式体验环境。

       CAVE系统由硬件系统和 软件系统两部分组成。

       硬件包括立体投影系统、图形渲染系统与中控系统，涵盖投影机、分割器、融合机、图形集群系统等。支持语音、文字、图片和视频图像等多媒体展现形式。 

       软件系统通过虚拟仿真，对原有系统进行图像分割、透视投影矩阵计算、四通道图像生成及无缝拼接，达到视点变换的效果，配合硬件设备进行多通道输出，并完成同步计算，创建CAVE形式虚拟现实环境，营造出逼真的沉浸感和裸眼立体观赏体验。

CAVE沉浸式投影相比普通的大屏幕投影主要有这些优势：

1、视觉冲击强：CAVE投影使用多台投影机投射画面，结合高质量影片，营造场景环境，通过视觉艺术直击体验者的视觉感官；

2、分辨率高：普通投影是将画面通过一台投影机投影到一块固定的位置，而CAVE投影特点是每台投影机投射画面都是一个部分，场景由几个画面拼接而成，并不是将图片进行拉伸，所以画质还是很清晰。

3、画面层次感强：由于采用了边缘融合技术，画面的分辨率，亮度得到增加，同时配合高质量的投影屏幕，就可以使得整个显示系统的画面层次感和表现力明显增强。

4、沉浸式交互性体验好：Cave沉浸式系统技术已十分成熟，可适应不同的展示环境，制造出好的现场氛围，给体验者带来100%的沉浸式体验，是展示场所好的吸睛神器。

CAVE系统是目前先进虚拟现实系统，能为用户提供一个具有身临其境感的完全沉浸的、1:1的仿真验证分析的沉浸式体验环境，对于验证、分析、仿真数据的可视化等具有重要的辅助决策功能。

方案特点:

1、画面完整

沉浸式投影使用多台投影机投射画面，并且通过投影融合软件使得投影画面更加完整，尺寸更大，带来更强的视觉冲击感。

2、分辨率高

多台投影机投射的特点就是每台投影机投射画面都是一个部分，分辨率并没有因为画面的变大而变小，所以画质还是很清晰。

3、画面层次感强

采用了边缘融合技术后画面的亮度以及分辨率都提高了，因此整个画面的层次感都变强了。

4、沉浸式交互体验

全方位的感受画面和音效让观众体验身其境的观影感。

5、核心虚拟现实引擎 兼容多种三维应用程序

系统内置核心虚拟现实软件引擎，能无缝支持多种三维应用程序，快速获取设计成果进行展示与交互。

6、多通道技术 沉浸感

虚拟现实呈现技术，实现画面的无缝拼接和融合，呈现身临其境的3D沉浸感。

应用领域

◎广泛应用与对空间感和视觉效果要求较高的领域应用于科技馆、博物馆、多媒体展厅、房地产展厅、多功能会议室、指挥中心、建筑展示、室内装修、设备结构研究、模拟训练、科研、餐厅、KTV等等对城市规划的展示

BIM环境行为研究虚拟仿真实验室解决方案：建筑感性设计、环境行为、室内设计、人居环境研究等；

◎ 交互设计虚拟仿真实验室解决方案：虚拟规划、虚拟设计、虚拟装配、虚拟评审、虚拟训练、设备状态可视化等；

◎军工国防武器装备人机环境虚拟仿真实验室解决方案：武器装备人机环境系统工程研究以及军事心理学应用，军事训练、军事教育、作战指挥、武器研制与开发等；

◎用户体验与可用性研究虚拟仿真实验室方案：游戏体验、体验类运动项目、影视类娱乐、多人参与的娱乐项目；

◎虚拟购物消费行为研究实验室方案；

◎安全人机与不安全行为虚拟仿真实验室方案；

◎驾驶行为虚拟仿真实验室方案；

◎人因工程与作业研究虚拟仿真实验室方案；

可以说，CAVE系统可以应用于任何具有沉浸式需求的专业领域，它是一种全新的、高级的、完全沉浸式体验效果。

北京四维全景科技有限公司

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