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基于LED小间距3D显示的VR可视化系统解决方案

2017-03-08 14:49:01      编辑:林悦妮   来源:数字音视工程网

公元2016,即VR元年。这个“年号”的定义,是全球科技界的大佬一起下的VR有多红火?甚至可以毫不夸张地把这种现象形容为“一塌糊涂”。当下,VR有两种主流的实...

  公元2016,即VR元年。这个“年号”的定义,是全球科技界的大佬一起下的VR有多红火?甚至可以毫不夸张地把这种现象形容为“一塌糊涂”。当下,VR有两种主流的实现手段,一种是倍受市场追捧的消费级穿戴式VR设备,另一种则是多人通场互动式VR共享技术,体验者沉浸于VR的虚拟世界中。

  2016年6月,深圳蓝普视讯科技获得深圳市科技创新委资助项目“基于LED高清小间距的虚拟现实技术创新与应用”的科技创新项目,自此公司展开对基于LED高清小间距的虚拟现实技术创新与应用的研究工作。

  由于VR技术提供了无与伦比的沉浸式体验和代入感,把用户从旁观者变成了参与者,因此,在专业视听、广播电视、电影、游戏等各 多个领域都广受推崇。然而,VR在各种应用中都离不开大屏显示的需求,更好画质效果的LED小间距显示屏,无疑对于提升VR产品的用户体验,起到了显著的作用。

  一、LED 小间距 显示屏与VR能否幸福结合

  VR技术的诞生,LED显示屏企业可以是最大受益者之一。之所以说它“可以是”,是因为它除了在这一领域具备了一定先天的优势,两者的结合,还是有着各种的障碍因素。

  1) 从VR/AR产业链角度分析;显示屏最基础、最重要的硬件设施。LED显示屏,尤其是小间距LED显示屏,一向拥有着高分辨率、无拼缝、显示效果自然真实、外形灵活以及搭载触摸显示等良好的口碑,理论上绝对能带来的一流的视觉体验享受。诚然,LED显示屏作为终端显示产品,与VR技术产业在体验互动、传 媒、广告、教育、影院等方面都可以得到充分结合。

  2) 从价格角度分析;VR 在未来的两个发展方向大致上有两个:一是民用市场;一是商用市场。作为终端显示产品的LED显示屏固然有着它的优势,但它还有着不容忽视的竞争对手,其中就受到了包括老敌手液晶显示屏和快速成长中的新材料OLED背腹夹攻。 单论性价比,液晶显示屏占有着绝对的优势。

  3) 从显示效果角度分析;AMOLED也早已被用于移动端上,成为了VR技术接入移动端的显示载体。因此,LED显示屏在VR领域绝非能够轻易处于垄断地位,对手虎视眈眈,拦途截胡,抢掠及侵并市场份额。

  目前,虽然许多的LED显示屏企业都表示出对VR的兴趣,并密切关注其发展,然都大多是停留在“光看不练”的阶段,除了技术与价格制约,还有就是因为意识到虚拟现实等技术与小间距的融合发展,如何建立一种盈利模式,还将是一大难题。

  二、LED 小间距 显示屏与VR结合 怎么样发挥差异化

  眼看一片新蓝海出现却未敢轻举妄动,有LED企业就曾表示,包括小间距LED在内的大屏产业发展需要背后千亿级市场的支撑,VR/AR即使已经具备了这样的产业条件,甚至辅以政策的支持,但小间距LED屏VR/AR应用又需要庞大企业体量的支撑,加上当前市场却尚未形成行之有效的标准化商业模式。可想而知, 小间距LED显示屏行业需要的不是一拥而上,而是更需要思考差异化发展。

  2016年6月,深圳蓝普视讯科技获得深圳市科技创新委资助项目“基于LED高清小间距的虚拟现实技术创新与应用”的科技创新项目,自此公司展开对基于LED高清小间距的虚拟现实技术创新与应用的研究工作。

  LED小间距VR技术与穿戴式VR的区别(见下图),他们是的区别正是我们清楚的区分和理解LED小间距特点的切入口。分析他们两种模式的区别,是我们解决好LED小间距VR应用的关键。

单人
跨网络(量子计算机) 眼膜刺激
多人
大型或巨型 、同场互动

  三、蓝普视讯关于“基于 LED高清小间距的VR 虚拟现实技术创新与应用 ”有哪些特点

  1) 解决LED小间距显示的摩尔纹问题

  2) 解决3D-LED小间距大尺寸拼接问题

  3) 解决3D-LED小间距单位面积高分辨率问题

  4) 解决VR技术在裸视3D运用上互动问题

  5) 解决VR节目或互动作品制作问题

  蓝普视讯对以上关于小间距在VR应用上的关键技术点的研究,已经深入到细节。在实际的实践过程中BAM的案例中,我们发现上述的5点是解决好小间距LED在实际的VR应用中关键。公司通过技术攻关已经成功的解决。

  四、关键技术点一,解决 LED小间距的摩尔纹问题

  解决摩尔纹的问题是解决裸视LED高清小间距在构建虚拟仿真环境的必须条件。怎么样去LED主动显示的颗粒感,怎么样实现面显示与点显示的无冲突。这个是构筑虚拟环境的真实性的关键技术。

  摩尔现象是一种视觉现象,在有一定间隔的物体上发生的干涉条纹。在实际拍摄时就像旁边的图片那样被摄物体间隔发生了彩虹色条纹,这种现象就叫做摩尔纹现象。比如过阳光明媚的天气反射在蚊帐或者窗帘上产生水波样条纹的现象相同。穿上有条纹的衣服后拍照时就会发生彩虹色的条纹现象。

  ·

  摩尔纹是差拍原理的一种表现。从数学上讲,两个频率接近的等幅正弦波叠加,合成信号的幅度将按照两个频率之差变化。同样,差拍原理也适用于空间频率。空间频率略有差异的条纹叠加,由于条纹间隔的差异、重合位置会逐渐偏移,也会形成差拍。如果感光元件CCD(CMOS)像素的空间频率与影像中条纹的空间频率接近,就会产生摩尔纹。要想消除摩尔纹,应当使镜头分辨率远小于感光元件的空间频率。当这个条件满足时,影像中不可能出现与感光元件相近的条纹,也就不会产生摩尔纹了。这种消除摩尔纹的方式很明显是不适合LED高清小间距的,因为LED小间距在室内显示的缺点就是分辨率问题。

  我公司针对LED小间距的摩尔纹问题,通过三年的研发和实践验证。我们成功的研制出了一款采用物理方式消减摩尔纹的方案。我公司研制的LED小间距面罩通过差拍原理和干涉条纹模式对小间距在帧频干涉状态下的摩尔纹现象进行了消减。下面是我公司的专利产品照片和专利号。

序号 发明专利名称 专利号
1 一种用于LED小间距摩尔纹消减面罩 ZL 2016 2 0570394.9
2 一种LED高清小间距卡扣式45度斜口断纹面罩 ZL 2016 2 0578931.4

  五、关键技术点二,解决 LED小间距3D大尺寸拼接的问题

  裸眼3d显示技术是影像行业最新、前沿的高新技术,它的出现改变了传统平面图像给人们带来的视觉疲惫,也是图像制作领域的一场技术革命,是一次质的变化,它以新特奇的表现手法,强烈的视觉冲击力,良好优美的环境感染力,吸引着人们的目光。

  裸眼立体影像产品的出现是影像领域的一次质的飞跃,是影像领域的一项技术革命,对于带动我国影像产业的发展具有重要的意义。将成为影像领域新的经济增长点。广阔的市场前景,无限拓展的市场空间,数字化的应用技术,成熟完备的工艺技术使得立体图像制品有了强大无限的生命力,其市场前景不可估量。

  LED小间距实现高分辨下的大尺寸柱状透镜拼接是困扰小间距在3D裸视应用领域的难点。解决这个在国际上的技术空白,必须满足柱状透镜无缝拼接的工艺和设计。

  1) 工作原理:利用柱透镜立体光栅实现立体成像原自于视差立体法,即利用人的双眼视差和会聚所构成的深度感实现人意识中的立体感。

  2) 技术特点:柱状透镜技术也被称为双凸透镜或微柱透镜3D技术,其最大的优势便是其亮度不会受到影响。柱状透镜3D技术的原理是在显示屏的前面加上一层柱状透镜,使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上,这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素,这样透镜就能以不同的方向投影每个子像素。于是双眼从不同的角度观看显示屏,就看到不同的子像素

  3) 创新点:1、全贴合  2、多视点(48视点) 3、错位拼接柱状透镜

序号 发明专利名称 专利号
1 一种柱状透镜3D裸眼技术的LED小间距拼接处理技术 ZL 2016 2 0567067.8

LED小间距显示技术采用的柱状透镜的工艺方式与LCD的有本质区别。本专利的柱状透镜采用的是全贴合,多视点的技术。在景出和景深的空间计算模型为一个固定间距一个固定3D模型,保证VR多人同场互动的空间定位模型的精准度。

  六、关键技术点三, 解决LED小间距高分辨率的问题

  VR虚拟现实对现实终端的高分辨率有着必须的要求,点间距大于1.6mm的显示产品是不适合做VR显示终端的。那么也就意味着越密越适合这样的应用。

  怎么样在有限的空间将LED小间距产品的密度有效的提升,我们对该项技术进行了深入的研究。我们采用了6倍动态像素复用技术。

  6倍动态虚拟像素技术,配合解决小间距分辨率低问题.  如:2mm间距,设计结果:0.333 mm间距:

COB封装工艺和亚像素复用技术

  我公司的预研模组的物理像素为2mm。在对该模组驱动控制时将采用亚像素复用技术,使得相邻亚像素又可形成新的虚拟像素。右图是亚像素复用情况。其中红色实线圆圈所包围的对应的物理实像素。蓝色虚线圆圈是对应的利用驱动控制所形成的虚拟像素。由图可见,总的像素个数大大增加,若不考虑边界情况,总像素数可提高为原来的6倍。

  1) 工作原理:采用亚像素再现技术

  2) 技术特点:对再现像素的高分辨率控制和高分辨率的子像素空间位置矫正技术

  4) 创新点: 空间子像素位置矫正技术,高分显示图像系统

序号 发明专利名称 专利号
1 一种基于COB的像素间距0.6毫米的超密LED显示处理技术 ZL 2016 2 0572090.6
2 一种6K点对点超大分辨率的编播系统 ZL 2016 2 0579392.6

  七、关键技术点四, 解决VR技术在 裸视 3D运用上互动问题

  多人同场互动的场地具备了裸视3D的显示环境,但是如何将人物真实的再现在沉浸式的仿真环境中,参与场景的互动与挖掘。这个首先必须保证真实人物在场景中精准定位,任何的动作必须小于1mm的追踪。我们采用了电磁加光学的处理方案。

  1) VR定位的关键部位是“头”+“手”,这两个部位定位好了就能获得VR互动体验最关键的信息。如果能补充“双脚”位置,基本上就能解决所有VR应用的需求;

  2) 时延不能超过20ms,否则会造成晕眩感,体验急剧下降;

  3) 定位精度越高越好,精度如果在1mm级可以获得最为良好的体验,如果多人之间的协同定位精度在10mm以内,也是可以满足需求的;

  4) 覆盖20m×20m范围场地,可定位人数满足10人,基本上就能满足所有大场景VR应用。

  项目中主要涉及到互动定位系统和VR编播系统,两年来我们一直就该系统不断升级和提升,现在我们该系统也申请了专利。

序号 软件著作权名称 编号
1 裸眼3D显示系统互动控制系统软件V1.0 2016SR100496
2 裸眼3D显示拼接控制及播放软件V3.2 2016SR100504

  八、关键技术点五, 解决VR 节目或互动作品制作问题

  VR的叙事方式是将观众置于场景中,带给他们身临其境的感受。它的力量在于让观众“参与”一个场景或事件。无论是在泰坦尼克号的沉船中潜泳,还是冲进英格兰骑士的战争,VR可以让我们经历以前只能停留在想象中的事情。从这个角度来说,目前VR的发展与一个世纪前电影刚出现,或者上世纪40年代电视刚出现时非常相似。没错,仍有重大的技术难题等待攻克,但我们仍需想象一种全新的影音叙事方法,参与到全新的沉浸式媒体体验之中。

  帮助观众置于虚拟世界的技术非常多。在电影中,VR的主要目标和创新之一是创造一种身临其境感,这需要不同的剪接材料、变换场景的技术。声音体现了新的重要性——沉浸式的、周边环境的声音会依据VR场景的切换而改变。

  1) VR数字城市系统定制

  蓝普视讯推出的 VR数字城市 系统 是一种虚拟城市形态,也是一种联接方式。它是实体场景的线上虚拟还原,作为一种联接方式,VR数字城市使原本点状分布的VR店聚集在一起,形成可以互联互动的网络平台。

  软件用途:具备建筑设计和城市规划方面的专业功能,如数据库查询、实时测量、通视分析、高度调整、分层显示、动态导航、日照分析等 。

  软件使用方式:VR数字城市作为城市生活的入口,有三种可能的呈现方式:平面方式、地图方式、VR全景方式

  2) VR工业仿真系统定制

  蓝普视讯推出的 VR 业仿真系统 是目前国内适合高端工业仿真的虚拟现实物理系统引擎。自诞生之日起,VP-3.0系统就以其强大的物理实时计算功能,简便快捷的开发方式,成熟完善的功能定制,为广大工业仿真需求用户轻而易举将此前许多只能停留于想法的优秀互动仿真创意方案完美的呈现于眼前,为国内广大工业仿真用户带来了仿真手段和技术实现水平的革命性进步。

  a、大型机械设备运行原理仿真,用于培训及产品电子样本演示。

  b、生产线流程仿真,用于技能培训教学和生产线模拟监控。

  c、各种虚拟场景和真实工业设施的交互操作应用。

  九、基于 LED小间距可视化系统配套显示终端产品

  蓝普视讯专注于可视化信息沟通领域,通过对LED小间距显示屏幕光学、电子、图像处理、信号传输、定位与识别等信息沟通技术的持续开发,以及对群体沟通习惯的细致研究,致力于为客户提供集硬件设备、软件平台和行业应用方案于一体的可视化信息沟通产品。公司在微密间距的产品研究投入1000多万,现拥有完善的产品体系,包含了1:1产品线、4:3产品线和16:9的产品线。这些产品线在配合VR多人同场3D可视化解决方案应用时提供了必须的保证。

  1) 蓝普视讯的SU43X系列(宙舰系列),该款产品主要是配套4:3的市场需求的一款LED小间距产品。

  2) 蓝普视讯的SU48X系列(金鼎系列),该款产品主要是配套1:1的市场需求的一款LED小间距产品。

  3) 蓝普视讯的SU63X系列(魔方系列),该款产品主要是配套16:9前维护的市场需求的一款LED小间距产品。

  十、蓝普视讯公司介绍

  深圳蓝普视讯成立于2012年12月14日,公司主要经营LED显示屏、OLED显示屏、裸眼3D显示技术和系统集成等业务,主要产品均具有自主知识产权。公司秉承“自主研发、自主创新”的理念,以“高质量、高标准、高要求、高可靠”的四高要求,逐渐成为全球领先的大屏幕数字显示系统及系统解决方案的专业供应商,是LED可视化应用解决方案领航者。

  蓝普视讯携手深圳大学ATR实验室合作成立的LED高清数字显示与控制技术工程中心专注于可视化信息沟通领域,通过对LED显示屏幕光学、电子、图像处理、信号传输、定位与识别等信息沟通技术的持续开发,以及对群体沟通习惯的细致研究,致力于为客户提供集硬件设备、软件平台和行业应用方案于一体的可视化信息沟通产品,使群体的沟通与决策更加简单、高效和便利。工程中心经过多年的努力,拥有LED裸眼3D测试系统,8K及超大分辨率的小间距逐点矫正平台,集群管理测试平台;同时工程中心在超高分辨率数字拼接墙系统控制平台、LED高清小间距拼接产品和拼接显示技术上具有较强的自主科技研发和产品生产实力。

  2015年12月公司在深圳松岗潭头西工业区建设有蓝普视讯工业园,制造中心拥有20条高速贴片设备和10000平方米的生产区域,拥有每月2000平方米显示屏幕的生产能力。

  蓝普视讯现有员工152人,其中制造中心100人,研发20余人,营销20余人。蓝普视讯人坚持“三品精神”,以建设社会为己任,力争提供更好的产品给广大用户,为经济和  国家发展承担应有的企业责任。

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