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球幕多媒体宝典 Shariden·Shashy 资料创造者：Shriden·Shashy 球幕资料 球幕投影可以表现出高分辨率、大视角范围的显示效果，可以给观众带来新颖的视觉体验，让观众感受到强烈的视觉震撼和身临其境的感觉。 概述 球幕投影是指使用一台或多台投影机，在球形屏幕上投影出完整连续的画面。球幕投影可以表现出高分辨率、大视角范围的显示效果，可以给观众带来新颖的视觉体验，让观众感受到强烈的视觉震撼和身临其境的感觉。 球幕投影技术目前主要应用在大型球幕影院(数字天文馆)、大型科技馆、球形广告。球幕投影技术的另外一个主要应用是模拟仿真领域。   360度穹顶式球幕投影非常便于展示宇宙空间或星空场景，所以穹顶式球幕多用于影院、天象厅等应用。例如北京天文馆新馆(该系统使用了7台激光投影机，由7台SGI工作站实现球幕视频播放)；以及四川华控图形科技有限公司在中国科学院云南天文台建设的数字天象厅(球幕直径8米，五通道投影，屏幕分辨率为2K×2K，约400万像素)。  作为一种新颖的大屏幕显示形式，除了数字天象厅应用，目前球幕投影技术越来越多应用于科技场馆展示。 图2：小型球形投影展顶 球幕投影原理 一.球幕投影坐标 近年来，虚拟现实技术己经成为计算机视觉、图像处理、计算机图形学、人工智能研究的热点。虚拟现实技术也开始得到广泛的应用，如房地产、展览会馆、娱乐等。基于图像绘制技术的虚拟现实，比传统的三维建模构造的虚拟现实方法更加简单、有效，而且构造的场景逼真度高，对场景处理只与图像分辨率有关，与场景复杂度无关。 球幕投影技术采用虚拟现实技术来制作360度球幕虚拟场景。由于球幕投影的内容要做到对大视角(超过180度)空间进行全面的显示。所以球幕系统中使用的鱼眼投影对球面，特别是虚拟球体时要能产生立体沉浸效果。在计算机图形绘制中，鱼眼投影通常有两种情况，正交鱼眼图像和等距鱼眼图像，前者会造成天顶处的拉伸和赤道处的压缩，而后者则能够实现象素在球面上的平均分布。 1、正交鱼眼投影 正交鱼眼投影是把半球面上的点平行投影到平面上，在图像平面上得到一个圆形的投影图像。图3(左)描述了正交鱼眼投影。半球投影视角范围最大到180度。在0度附近，投影图像几乎没有变形，但是在平面的最外边缘(接近90度)，图像变形很大，这个地方的图像看起来显得比较拥挤。由于正交鱼眼投影的这种放射性的变形，在球幕边缘信息丢失严重，因此在实际应用中比等距鱼眼投影要少。 2、等距鱼眼投影 等距鱼眼投影的定义是，投影图像上的点到图像中心的距离和球面上对应点与球心连线到照相机的光轴的方向角成比例。在等距鱼眼投影图像上，整个图像分布几乎是均匀的。等距鱼眼投影视角范围最大可以到360度。但是360度的等距鱼眼投影图像最外边缘是在一个点附近投影到图像平面上的，因此很不容易理解。图3(右)描述的是180度角的等距鱼眼投影。可以看出，投影图像上的点离中心距离和投影球面上点到光轴的角度是直接映射的。180度的等距鱼眼投影只有一半场景投影到图像平面上，360度可以投影全部的场景。  图3：(左)正交鱼眼投影(右)等距鱼眼投影 3、经纬映射图像 球面描述常用的方法是球面经纬映射图像。这种经纬映射图像方法虽然在绘图学很少应用，但是在计算机图形学中却得到了广泛的使用，因为在计算机上存储单位球是很困难的，把球面分成小片非常复杂。球面的经纬映射图像就是把单位球面上的点按经纬度映射到一个矩形纹理图像上的点，经度映射成矩形的水平坐标，纬度映射成垂直坐标，矩形的长宽比为2:1，经度从0到360度，纬度从-90到90度。这样，球面极坐标可以直接使用矩形纹理图像的水平垂直坐标。在这个纹理图像中，最明显的变形就是水平方向的拉伸变形，在赤道上几乎没有拉伸变形，越接近南北极点，变形就越厉害，几乎拉伸到图像的整个宽度。 图4是单位球面上的P点和在经纬映射平面上的对应点的关系。常见的矩形世界地图就是的经纬映射纹理图像。这种投影方式在小型360度内投球中应用比较多(图2)。  二.球幕3D校正  用球幕投影系统实现仿真应用时，要将多个通道的3D虚拟场景显示在球幕上，不同通道显示的画面要能够拼接起来，而且拼接后的画面要符合3D虚拟场景的空间坐标关系。 图4：球幕3D校正 由于投影机安装位置和观众观看位置(Eye Point)是不相同的，而且可能一套系统是由多个投影机组成。所以需要对不同投影机投影的画面进行3D几何校正。  一般来说，投影点和需要的眼点都可能在球幕内的任意位置。如果投影点或观察点任意一个没有在球幕中心，则必须使用校正。校正一个点的过程相对直观。想象把球幕放在要渲染的场景内(图