基于LED小間距3D顯示的VR可視化系統解決方案 ——深圳藍普視訊科技有限公司董事長兼總工 戴志明
來源:數字音視工程網 編輯:鐘詩倩 2017-03-08 14:49:01 加入收藏
公元2016,即VR元年。這個“年號”的定義,是全球科技界的大佬一起下的VR有多紅火?甚至可以毫不夸張地把這種現象形容為“一塌糊涂”。當下,VR有兩種主流的實現手段,一種是倍受市場追捧的消費級穿戴式VR設備,另一種則是多人通場互動式VR共享技術,體驗者沉浸于VR的虛擬世界中。
2016年6月,深圳藍普視訊科技獲得深圳市科技創新委資助項目“基于LED高清小間距的虛擬現實技術創新與應用”的科技創新項目,自此公司展開對基于LED高清小間距的虛擬現實技術創新與應用的研究工作。
由于VR技術提供了無與倫比的沉浸式體驗和代入感,把用戶從旁觀者變成了參與者,因此,在專業視聽、廣播電視、電影、游戲等各 多個領域都廣受推崇。然而,VR在各種應用中都離不開大屏顯示的需求,更好畫質效果的LED小間距顯示屏,無疑對于提升VR產品的用戶體驗,起到了顯著的作用。
一、LED 小間距 顯示屏與VR能否幸福結合
VR技術的誕生,LED顯示屏企業可以是最大受益者之一。之所以說它“可以是”,是因為它除了在這一領域具備了一定先天的優勢,兩者的結合,還是有著各種的障礙因素。
1) 從VR/AR產業鏈角度分析;顯示屏最基礎、最重要的硬件設施。LED顯示屏,尤其是小間距LED顯示屏,一向擁有著高分辨率、無拼縫、顯示效果自然真實、外形靈活以及搭載觸摸顯示等良好的口碑,理論上絕對能帶來的一流的視覺體驗享受。誠然,LED顯示屏作為終端顯示產品,與VR技術產業在體驗互動、傳 媒、廣告、教育、影院等方面都可以得到充分結合。
2) 從價格角度分析;VR 在未來的兩個發展方向大致上有兩個:一是民用市場;一是商用市場。作為終端顯示產品的LED顯示屏固然有著它的優勢,但它還有著不容忽視的競爭對手,其中就受到了包括老敵手液晶顯示屏和快速成長中的新材料OLED背腹夾攻。 單論性價比,液晶顯示屏占有著絕對的優勢。
3) 從顯示效果角度分析;AMOLED也早已被用于移動端上,成為了VR技術接入移動端的顯示載體。因此,LED顯示屏在VR領域絕非能夠輕易處于壟斷地位,對手虎視眈眈,攔途截胡,搶掠及侵并市場份額。
目前,雖然許多的LED顯示屏企業都表示出對VR的興趣,并密切關注其發展,然都大多是停留在“光看不練”的階段,除了技術與價格制約,還有就是因為意識到虛擬現實等技術與小間距的融合發展,如何建立一種盈利模式,還將是一大難題。
二、LED 小間距 顯示屏與VR結合 怎么樣發揮差異化
眼看一片新藍海出現卻未敢輕舉妄動,有LED企業就曾表示,包括小間距LED在內的大屏產業發展需要背后千億級市場的支撐,VR/AR即使已經具備了這樣的產業條件,甚至輔以政策的支持,但小間距LED屏VR/AR應用又需要龐大企業體量的支撐,加上當前市場卻尚未形成行之有效的標準化商業模式。可想而知, 小間距LED顯示屏行業需要的不是一擁而上,而是更需要思考差異化發展。
2016年6月,深圳藍普視訊科技獲得深圳市科技創新委資助項目“基于LED高清小間距的虛擬現實技術創新與應用”的科技創新項目,自此公司展開對基于LED高清小間距的虛擬現實技術創新與應用的研究工作。
LED小間距VR技術與穿戴式VR的區別(見下圖),他們是的區別正是我們清楚的區分和理解LED小間距特點的切入口。分析他們兩種模式的區別,是我們解決好LED小間距VR應用的關鍵。
單人
跨網絡(量子計算機) 眼膜刺激 多人
大型或巨型 、同場互動
三、藍普視訊關于“基于 LED高清小間距的VR 虛擬現實技術創新與應用 ”有哪些特點
1) 解決LED小間距顯示的摩爾紋問題
2) 解決3D-LED小間距大尺寸拼接問題
3) 解決3D-LED小間距單位面積高分辨率問題
4) 解決VR技術在裸視3D運用上互動問題
5) 解決VR節目或互動作品制作問題
藍普視訊對以上關于小間距在VR應用上的關鍵技術點的研究,已經深入到細節。在實際的實踐過程中BAM的案例中,我們發現上述的5點是解決好小間距LED在實際的VR應用中關鍵。公司通過技術攻關已經成功的解決。
四、關鍵技術點一,解決 LED小間距的摩爾紋問題
解決摩爾紋的問題是解決裸視LED高清小間距在構建虛擬仿真環境的必須條件。怎么樣去LED主動顯示的顆粒感,怎么樣實現面顯示與點顯示的無沖突。這個是構筑虛擬環境的真實性的關鍵技術。
摩爾現象是一種視覺現象,在有一定間隔的物體上發生的干涉條紋。在實際拍攝時就像旁邊的圖片那樣被攝物體間隔發生了彩虹色條紋,這種現象就叫做摩爾紋現象。比如過陽光明媚的天氣反射在蚊帳或者窗簾上產生水波樣條紋的現象相同。穿上有條紋的衣服后拍照時就會發生彩虹色的條紋現象。
·
摩爾紋是差拍原理的一種表現。從數學上講,兩個頻率接近的等幅正弦波疊加,合成信號的幅度將按照兩個頻率之差變化。同樣,差拍原理也適用于空間頻率。空間頻率略有差異的條紋疊加,由于條紋間隔的差異、重合位置會逐漸偏移,也會形成差拍。如果感光元件CCD(CMOS)像素的空間頻率與影像中條紋的空間頻率接近,就會產生摩爾紋。要想消除摩爾紋,應當使鏡頭分辨率遠小于感光元件的空間頻率。當這個條件滿足時,影像中不可能出現與感光元件相近的條紋,也就不會產生摩爾紋了。這種消除摩爾紋的方式很明顯是不適合LED高清小間距的,因為LED小間距在室內顯示的缺點就是分辨率問題。
我公司針對LED小間距的摩爾紋問題,通過三年的研發和實踐驗證。我們成功的研制出了一款采用物理方式消減摩爾紋的方案。我公司研制的LED小間距面罩通過差拍原理和干涉條紋模式對小間距在幀頻干涉狀態下的摩爾紋現象進行了消減。下面是我公司的專利產品照片和專利號。
序號 發明專利名稱 專利號
1 一種用于LED小間距摩爾紋消減面罩 ZL 2016 2 0570394.9
2 一種LED高清小間距卡扣式45度斜口斷紋面罩 ZL 2016 2 0578931.4
五、關鍵技術點二,解決 LED小間距3D大尺寸拼接的問題
裸眼3d顯示技術是影像行業最新、前沿的高新技術,它的出現改變了傳統平面圖像給人們帶來的視覺疲憊,也是圖像制作領域的一場技術革命,是一次質的變化,它以新特奇的表現手法,強烈的視覺沖擊力,良好優美的環境感染力,吸引著人們的目光。
裸眼立體影像產品的出現是影像領域的一次質的飛躍,是影像領域的一項技術革命,對于帶動我國影像產業的發展具有重要的意義。將成為影像領域新的經濟增長點。廣闊的市場前景,無限拓展的市場空間,數字化的應用技術,成熟完備的工藝技術使得立體圖像制品有了強大無限的生命力,其市場前景不可估量。
LED小間距實現高分辨下的大尺寸柱狀透鏡拼接是困擾小間距在3D裸視應用領域的難點。解決這個在國際上的技術空白,必須滿足柱狀透鏡無縫拼接的工藝和設計。
1) 工作原理:利用柱透鏡立體光柵實現立體成像原自于視差立體法,即利用人的雙眼視差和會聚所構成的深度感實現人意識中的立體感。
2) 技術特點:柱狀透鏡技術也被稱為雙凸透鏡或微柱透鏡3D技術,其最大的優勢便是其亮度不會受到影響。柱狀透鏡3D技術的原理是在顯示屏的前面加上一層柱狀透鏡,使液晶屏的像平面位于透鏡的焦平面上,這樣在每個柱透鏡下面的圖像的像素被分成幾個子像素,這樣透鏡就能以不同的方向投影每個子像素。于是雙眼從不同的角度觀看顯示屏,就看到不同的子像素
3) 創新點:1、全貼合 2、多視點(48視點) 3、錯位拼接柱狀透鏡
序號 發明專利名稱 專利號
1 一種柱狀透鏡3D裸眼技術的LED小間距拼接處理技術 ZL 2016 2 0567067.8
LED小間距顯示技術采用的柱狀透鏡的工藝方式與LCD的有本質區別。本專利的柱狀透鏡采用的是全貼合,多視點的技術。在景出和景深的空間計算模型為一個固定間距一個固定3D模型,保證VR多人同場互動的空間定位模型的精準度。
六、關鍵技術點三, 解決LED小間距高分辨率的問題
VR虛擬現實對現實終端的高分辨率有著必須的要求,點間距大于1.6mm的顯示產品是不適合做VR顯示終端的。那么也就意味著越密越適合這樣的應用。
怎么樣在有限的空間將LED小間距產品的密度有效的提升,我們對該項技術進行了深入的研究。我們采用了6倍動態像素復用技術。
6倍動態虛擬像素技術,配合解決小間距分辨率低問題. 如:2mm間距,設計結果:0.333 mm間距:
COB封裝工藝和亞像素復用技術
我公司的預研模組的物理像素為2mm。在對該模組驅動控制時將采用亞像素復用技術,使得相鄰亞像素又可形成新的虛擬像素。右圖是亞像素復用情況。其中紅色實線圓圈所包圍的對應的物理實像素。藍色虛線圓圈是對應的利用驅動控制所形成的虛擬像素。由圖可見,總的像素個數大大增加,若不考慮邊界情況,總像素數可提高為原來的6倍。
1) 工作原理:采用亞像素再現技術
2) 技術特點:對再現像素的高分辨率控制和高分辨率的子像素空間位置矯正技術
4) 創新點: 空間子像素位置矯正技術,高分顯示圖像系統
序號 發明專利名稱 專利號
1 一種基于COB的像素間距0.6毫米的超密LED顯示處理技術 ZL 2016 2 0572090.6
2 一種6K點對點超大分辨率的編播系統 ZL 2016 2 0579392.6
七、關鍵技術點四, 解決VR技術在 裸視 3D運用上互動問題
多人同場互動的場地具備了裸視3D的顯示環境,但是如何將人物真實的再現在沉浸式的仿真環境中,參與場景的互動與挖掘。這個首先必須保證真實人物在場景中精準定位,任何的動作必須小于1mm的追蹤。我們采用了電磁加光學的處理方案。
1) VR定位的關鍵部位是“頭”+“手”,這兩個部位定位好了就能獲得VR互動體驗最關鍵的信息。如果能補充“雙腳”位置,基本上就能解決所有VR應用的需求;
2) 時延不能超過20ms,否則會造成暈眩感,體驗急劇下降;
3) 定位精度越高越好,精度如果在1mm級可以獲得最為良好的體驗,如果多人之間的協同定位精度在10mm以內,也是可以滿足需求的;
4) 覆蓋20m×20m范圍場地,可定位人數滿足10人,基本上就能滿足所有大場景VR應用。
項目中主要涉及到互動定位系統和VR編播系統,兩年來我們一直就該系統不斷升級和提升,現在我們該系統也申請了專利。
序號 軟件著作權名稱 編號
1 裸眼3D顯示系統互動控制系統軟件V1.0 2016SR100496
2 裸眼3D顯示拼接控制及播放軟件V3.2 2016SR100504
八、關鍵技術點五, 解決VR 節目或互動作品制作問題
VR的敘事方式是將觀眾置于場景中,帶給他們身臨其境的感受。它的力量在于讓觀眾“參與”一個場景或事件。無論是在泰坦尼克號的沉船中潛泳,還是沖進英格蘭騎士的戰爭,VR可以讓我們經歷以前只能停留在想象中的事情。從這個角度來說,目前VR的發展與一個世紀前電影剛出現,或者上世紀40年代電視剛出現時非常相似。沒錯,仍有重大的技術難題等待攻克,但我們仍需想象一種全新的影音敘事方法,參與到全新的沉浸式媒體體驗之中。
幫助觀眾置于虛擬世界的技術非常多。在電影中,VR的主要目標和創新之一是創造一種身臨其境感,這需要不同的剪接材料、變換場景的技術。聲音體現了新的重要性——沉浸式的、周邊環境的聲音會依據VR場景的切換而改變。
1) VR數字城市系統定制
藍普視訊推出的 VR數字城市 系統 是一種虛擬城市形態,也是一種聯接方式。它是實體場景的線上虛擬還原,作為一種聯接方式,VR數字城市使原本點狀分布的VR店聚集在一起,形成可以互聯互動的網絡平臺。
軟件用途:具備建筑設計和城市規劃方面的專業功能,如數據庫查詢、實時測量、通視分析、高度調整、分層顯示、動態導航、日照分析等 。
軟件使用方式:VR數字城市作為城市生活的入口,有三種可能的呈現方式:平面方式、地圖方式、VR全景方式
2) VR工業仿真系統定制
藍普視訊推出的 VR 工 業仿真系統 是目前國內適合高端工業仿真的虛擬現實物理系統引擎。自誕生之日起,VP-3.0系統就以其強大的物理實時計算功能,簡便快捷的開發方式,成熟完善的功能定制,為廣大工業仿真需求用戶輕而易舉將此前許多只能停留于想法的優秀互動仿真創意方案完美的呈現于眼前,為國內廣大工業仿真用戶帶來了仿真手段和技術實現水平的革命性進步。
a、大型機械設備運行原理仿真,用于培訓及產品電子樣本演示。
b、生產線流程仿真,用于技能培訓教學和生產線模擬監控。
c、各種虛擬場景和真實工業設施的交互操作應用。
九、基于 LED小間距可視化系統配套顯示終端產品
藍普視訊專注于可視化信息溝通領域,通過對LED小間距顯示屏幕光學、電子、圖像處理、信號傳輸、定位與識別等信息溝通技術的持續開發,以及對群體溝通習慣的細致研究,致力于為客戶提供集硬件設備、軟件平臺和行業應用方案于一體的可視化信息溝通產品。公司在微密間距的產品研究投入1000多萬,現擁有完善的產品體系,包含了1:1產品線、4:3產品線和16:9的產品線。這些產品線在配合VR多人同場3D可視化解決方案應用時提供了必須的保證。
1) 藍普視訊的SU43X系列(宙艦系列),該款產品主要是配套4:3的市場需求的一款LED小間距產品。
2) 藍普視訊的SU48X系列(金鼎系列),該款產品主要是配套1:1的市場需求的一款LED小間距產品。
3) 藍普視訊的SU63X系列(魔方系列),該款產品主要是配套16:9前維護的市場需求的一款LED小間距產品。
十、藍普視訊公司介紹
深圳藍普視訊成立于2012年12月14日,公司主要經營LED顯示屏、OLED顯示屏、裸眼3D顯示技術和系統集成等業務,主要產品均具有自主知識產權。公司秉承“自主研發、自主創新”的理念,以“高質量、高標準、高要求、高可靠”的四高要求,逐漸成為全球領先的大屏幕數字顯示系統及系統解決方案的專業供應商,是LED可視化應用解決方案領航者。
藍普視訊攜手深圳大學ATR實驗室合作成立的LED高清數字顯示與控制技術工程中心專注于可視化信息溝通領域,通過對LED顯示屏幕光學、電子、圖像處理、信號傳輸、定位與識別等信息溝通技術的持續開發,以及對群體溝通習慣的細致研究,致力于為客戶提供集硬件設備、軟件平臺和行業應用方案于一體的可視化信息溝通產品,使群體的溝通與決策更加簡單、高效和便利。工程中心經過多年的努力,擁有LED裸眼3D測試系統,8K及超大分辨率的小間距逐點矯正平臺,集群管理測試平臺;同時工程中心在超高分辨率數字拼接墻系統控制平臺、LED高清小間距拼接產品和拼接顯示技術上具有較強的自主科技研發和產品生產實力。
2015年12月公司在深圳松崗潭頭西工業區建設有藍普視訊工業園,制造中心擁有20條高速貼片設備和10000平方米的生產區域,擁有每月2000平方米顯示屏幕的生產能力。
藍普視訊現有員工152人,其中制造中心100人,研發20余人,營銷20余人。藍普視訊人堅持“三品精神”,以建設社會為己任,力爭提供更好的產品給廣大用戶,為經濟和 國家發展承擔應有的企業責任。
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