Введение 3
1. Описание проекта 5
2. Технологии полнокупольной проекции 6
2.1 Проецирование в больших купольных залах 6
2.2 Проецирование в малых купольных залах 9
2.2.1 Использование сверхширокоугольного объектива 10
2.2.2 Использование сферического зеркала 11
2.2.3 Сравнение технологий проецирования с использованием
сверхширокоугольной линзы и сферического зеркала 14
3. Математическая модель 16
3.1 Проецирование пространства на плоскость 16
3.2 Внеосевое fisheye-проецирование 22
4. Метод реализации 28
4.1 Рассмотренные технологии 28
4.2 Базовые алгоритм 30
4.3 Реализация алгоритма в Unity 3D 36
5. Описание разработанного фреймворка 37
Заключение 39
Список источников 41
Приложение к выпускной квалификационной работе 4
Fulldome или полнокупольная проекция - технология проецирования панорамных изображений в купольных залах для создания иммерсионной среды. Сейчас, когда интерес всего мира к виртуальной реальности так высок, а разрешающая способность и цветопередача устройств вывода вышли на новый уровень, полнокупольная проекция становится актуальной для применения во множестве областей.
Изначально технология применялась для демонстрации звездного неба при помощи планетария, оптико-механического прибора, подобного проектору с постоянным изображением, но развитие технологий визуализации, аппаратного и программного обеспечения позволили превратить их в кинотеатры с эффектом присутствия и создать виртуальную реальность, в которой несколько человек одновременно могут разделить опыт научных исследований. Свое развитие купольная проекция получила благодаря индустрии развлечений, после того как компания IMAX в 1960-х годах разработала первый стандарт для подобных систем - OMNIMAX. Дальнейший технический прогресс позволил перенести цифровое проецирование обратно в планетарии для демонстрации цифровых изображений на всей площади купола. Сотни популярных научных музеев по всему миру были переоборудованы системами цифровой полнокупольной проекции, и новые залы появляются постоянно. Портативные надувные купола могут быть установлены на различных публичных площадках, в том числе в школах.
Полнокупольное проецирование - перспективная технология, которая может быть применена для решения многих задач, связанных с созданием виртуальной реальности. Полнокупольные видео делят значительную часть технической инфраструктуры с новейшими гарнитурами виртуальной реальности (VR)[1], а современные вычислительные мощности делают возможной генерацию контента интерактивных приложений для проекции на купол в режиме реального времени. Опыт персонализированных VR позволяет привлечь новую аудиторию и помогает людям по-новому взглянуть на уже известный контент, благодаря новой обстановке, а также предоставляет новые возможности изучения для производителей полнокупольных систем.
Угол обзора купольных экранов создает ощущение погружения в виртуальную реальность, в которой человек может находиться длительное время без вреда для здоровья, в отличие от побочных эффектов, наблюдаемых при использовании шлемов и очков виртуальной реальности. Дополнительным преимуществом является возможность нахождения нескольких человек в одной виртуальной реальности. Присутствие других людей имеет большое влияние на осмысление человеком собственного опыта.
Яркие впечатления от нахождения в непривычной, виртуальной среде влияют на способности человека к восприятию, обработке и запоминанию информации, что открывает на новые возможности для изучения возможностей собственного мозга.
В результате работы был разработан фреймворк для создания интерактивных приложений, созданных на движке Unity 3D, для показа в полнокупольных залах. Это первый этап на пути к разработке универсального кроссплатформенного фреймворка, позволяющего разработчикам интерактивных приложений генерировать изображения для проецирования в различных полнокупольных системах.
Были выполнены основные задачи по изучению технологий проецирования, математического моделирования и генерации fisheye- изображений; разработан базовый алгоритм создания изображений в формате dome master в режиме реального времени (в том числе с применением спецификации OpenGL) и его реализация для Unity 3D.
Дальнейшие запланированные шаги - реализация алгоритмов дополнительной деформации широкоугольных изображений для внеосевой проекции, а также алгоритмы оптимизации процессов нарезки кадра [11] и смешения краев для систем из нескольких проекторов.
Цифровые купольные кинотеатры позволили расширить образовательные и культурные полнокупольные программы и демонстрировать не только ночное небо, но и всевозможные научные фильмы и интерактивные приложения, проводить “живые” художественные выставки и многое другое. Так как высокое качество визуализации позволяет демонстрировать не только документальные материалы, но и интерактивные произведения современного искусства в высоком разрешении и с использованием различных спецэффектов, уже ведутся [12] споры о будущем развитии полнокупольной проекции: останется ли это технология “научной”, или она будет активнее использоваться в сфере искусства и развлечений. Перспективы развития по-прежнему неясны, так как создание контента особого формата до сих пор остается не самой простой задачей. Также широко обсуждается вопрос коммерциализации, стоит ли сохранить уникальность формата для привлечения аудитории к научным темам или развивать медийные и развлекательные коммерческие проекты, доход от которых мог бы развитию индустрии полнокупольной проекции.
