一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动系统的制作方法
本发明涉及多屏幕大空间显示，具体为一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动系统。
背景技术：
1、多屏幕一体化演绎是指将多个屏幕组合成一个统一的显示系统，通过同步渲染和透视校正等技术手段，将数字内容在这些屏幕上进行整体展示。目的是在一个超大空间内实现高分辨率、无缝衔接的画面演示，使观众能够在一个沉浸式的环境中体验数字内容。多屏幕一体化演绎的主要目的是满足展示行业中对于超大场景、超高分辨率显示需求的增长。这种演绎方式能够解决单个屏幕尺寸和分辨率的局限性，通过组合多个屏幕和多台渲染主机，实现更大范围、更高精度的画面展示。同时，结合交互终端的使用，提升观众的参与感和沉浸体验。
2、现有技术通常通过将多个显示设备（如led屏幕、投影仪等）进行组合，并利用专门的硬件和软件系统实现画面同步和拼接。这些系统通常依赖于高性能的图形处理单元（gpu）来进行渲染，并通过网络或硬件接口实现多台设备之间的同步操作。然而，现有技术在处理超大场景和超高分辨率时，往往会面临显卡性能不足、帧率低下、画面割裂等问题。尤其是在处理超大分辨率的场景时，需要非常高性能的显卡，成本高昂。且在处理海量三维数据时，常常会出现帧率低、画面卡顿的问题。同时多台主机之间的画面同步往往存在割裂或延迟，影响观众体验。因此现有技术中的交互终端往往功能有限，难以提供多样化和高效的互动体验。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动系统，解决了现有技术中硬件依赖性强、同步与拼接困难、渲染卡顿和互动形式单一的问题。
2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动的硬件系统，包括控制系统，所述控制系统连接有播放渲染系统，所述播放渲染系统连接有显示系统，所述显示系统连接有音响系统；
3、所述控制系统包括控制台、网络通信模块和渲染节点，所述播放渲染系统包括多节点渲染主机、透视变形矫正、网络通信、多级帧同步、输出至显示系统，所述显示系统包括屏幕布局、画面拼合、cave空间显示，所述音响系统包括音频处理模块和影响输出。
4、优选的，所述控制系统由触控式交互操作作为系统的核心管理单元，并通过网络与其他渲染节点进行通信，接收外设输入，并将指令传递给其他模块，且控制系统具有选择主节点的功能，确保整个系统的有序运行。
5、优选的，所述播放渲染系统由多节点的高性能图形渲染工作站组成，每个节点作为一个相对独立的处理单元，系统采用分布式设计，所有节点通过网络通信，进行同步渲染，每个节点可以成为主节点以处理外部输入并同步其他节点。
6、优选的，所述显示系统设计为多屏幕布局，形成一个cave空间，包括左、中、右三个墙面屏幕，天花板屏幕和地面屏幕，每个屏幕根据需要配置一到多台主机，以实现高分辨率显示，通过画面拼合，确保从主视角观看时，画面整体呈现正确的透视关系。
7、优选的，所述音响系统与显示系统同步，提供空间音效，增强用户的沉浸体验，通过音频处理，系统能够同步渲染三维场景中的音效，与视觉内容一致。
8、一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动的软件系统，包括连屏变形矫正模块，所述连屏变形矫正模块连接有多机帧同步模块；
9、所述多机帧同步模块连接有性能优化模块，所述性能优化模块连接有主屏同步渲染模块
10、优选的，所述连屏变形矫正模块用于解决多台主机显示内容拼合为一个整体画面的问题，尤其是在cave空间中，该模块针对每个屏幕进行二次透视变形计算，确保从主视角观看时，所有屏幕的显示内容形成一个完整的整体，且透视关系正确。
11、优选的，所述多机帧同步模块为了防止多台主机同时运行时画面割裂和不同步的问题，系统提供了多机帧同步模块，该模块确保每个渲染节点在同一时刻渲染相同的帧内容，从而避免显示不同步的问题。
12、优选的，所述性能优化模块中系统通过优化game、draw、gpu多个线程的调度，确保在高分辨率、多数据量场景下保持流畅的渲染性能，性能优化模块还提供了批处理生成代理模型的功能，以减少drawcall数量，减轻渲染负担。
13、优选的，所述主屏同步渲染模块支持平板或一体机终端的实时同步渲染，与主屏幕的三维场景内容保持一致，用户可以通过多种交互方式与三维场景互动，主屏幕同步响应操作结果。
14、本发明提供了一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动系统。具备以下有益效果：
15、本发明提供了一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动系统，该发明技术采用多主机配合多屏幕的组合配置，突破了传统单机多显卡的硬件瓶颈，使得系统能够支持超高分辨率的显示效果，为了实现多屏幕的无缝拼接，本发明系统引入了一体化的连屏变形矫正算法，能够自动校正多个屏幕之间的拼接误差，消除传统拼接方案中常见的接缝和图像畸变问题，确保画面的连续性和视觉效果的一致性，面对超大规模的三维场景，系统通过自研的流送机制，动态加载和渲染场景中的重点区域，避免了对整场景的全量加载，极大降低了计算和显卡的负担，通过引入代理模型和批处理工具，系统能够在不损失图形质量的前提下，优化大量细节模型的处理过程，这一机制有效提升了渲染效率，使得即使在高复杂度的场景下，也能够保持30帧每秒以上的流畅度，系统配备了主屏同步交互终端，能够实现包括手势识别、触控、遥控多种交互方式，这使得用户能够在参观过程中自由选择和切换互动方式，大大增强了互动的灵活性和趣味性，通过精细化的画面拼接和无缝的场景过渡，结合交互方式的丰富性，用户能够获得更为沉浸的体验，这对于展览馆、虚拟现实环境、教育培训场景具有显著的应用价值，通过将任务分散到多主机进行并行处理，系统有效降低了对单一高性能显卡的依赖，相较于传统方案，本发明在硬件配置上具有显著的成本优势，尤其适合大规模应用部署，其多主机架构使得系统在面临硬件故障或单节点崩溃时，能够迅速切换到其他节点，保证系统的稳定运行，这种设计大幅提高了系统的可靠性和抗风险能力，使其适用于对稳定性要求极高的应用场景，本发明通过在硬件配置、渲染技术、交互方式和系统架构多个方面的创新，极大提升了超大场景互动系统的性能和用户体验，其高效的超大分辨率显示能力、流畅的实时渲染、灵活多样的交互方式以及经济实用的硬件配置，使其在展示行业中具有显著的竞争优势。
技术特征：
1.一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动的硬件系统，包括控制系统，其特征在于：所述控制系统连接有播放渲染系统，所述播放渲染系统连接有显示系统，所述显示系统连接有音响系统；
2.根据权利要求1所述的一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动的硬件系统，其特征在于：所述控制系统由触控式交互操作作为系统的核心管理单元，并通过网络与其他渲染节点进行通信，接收外设输入，并将指令传递给其他模块，且控制系统具有选择主节点的功能，确保整个系统的有序运行。
3.根据权利要求1所述的一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动的硬件系统，其特征在于：所述播放渲染系统由多节点的高性能图形渲染工作站组成，每个节点作为一个相对独立的处理单元，系统采用分布式设计，所有节点通过网络通信，进行同步渲染，每个节点可以成为主节点以处理外部输入并同步其他节点。
4.根据权利要求1所述的一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动的硬件系统，其特征在于：所述显示系统设计为多屏幕布局，形成一个cave空间，包括左、中、右三个墙面屏幕，天花板屏幕和地面屏幕，每个屏幕根据需要配置一到多台主机，以实现高分辨率显示，通过画面拼合，确保从主视角观看时，画面整体呈现正确的透视关系。
5.根据权利要求1所述的一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动的硬件系统，其特征在于：所述音响系统与显示系统同步，提供空间音效，增强用户的沉浸体验，通过音频处理，系统能够同步渲染三维场景中的音效，与视觉内容一致。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动的软件系统，包括连屏变形矫正模块，其特征在于：所述连屏变形矫正模块连接有多机帧同步模块；
7.根据权利要求6所述的一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动的软件系统，其特征在于：所述连屏变形矫正模块用于解决多台主机显示内容拼合为一个整体画面的问题，尤其是在cave空间中，该模块针对每个屏幕进行二次透视变形计算，确保从主视角观看时，所有屏幕的显示内容形成一个完整的整体，且透视关系正确。
8.根据权利要求6所述的一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动的软件系统，其特征在于：所述多机帧同步模块为了防止多台主机同时运行时画面割裂和不同步的问题，系统提供了多机帧同步模块，该模块确保每个渲染节点在同一时刻渲染相同的帧内容，从而避免显示不同步的问题。
9.根据权利要求6所述的一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动的软件系统，其特征在于：所述性能优化模块中系统通过优化game、draw、gpu多个线程的调度，确保在高分辨率、多数据量场景下保持流畅的渲染性能，性能优化模块还提供了批处理生成代理模型的功能，以减少drawcall数量，减轻渲染负担。
10.根据权利要求6所述的一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动的软件系统，其特征在于：所述主屏同步渲染模块支持平板或一体机终端的实时同步渲染，与主屏幕的三维场景内容保持一致，用户可以通过多种交互方式与三维场景互动，主屏幕同步响应操作结果。
技术总结
本发明提供一种基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动系统，涉及多屏幕大空间显示技术领域。该基于多屏幕一体化演绎的超大场景互动的硬件系统，包括控制系统，所述控制系统连接有播放渲染系统，所述播放渲染系统连接有显示系统，所述显示系统连接有音响系统。本发明通过设计的软件模块，能够实现多个屏幕之间的无缝拼接，并进行透视校正，确保在主视角下的画面完整性和正确性，该系统能够处理超大范围的三维数字场景，且在保证高分辨率的前提下，帧率不低于30FPS，突破了现有技术的瓶颈，提供了主屏同步渲染的交互终端，支持多种操作方式，提升了观众的互动体验，通过硬件配置和软件优化，降低了对高性能显卡的依赖，提升了系统的性价比。
技术研发人员：张文跃,李晖,杨莉娟,李林,陈卫
受保护的技术使用者：上海风语筑文化科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5