基于网络CAVE系统的搭建及图像的几何校正

本文讨论了一个搭建CAVE系统的方法。本系统的搭建由网络同步控制和图像校正显示两部分组成，网络同步控制整体上是一个主从式分布式网络结构，每台电脑之间通过同步卡进行连接，保证系统在最小的相应时间内可以并行发送指令。主服务器负责交互控制，其他电脑接受主服务器的命令和实时绘制、显示立体图像。图像校正显示部分主要研究了图像的几何校正算法，实现了对不平整投影幕的异性校正。通过在不同的虚拟漫游场景中进行测试，可以达到每秒60帧图像的显示速率，图像矫正占据每帧绘制时间大约5%，表明该系统具有良好的推广前景和较高的实用价值。

洞穴式虚拟现实展示系统(CAVE Automatic Virtual Environment)， 是目前最先进的虚拟漫游可视化展示系统， 它可以把参与者完全包围在一个虚幻环境中， 4 周都是通过投影展现的虚幻系统。

因为投影面(三个、五个、六个)已经覆盖用户的所有视野，所以CAVE 系统能带给参与者一种前所未有的身临其境的感受。CAVE 系统还具有较大的空间，因此在提供给使用者足够的沉浸感和交互感的同时，还能够让使用者之间相互配合，在虚拟漫游、工业设计、制造、装配领域CAVE 系统的优越性是毋庸置疑的。

CAVE 虚拟现实系统(如图1)一般包含4 到6 个显示面(可根据实际的需要进行选择)，每个投影面通过高分辨率的投影仪进行显示。

传统体投影显示系统是利用专业图形工作站使用高分辨率的立体投影机， 该系统价格昂贵，往往只在少数大型科研机构或大企业中使用。目前随着计算机技术的发展，高性能PC的计算能力以及GPU 图形处理能力已有了非常大的提升， 在某些方面甚至超越专业图形工作站。

同时在价格方面，工厂化大规模生产制造的PC 配件价格低廉，它的价格能够被大多数用户接受。基于网络PC机的立体投影显示系统成的特点是高性价比，价格是同等处理能力专业机价格的十分之一甚或几十分之一；扩展性好，理论上计算能力随节点数增加而线性增加，增删节点都很方便；使用灵活，可以做任何计算处理，不局限于图形处理；升级方便，可随时采用当前最先进的配件进行升级[1]。

本系统的搭建由网络同步控制和图像校正显示两部分组成，网络同步控制整体上是一个主从式分布式网络结构，每台电脑之间通过同步卡进行连接，保证系统在最小的相应时间内可以并行发送指令。主服务器负责交互控制，其他电脑接受主服务器的命令和实时绘制、显示立体图像。图像校正显示部分主要研通过图像的几何校正算法，实现了对不平整投影幕的异性校正。

2. 同步控制部分体系结构 同步控制部分通过高性能网络把5 台电脑进行连网组成一个并行计算系统。结构图如图2 所示每台电脑之间通过同步卡进行连接，保证系统在最小的相应时间内可以并行发送指令。主服务器负责交互控制，其他电脑接受主服务器的命令和实时绘制、显示立体图像，每台PC 分别负责CAVE 系统中一个投影面的立体影像绘制工作。网络使用NVIDIA G-SYNC 信号同步卡进行连接。

同步控制部分整体运作过程大致如下：在每一帧绘制前，操控端接收操作员提供的操作数据，并对