Journal of the Korea Computer Graphics Society (한국컴퓨터그래픽스학회논문지)

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Omnidirectional Environmental Projection Mapping with Single Projector and Single Spherical Mirror

단일 프로젝터와 구형 거울을 활용한 전 방향프로젝션 시스템

  • Received : 2014.11.24
  • Accepted : 2015.02.27
  • Published : 2015.03.01
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Abstract

Researchers have developed virtual reality environments to provide audience with more visually immersive experiences than previously possible. One of the most popular solutions to build the immersive VR space is a multi-projection technique. However, utilization of multiple projectors requires large spaces, expensive cost, and accurate geometry calibration among projectors. This paper presents a novel omnidirectional projection system with a single projector and a single spherical mirror.We newly designed the simple and intuitive calibration system to define the shape of environment and the relative position of mirror/projector. For successful image projection, our optimized omnidirectional image generation step solves image distortion produced by the spherical mirror and a calibration problem produced by unknown parameters such as the shape of environment and the relative position between the mirror and the projector. Additionally, the focus correction is performed to improve the quality of the projection. The experiment results show that our method can generate the optimized image given a normal panoramic image for omnidirectional projection in a rectangular space.

360도 전방향을 촬영한 파노라마 이미지를 디스플레이 하기 위해서는 기존의 플랫하고 좁은 시야 각을 커버하는 스크린 시스템으로는 큰 비효율을 갖는다. 반면, 환경에 직접 이미지를 투사하는 방식인 몰입 형 환경 투사 시스템을 활용하면 보다 넓은 화각의 디스플레이 시스템의 구현이 가능하다. 기존의 환경 투사 시스템은 다수의 프로젝터로 넓은 화각을 커버하는 형태인 다중 투사 기술을 활용하여 왔으나 다수의 장비로 인한 넓은 공간의 필요성, 유지관리에 대한 어려움, 다소 비싼 설치비용과 같은 문제점을 가지고 있었다. 반면, 거울투사 시스템은 상대적으로 간단한 구조로 이루어져 이에 좋은 대안이 될 수 있으나, 정교한 설치의 필요성과 거울의 왜곡으로 인해 캘리브레이션이 쉽지 않다는 문제점을 지니고 있었다. 본 논문에서는 임의의 공간에서 보다 쉽고 편리한 파노라마 디스플레이 시스템을 만들 수 있도록 단일 프로젝터와 단일 구형 반사경을 활용한 전방향 환경 거울 투사 시스템을 제안한다. 빠르고 쉬운 캘리브레이션 과정을 위해 사용자에게 직관적이고 최적화된 캘리브레이션 시스템을 제공하여 시스템 설치과정의 효율성을 높였다. 또한, 캘리브레이션 정보를 바탕으로 이미지를 워핑하고 보정하여 투사 환경에 최적화된 이미지를 만드는 제작 방법을 제시한다. 다양한 실험들을 통해 제시된 결과는 우리 방식이 전방향 환경 투사 시스템을 구축하는데 보다 빠르고 최적화된 결과물을 만드는데 있어 효율을 증진시켰음을 확인하였다. 결론적으로, 우리가 제안한 시스템을 통해서 임의의 공간에서 적은 수의입력을 통해 쉽고 편리하게 전방향 투사 시스템을 만들 수 있다. 이는 파노라마 이미지의 활용도와 디스플레이 환경을 개선하였고, 또한 이러한 환경에 최적화된 이미지 제작 방법을 제안하여, 해상도 손실 없이 이미지 제작을 가능하게 하였다.

Keywords

References

  1. C. Cruz-Neira, D. J. Sandin, T. A. DeFanti, R. V. Kenyon, and J. C. Hart, "The cave: audio visual experience automatic virtual environment," Communications of the ACM, vol. 35, no. 6, pp. 64-72, 1992.
  2. A. Simon and M. Gobel, "The i-coneTM-a panoramic display system for virtual environments," in Computer Graphics and Applications, 2002. Proceedings. 10th Pacific Conference on. IEEE, 2002, pp. 3-7.
  3. M. McGinity, J. Shaw, V. Kuchelmeister, A. Hardjono, and D. D. Favero, "Avie: a versatile multi-user stereo 360 interactive vr theatre," in Proceedings of the 2007 workshop on Emerging displays technologies: images and beyond: the future of displays and interacton. ACM, 2007, p. 2.
  4. T. A. DeFanti, D. Acevedo, R. A. Ainsworth, M. D. Brown, S. Cutchin, G. Dawe, K.-U. Doerr, A. Johnson, C. Knox, R. Kooima, et al., "The future of the cave," Central European Journal of Engineering, vol. 1, no. 1, pp. 16-37, 2011. https://doi.org/10.2478/s13531-010-0002-5
  5. A. Ohte, O. Tsuzuki, and K. Mori, "A practical spherical mirror omnidirectional camera," in Robotic Sensors: Robotic and Sensor Environments, 2005. International Workshop on. IEEE, 2005, pp. 8-13.
  6. P. Bourke, "Using a spherical mirror for projection into immersive environments," Graphite, ACM Siggraph, Dunedin, 2005.
  7. R. Raskar, "Immersive planar display using roughly aligned projectors," in Virtual Reality, 2000. Proceedings. IEEE. IEEE, 2000, pp. 109-115.
  8. T. Hollerer, J. Kuchera-Morin, and X. Amatriain, "The allosphere: a large-scale immersive surround-view instrument," in Proceedings of the 2007 workshop on Emerging displays technologies: images and beyond: the future of displays and interacton. ACM, 2007, p. 3.
  9. C. Cruz-Neira, D. J. Sandin, and T. A. DeFanti, "Surroundscreen projection-based virtual reality: the design and implementation of the cave," in Proceedings of the 20th annual conference on Computer graphics and interactive techniques. ACM, 1993, pp. 135-142.
  10. T. Avraham and Y. Y. Schechner, "Ultrawide foveated video extrapolation," Selected Topics in Signal Processing, IEEE Journal of, vol. 5, no. 2, pp. 321-334, 2011. https://doi.org/10.1109/JSTSP.2010.2065213
  11. D. W. Rees, "Panoramic television viewing system," Apr. 7 1970, uS Patent 3,505,465.
  12. V. S. Nalwa, "Panoramic viewing system with offset virtual optical centers," Aug. 29 2000, uS Patent 6,111,702.
  13. B. Sajadi and A. Majumder, "Automatic registration of multiprojector domes using a single uncalibrated camera," in Computer Graphics Forum, vol. 30, no. 3. Wiley Online Library, 2011, pp. 1161-1170.
  14. H. Ishiguro, "Development of low-cost compact omnidirectional vision sensors and their applications," in Proc. Int. Conf. Information systems, analysis and synthesis, 1998, pp. 433-439.
  15. C. Nitschke, A. Nakazawa, and H. Takemura, "Displaycamera calibration using eye reflections and geometry constraints," Computer Vision and Image Understanding, vol. 115, no. 6, pp. 835-853, 2011. https://doi.org/10.1016/j.cviu.2011.02.008
  16. Y. Francken, C. Hermans, and P. Bekaert, "Screen-camera calibration using a spherical mirror," in Computer and Robot Vision, 2007. CRV'07. Fourth Canadian Conference on. IEEE, 2007, pp. 11-20.
  17. A. Agrawal, "Extrinsic camera calibration without a direct view using spherical mirror," in Computer Vision (ICCV), 2013 IEEE International Conference on. IEEE, 2013, pp. 2368-2375.
  18. P. Mills, A. Sheikh, G. Thomas, and P. Debenham, "Surround video," eBook and USB produced by Sigma Orionis, p. 9, 2011.
  19. D. Swart and B. Torrence, "Mathematics meets photography part i," Math Horizons, vol. 19, no. 1, pp. 14-17, 2011. https://doi.org/10.4169/mathhorizons.19.1.14
  20. M. S. Brown, P. Song, and T.-J. Cham, "Image preconditioning for out-of-focus projector blur," in Computer Vision and Pattern Recognition, 2006 IEEE Computer Society Conference on, vol. 2. IEEE, 2006, pp. 1956-1963.