随着虚拟现实技术的发展,相应的显示技术也得到了进一步提高。目前主要的显示技术有头戴式(HMD)显示方式和基于投影的显示方式等。其中,大屏幕投影显示方式因其观看视角广、眩晕感低、实现简单等特点,在互动影院、工业设计与装配等领域有比较广泛的应用。但是目前的大屏幕投影大都支持单一视点渲染,即使是处于同一物理空间的多名用户,也仅是根据其中一人的位置和视角渲染,会产生视角混乱现象,影响多用户的共场协同体验感。而相对于平面投影幕,基于曲面投影幕的虚拟现实环境下用户的视野更宽,移动更为自然,增强了用户的沉浸感和真实感。但是由于投影屏幕的几何特性,导致投影仪的投影图像出现几何变形、亮度和色彩出现失真,影响用户对形状和色彩的感知。本文研究对象是大屏幕投影显示系统,关注多用户共场协同的显示和交互问题。同时,针对多投影仪叠加投影时出现的几何校正问题,提出平面幕上的几何校正方法,消除多投影仪叠加投影时产生的畸变。此外,由于曲面的几何形状导致用户在移动过程中对同一屏幕位置的亮度感知出现差异,需要加以修正,以便用户对屏幕上固定位置感知到相同亮度。为此,本文提出了一种基于大屏幕立体投影的多人共场协同工作环境,以消防演练为背景,集成了多画面立体投影显示技术和多种感知交互技术,研发了支持共场协同的虚拟消防演练系统。同时,在多画面立体投影显示技术的实现方式中,提出了多投影仪叠加投影在平面屏幕上的几何校正方法,完成多画面显示的预校正工作。此外,本文研究提出了一种在曲面屏幕上的基于观察者位置进行亮度修正的方法,使用户在不同位置上观看曲面屏幕上同一位置感知到相同亮度,增强用户的沉浸感和真实感。归纳的,本文的主要工作和贡献概括如下:1.提出了一种基于大屏幕立体投影的多人共场协同工作环境,并以消防演练为背景,研发了支持共场协同的虚拟消防演练系统,允许3名用户独立控制漫游路径,观看专属的立体视频,并手持仿真消防水枪进行协同灭火的任务,增强了共场协同体验感。同时,允许远程控制端用户通过两种显示方式观看场景的实时状态,并通过多种交互方式调整虚拟场景布局,增强了系统的灵活性。2.提出了在平面屏幕上基于多投影仪叠加投影的几何校正方法。为了满足更好的显示效果,比如在多画面立体投影显示系统中,需要将多台投影仪进行叠加投影,以满足共场协同环境的需要。本文利用相机-投影仪系统,基于方形棋盘格模板实现了平面屏幕上三台投影仪叠加投影的几何校正,并在虚拟网球训练系统中得到验证。3.提出了在基于曲面屏幕的投影系统中基于观察者位置进行亮度修正的方法。在此系统中,由于用户的移动导致在不同位置感知到的同一屏幕位置的亮度不同,本文提出了一种实时亮度修正方式:首先在观察者的移动区域中选择几个参考位置,并从中选取合适的基准位置,确定最终修正到的目标亮度;其次利用条纹图案投影,获得各参考位置对应的相机图像和投影图像的像素对应关系,得到投影图像上每个像素的实测亮度,并与基准位置的实测亮度进行对比,确定参考位置处的修正矩阵;最后通过实时捕捉观察者位置,根据其与参考位置的相对位置关系,对参考位置处的修正矩阵进行插值,得到实时亮度修正矩阵,从而对预投影图像进行实时亮度校正,使得用户在移动过程中对同一屏幕位置感知到相同亮度。