用于沉浸式投影映射的创新混合光场技术

东京工业大学的科学家开发了一种新颖的混合光场技术，该技术利用光线控制的环境照明与投影映射(PM)的混合来获取明亮环境中的PM。这项创新技术利用新颖的万花筒阵列来实现光线控制照明，并利用二分搜索算法来消除PM目标的环境照明。它提供了身临其境的增强现实体验，并在各个领域都有应用。

投影映射(PM)是一项引人入胜的技术，它通过将计算机生成的图像投影到物理表面上，平滑地融合现实和虚拟世界，提供身临其境的视觉体验。它使我们无需特殊眼镜即可体验增强现实。因此，PM在舞台制作、试衣化妆、教育演示等各个领域都有很高的需求。

尽管具有潜力，当前的PM方法在具有环境照明的明亮环境中仍面临挑战。环境照明将整个场景淹没在光线中，降低了PM目标的对比度。这就是传统PM解决方案主要在黑暗环境中运行的原因。然而，即使在黑暗环境下，PM也无法提供自然的场景;在光线昏暗的场景中，只有PM目标光线充足，而周围环境的其余部分仍然黑暗，导致其显得过于明亮。此外，非PM物体显得太暗，破坏了沉浸感。

为了解决这些问题，由东京工业大学信息与通信工程系YoshihiroWatanabe副教授领导的日本研究小组最近开发了一种创新的混合光场方法，可在明亮的环境中实现PM。

“在这种方法中，我们没有使用正常的环境光，而是引入了混合光场，其中光线可控的光避开PM目标，同时充分照亮场景内的其他区域，而PM投影仪专门照亮目标，”Dr.渡边。他们的研究结果将在美国佛罗里达州奥兰多举行的第31届IEEE虚拟现实和3D用户界面会议上公布，演示时间定于当地时间3月19日下午1:30(UTC-4)。

这种新颖方法的核心是光线可控的照明单元。该装置可再现一系列环境照明场景，同时避免照亮PM目标。为了实现这一目标，研究人员开发了一种新颖的万花筒阵列，使用位于透镜阵列后面的镜子阵列，而透镜阵列又放置在投影仪前面。这种设置使投影仪能够产生高密度光场，这对于光线可控照明至关重要。

此外，为了避免照亮PM目标，研究人员部署了一个摄像头来捕获场景图像，并识别来自照亮PM目标的投影仪的像素，随后将其关闭。为了识别这些像素，他们采用了一种简单的基于二进制搜索的方法，从而产生了有效的混合光场。

这种创新方法使他们能够在明亮的环境中实现高对比度的PM演示。值得注意的是，它保留了普通非PM物体的自然外观和阴影，解决了PM技术的关键挑战。通过几个引人入胜的增强场景，研究人员展示了PM目标和普通物体的无缝共存，提供了身临其境的视觉体验。

虽然研究人员发现了一些局限性，例如工件和具有大型PM目标的二分搜索算法的低效率，但他们已经确定了潜在的解决方案，并正在积极努力在未来扩展这种方法。

“我们的实验证明，使用这种技术可以有效地实现自然PM呈现，并为所有物体提供准确的照明。混合光场有可能将PM引入各种实际的日常应用，例如景点、支持制造和尝试化妆，”渡边博士说道，并强调了他们的技术的应用。

总的来说，这种方法标志着PM技术的重要一步，为未来的沉浸式增强体验铺平了道路。

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