CN100499831C - 多屏平动位图式体积显示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多屏平动位图式体积显示方法。有2～6个相互平行的成像屏均匀分布在一个圆周上，并沿此圆周作匀速平动；各个成像屏依次出现在视野中，出现在视野中的成像屏称为当前屏；当前屏上显示一幅二维图像，此二维图像根据当前屏所在位置作动态刷新，形成一个二维图像序列；借助视觉暂留效应，此二维图像序列被观察者感知为一个具有物理景深的三维图像。该三维图像由大小一致、分布均匀的体素构成，特别适合三维对象的精确显示，在工业设计、科学研究、教学演示、医学CT分析、分子结构仿真等涉及三维对象的领域都有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及三维图像显示方法，尤其是涉及一种多屏平动位图式体积显示方法。
背景技术
与基于立体图像对的立体显示方式和基于激光相干性的全息显示方式不同，体积显示方式是通过在物理空间的不同纵深处制造发光点并借助视觉暂留来形成三维图像的。
根据体积显示系统中所采用的体素生成方式，体积显示可以分为矢量式和位图式两种。矢量式体积显示一次只能生成一个或几个体素，其固有体素的利用率很低。位图式体积显示则可一次生成一个截面的体素，其固有体素的利用率大幅提高。
已经公开的位图式体积显示，根据其成像屏所具有的机械扫描运动形式，可分别归属到固定式、定轴转动式与往复移动式三种。固定式的成像屏是静止不动的、具有多层显示面的透明介质，这个设想很理想，但就目前的技术而言还难以实施；定轴转动式如图1所示，其中的成像屏所作的机械扫描运动是匀速定轴转动，其优点是惯性力自身平衡，容易实施；其局限是体素大小与分布都不均匀，而是从转轴向外呈线性增长，因而不适合三维对象的精确显示。往复移动式如图2所示，其优点是允许大小一致且分布均匀的体素，从而适合三维对象的精确显示；但困难在于其中的成像屏所作的机械扫描运动是加速度很大的往复移动，实施困难。同时，虽然在成像屏上生成一幅动态刷新的二维图像的方法可以用液晶、LEC等不同的方法，但就当今技术而言，投影成像是最为可取的一种。但是，由于成像屏是运动的，而投影装置则通常是静止的，对于需要聚焦才能清晰成像的投影装置而言，如何在成像屏上生成清晰的二维投影图像是一个必须解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多屏平动位图式体积显示方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
有2～6个相互平行的成像屏均匀分布在同一圆周上，并沿此圆周作匀速平动；各个成像屏依次出现在视野中，出现在视野中的成像屏称为当前屏；当前屏上显示一幅二维图像，此二维图像根据当前屏所在位置作动态刷新，形成一个二维图像序列；借助视觉暂留效应，此二维图像序列被观察者感知为一个具有物理景深的三维图像。
当前屏上显示一幅二维图像的方法是通过投影形成的；即是有2～6个相互平行的反光镜均匀分布在另一圆周上，并沿此圆周作匀速平动；各反光镜依次出现在投影光路上，出现在投影光路上的反光镜称为当前镜；当前镜的安装相位与当前屏相同，当前镜的线速度是当前屏的一半。
本发明具有的有益效果是：与定轴转动式与往复移动式相比，本发明兼具了两者的优点。首先，与往复移动式类似，在本发明当前屏的平动过程中，各个位置相互平行，因而允许大小一致且分布均匀的体素，从而适合三维对象的精确显示；其次，本发明避免了加速度很大的往复运动，并且各成像屏均匀分布在同一圆周上，惯性力自身平衡；加之采用了多个成像屏依次进入视野的构思，使成像屏的速度与向心加速度进一步降低，从而使实施变得容易。同时，通过当前镜与当前屏的速度匹配关系，解决了在当前屏上生成清晰投影的问题。
本发明特别适合三维对象的精确显示，在工业设计、科学研究、教学演示、医学CT分析、分子结构仿真等涉及三维对象的领域都有广阔的应用前景。
附图说明
图1是已有的定轴转动位图式体积显示方法的原理图；
图2是已有的往复移动位图式体积显示方法的原理图；
图3是本发明的多屏平动位图式体积显示方法的原理图；
图4是一种投影成像方法的原理图；
图5是实现圆周匀速平动的第一种具体实施例；
图6是实现圆周匀速平动的第二种具体实施例；
图7是实现圆周匀速平动的第三种具体实施例。
图中：1、成像屏，2、反光镜，3、投影装置，4、固定反光镜，5、行星架，6、齿轮，7、齿轮，8、中心齿轮，9、行星架，10、带轮，11、中心带轮，12、同步齿形带，13、同步齿形带，14、连架杆，15、连架杆，16、机架。
具体实施方式
图1是已有的定轴转动位图式体积显示方法的原理图，其中的成像屏1只作匀速定轴转动，惯性力自身平衡，成像屏1的扫描空间可以等于三维成像空间A。在此类方法中，成像屏1的尺寸可以等于二维截面图像的尺寸；如果二维截面图像是矩形，则三维成像空间A为圆柱体。
图2是已有的往复移动位图式体积显示方法的原理图，其中的成像屏1要作变速的往复移动，惯性力无法自身平衡，考虑到两端回头时的加速度影响，成像屏1的扫描空间通常大于三维成像空间B。在此类方法中，成像屏1的尺寸可以等于二维截面图像的尺寸；如果二维截面图像是矩形，则相应的成像空间B是长方体。
图3是本发明的多屏平动位图式体积显示方法的原理图，其中表示了多个成像屏1均匀分布在同一圆周上，并依次进入视野的情形。在本发明中，成像屏1的扫描空间远大于三维成像空间C。如果要求三维成像空间C是长方体，则成像屏1的尺寸必须大于二维截面图像的尺寸。
图4是一种投影成像方法的原理图，有3个相互平行的成像屏1均匀分布在同一圆周上，并沿此圆周作匀速平动；各个成像屏1依次出现在视野中，出现在视野中的成像屏1称为当前屏；当前屏上显示一幅动态刷新的二维图像，此二维图像是通过投影形成的。具体方法是：有3个相互平行的反光镜2均匀分布在另一圆周上，并沿此圆周作匀速平动；各反光镜2依次出现在投影光路上，出现在投影光路上的反光镜2称为当前镜；当前镜的安装相位与当前屏相同，当前镜的线速度是当前屏的一半。投影图像从投影装置3发出，经当前镜与固定反光镜4的反射后在当前屏上成像。根据光学反射定律，由于当前镜的线速度是当前屏线速度的一半，投影装置3与当前屏之间的光程将保持恒定，从而可以在当前屏上投出清晰的二维图像。图中还表明，采用此方法可以获得的三维成像空间C是一个长方体。
图5是实现圆周匀速平动的第一种具体实施例，在此实施中，采用了行星齿轮机构。其中：行星架5具有3个均布的转臂，每个转臂上装有两个相互啮合的齿轮6与7，齿轮7与成像屏1或反光镜2固连，中心齿轮8作为机架，它与齿轮7齿数相同。
图6是实现圆周匀速平动的第二种具体实施例，在此实施中，采用了同步齿形带机构。其中：行星架9具有3个均布的转臂，每个转臂上装有一个带轮10，带轮10与成像屏1或反光镜2固连，中心带轮11作为机架，它与带轮10具有相同的齿数；所有带轮之间通过同步齿形带12与同步齿形带13相连。
图7是实现圆周匀速平动的第三种具体实施例，在此实施中，采用了并行的平行四边形机构。其中：连架杆14与连架杆15均具有3个均布的转臂，每个转臂的一端与成像屏1或反光镜2以铰链相连，另一端与机架16以铰链相连。
Claims (1)
1、一种多屏平动位图式体积显示方法，其特征在于：有2～6个相互平行的成像屏均匀分布在同一圆周上，并沿此圆周作匀速平动；各个成像屏依次出现在视野中，出现在视野中的成像屏称为当前屏；当前屏上显示一幅二维图像，此二维图像根据当前屏所在位置作动态刷新，形成一个二维图像序列；借助视觉暂留效应，此二维图像序列被观察者感知为一个具有物理景深的三维图像；当前屏上显示一幅二维图像的方法是通过投影形成的；即是有2～6个相互平行的反光镜均匀分布在另一圆周上，并沿此圆周作匀速平动；各反光镜依次出现在投影光路上，出现在投影光路上的反光镜称为当前镜；当前镜的安装相位与当前屏相同，当前镜的线速度是当前屏的一半。
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