CN101013202A - 三维可视显示方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维可视显示方法，步骤为：数据处理系统通过三维物体扫描仪器或人工设计，获取三维数据；数据处理系统通过计算，得出三维数据在三维可视显示装置的空间点阵(X，Y，Z)中相应的结点的三维坐标值，其中X≥8，Y≥8，Z≥8；数据处理系统根据所述三维坐标值，输出信号至三维可视显示装置，使三维可视显示装置中空间点阵(X，Y，Z)相应位置的结点发光，从而实现三维可视显示。结点发光的方式，包括LED导电发光、运动粒子碰撞发光。本发明可实现在不用图片或影片的情况下显示三维构图和动画，并使人们在360度范围内看到三维结果，显示效果好、精确，可以方便地通过数据处理系统(如计算机等)进行控制调整，应用范围广。

Description

三维可视显示方法及其装置

技术领域

本发明涉及三维显示技术，具体是指三维可视显示方法及其装置。

背景技术

三维显示系统可以分为两种不同的类型，一种是物体包含在实际的空间中，另一种是物体在虚空间中。前者是手工制造的，即是可触摸的。而后者就如同电影，是不可触摸的。因此，设计人员寻求改进三维显示的方法使之易于实现和调整。

一个三维显示系统利用投影透镜通过一系列二维画面将图像显示在影印材料上。美国1998年的一个专利(专利号是5,801,811)指出：为了实现三维效果每个二维画面必须从不同的角度投影。这些画面是从存储着二维影片的计算机得来的。这种三维显示系统不需要偏振眼镜就可观看到三维效果，然而，观察者不能在全部水平360度范围内看到三维的显示效果，只可以在一个平台上显示三维动画或图片。

另一种三维显示系统利用光束传递三维图像的信息。它可使观察者在360度的范围内看到立体图像。美国2001年的一个专利(专利号是6,201,565)：光束从不同的角度发射光线从而实现三维效果。所显示的是发射光点数和光束数的结果，这相当于象素数和方向数的结果。即使形成了三维显示，也需要一个偏转系统控制光反射面的偏转。而且，观察者只能在水平的180度，而不是整个360度范围内看到三维图像。

显然，大多数三维显示系统要求将影片图像存储在计算机或其它存储设备中。到目前为止，还没有一个三维显示系统在不用图片或影片的情况下显示三维构图和动画并使人们在360度范围内看到三维结果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种不用图片或影片的情况下显示三维构图和动画，并使人们在360度范围内看到三维结果的三维可视显示方法。

本发明的目的还在于提供实现上述三维可视显示方法的三维可视显示装置。

本发明的目的通过下述技术方案实现：本三维可视显示方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)数据处理系统通过三维物体扫描仪器或人工设计，获取三维数据；

(2)数据处理系统通过计算，得出所述三维数据在三维可视显示装置的空间点阵(X，Y，Z)中相应的结点的三维坐标值，其中X≥8，Y≥8，Z≥8；

(3)数据处理系统根据所述三维坐标值，输出信号至所述三维可视显示装置，使三维可视显示装置中空间点阵(X，Y，Z)相应位置的结点发光，从而实现三维可视显示。

为更好地实现本发明，所述三维物体扫描仪器包括激光三维物体扫描器、雷达、医疗设备X-CT、RMI、B超声波仪、工程测量仪器；所述人工设计是指使用图形处理软件包括AutoCAD、3DS MAX、MAYA进行立体图像制作。

所述结点发光的方式，包括LED导电发光、运动粒子碰撞发光。

所述数据处理系统是计算机。

本三维可视显示装置是LED三维可视显示装置，其包括LED、导线，各LED处于空间点阵(X，Y，Z)的结点位置，每个LED都与一条X轴方向、一条Y轴方向的导线连接，同一列LED与一条导线连接，同一行LED与另一条导线连接，各导线分别与数据处理系统连接。

作为结构形式的一种变化，可以将LED固定在Z个透光面板上，透光面板固定在底座上，每个透光面板上分别布置有X×Y个LED，每个LED都与一条X轴方向、一条Y轴方向的导线连接，同一列LED与一条导线连接，同一行LED与另一条导线连接，各导线分别与数据处理系统连接。透光面板可以是透明塑料等透光性强的材料。

本三维可视显示装置是粒子碰撞发光三维可视显示装置，包括分别与数据处理系统连接的两台粒子发生器，两台粒子发生器发射的粒子的碰撞点为两台粒子发生器之间的空间点阵(X，Y，Z)的结点位置，其中X≥16，Y≥16，Z≥16。

所述粒子发生器可以是粒子束发射器，两台粒子束发射器相互垂直，其分别与数据处理系统连接，其分别设有N×N个粒子束射出孔，且全幅扫描的循环时间为N×Nns，其中N≥16。

所述粒子发生器也可以是半导体二极管激光发射器，两台相互垂直且能级不同的半导体二极管激光发射器分别与计算机连接，其分别设有N×N个激光束射出孔，能级不同的两种激光束的碰撞点处于密闭的氦气雾室中，且全幅扫描的循环时间为N×Nns，其中N≥16。

为降低成本，所述粒子发生器还可以是阴极射线管、粒子幕产生器，阴极射线管还连接有控制阴极射线管瞬间步退的电磁场装置，阴极射线管、粒子幕产生器、电磁场装置分别与数据处理系统连接，粒子幕产生器至少设有N个平行的粒子发射槽，阴极射线管发射电子扫描束的时间间隔T≤1/(N×N)秒，其中N≥16。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：可实现在不用图片或影片的情况下显示三维构图和动画，并使人们在360度范围内看到三维结果，显示效果直观、精确，可以方便地通过数据处理系统(如计算机等)进行控制调整，可广范应用于航空，核物理，教育，医疗，消防救援，建筑、机械、时装设计，海洋考察、捕鱼，体育运动训练，娱乐及广告，地理勘测与大气层研究等领域的立体显示。

附图说明

图1是本发明三维可视显示装置的第一种结构及其用于机场飞行器起降显示的示意图；

图2是本发明三维可视显示装置的第二种结构示意图；

图3是图2所示透明塑料板的平面结构示意图；

图4是本发明三维可视显示装置的第三种结构及其用于机场飞行器起降显示的示意图；

图5是本发明三维可视显示装置的第四结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

如图1所示，本三维可视显示装置包括LED(1)、导线(2)，各LED(1)处于空间点阵(16，16，15)的结点位置，每个LED(1)都与一条X轴方向、一条Y轴方向的导线(2)连接，同一列LED(1)与一条导线(2)连接，同一行LED(1)与另一条导线(2)连接，各导线(2)分别与计算机连接。

本三维可视显示装置的工作过程是：

(1)计算机通过三维物体扫描仪器或人工设计，获取三维数据；

(2)计算机通过计算，得出所述三维数据在本三维可视显示装置的空间点阵(16，16，15)中相应的结点的三维坐标值；

(3)计算机根据所述三维坐标值，输出信号至本三维可视显示装置，使三维可视显示装置中空间点阵(16，16，15)相应位置的结点处的LED(1)发光，从而实现三维可视显示。

本三维可视显示装置用于机场飞行器起降显示时，如图1所示，设X、Y、Z三维坐标，X轴Y轴为地平面坐标，Z轴为标高坐标。假定LED三维矩阵(16，16，15)的网格间距为10单位，三维物体扫描仪器假定为机场雷达，雷达每隔时间T扫描一次。又假定只有一部飞行器进场降落，为说明本显示器能够显示复杂轨迹，设定这个飞行器是一架直升机。它在显示器中的形状是5个LED(1)组成的十字架(3)。

在T1时，雷达探测到它的位置是(150，60，150)，表示它在距座标原点(0，0，0)x轴方向距离150尺寸单位，y轴方向距离60尺寸单位，z轴方向距离150尺寸单位的位置。本设计中，将雷达传来的T1(150，60，150)数据输入计算机，计算出它应在显示器中位置，并瞬间通过驱动电路激活显示装置中该位置的5个LED并使其点亮，即可看到一个十字架在最顶层的网格上闪亮。

在T2时，雷达探测到它的位置是(140，70，140)，重复T1时动作，我们接着看到这个十字架在第二层的网格上闪亮，它相对xyz轴都移动了10尺寸单位，表示它在沿着一条斜线下降。

在T3-T5时，这个十字架继续沿着这条斜线下降。

在T6时，这个十字架突然向左转弯90度，并在与上面那条斜线成90度的新斜线下降。

在T7-T10时，这个十字架继续沿着这条新斜线下降。

在T11时，十字架再向右转90度下降，直到T15时完成下降的全过程。

图3显示这架直升机的下降轨迹是Z形，虽然轨迹复杂，但它是匀速下降的。在计算机中可将它的轨迹完整记录下来并可在显示器中重复它的下降全过程。若在它这样运动时发生意外，或许航管人员可以根据这个记录找出它发生意外的原因。

该三维可视显示装置可应用于军事上，模拟直升机在受到攻击时用什么运动轨迹及用什么速度运动时可以逃脱攻击。当然，其它飞行器的飞行一样可以模拟。若该三维可视显示装置运算速度足够快且这个三维网格数足够多，就可以同时显示上百架飞机的飞行状态及记录它们的飞行轨迹。

实施例二

如图2所示，本三维可视显示装置包括LED(1)、导线(2)、透明塑料板(3)，LED(1)固定在8个透明塑料板(3)上，透明塑料板(3)通过金属片(4)固定在底座(5)上，如图3所示，每个透明塑料板(3)上分别布置有8×8个LED1，每个LED(1)都与一条X轴方向的导线(2-1)、一条Y轴方向的导线连接(2-2)，同一列LED(1)与一条导线(2)连接，同一行LED(1)与另一条导线(2)连接，各导线(2)相应通过x轴引线口(2-3)、y轴引线口(2-4)分别与计算机连接。

本三维可视显示装置的工作过程是：

(1)计算机通过三维物体扫描仪器或人工设计，获取三维数据；

(2)计算机通过计算，得出所述三维数据在本三维可视显示装置的空间点阵(8，8，8)中相应的结点的三维坐标值；

(3)计算机根据所述三维坐标值，输出信号至本三维可视显示装置，使三维可视显示装置中空间点阵(8，8，8)相应位置结点处的LED(1)发光，从而实现三维可视显示。

相对实施例一而言，本三维可视显示装置的结构更换LED相对方便。

实施例三

如图4所示，本三维可视显示装置包括两台相互垂直的粒子束发射器(1)、(2)，其分别与计算机连接，其分别设有16×16个粒子束射出孔(3)，且全幅扫描的循环时间为16×16ns。

对于实施例一重现飞行器起降的场景，本三维可视显示装置的工作过程是：

(1)计算机通过三维物体扫描仪器或人工设计，获取三维数据；

(2)计算机通过计算，得出所述三维数据在本三维可视显示装置的空间点阵(16，16，16)中相应的结点的三维坐标值；

(3)计算机根据所述三维坐标值，输出信号至本三维可视显示装置的两台相互垂直的粒子束发射器(1)、(2)，如图4所示，在时间18ns时，从A2.2和B2.2孔中同时射出一束粒子，这两束粒子在空间a点发生碰撞并发出光子，从而在a点形成一个光点，由于人眼的视觉残留效应，在16×16ns内这一光点将在人眼中持续；在时间20ns时，从A4.2和B2.2孔中同时射出一束粒子，这两束粒子在空间b点发生碰撞并发出光子，从而在b点形成一个光点；在时间35ns时，在o点形成一个光点。在时间50ns时，在d点形成一个光点；在时间57ns时，在c点形成一个光点。因此在16×16ns内这5个光点将在人眼中持续，它们组成了一个闪光的十字架(4)。同理，在第二个16×16ns时间内，可以在其他空间形成下一个闪光的十字架(4)，如此类推，在第16×16个16×16ns时间内，可看到最后一个光十字架(4)。从而，在本三维可视显示装置上可以看到飞行器起降场景的重现。

实施例四

如图4所示，本三维可视显示装置包括两台相互垂直的半导体二极管激光发射器(1)、(2)，两台相互垂直且能级不同的半导体二极管激光发射器(1)、(2)分别与计算机连接，其分别设有N×N个激光束射出孔，能级不同的两种激光束的碰撞点处于密闭的氦气雾室中，且全幅扫描的循环时间为N×Nns，其中N≥16。

对于重现飞行器起降的场景，本三维可视显示装置的工作过程与实施例三相同。

实施例五

如图5所示，本三维可视显示装置包括阴极射线管(1)、粒子幕产生器(2)，阴极射线管(1)还连接有控制阴极射线管瞬间步退的电磁场装置，阴极射线管(1)、粒子幕产生器(2)、电磁场装置分别与计算机连接，粒子幕产生器(2)至少设有16个平行的粒子发射槽(3)，阴极射线管(1)发射电子扫描束的时间间隔T≤1/(16×16)秒。

(1)计算机通过三维物体扫描仪器或人工设计，获取三维数据；

(2)计算机通过计算，得出所述三维数据在本三维可视显示装置的空间点阵(N，N，N)中相应的结点的三维坐标值；

(3)计算机根据所述三维坐标值，输出信号至所述三维可视显示装置的阴极射线管(1)、粒子幕产生器(2)、电磁场装置，如图5所示，阴极射线管(1)在T1时间内向粒子幕屏P1发射电子扫描束，与此同时粒子幕产生器打开左边第一道发射槽(3)p1，粒子流从上到下成面射出，在T1时间内形成第一块粒子幕屏(4)(此时其他发射槽关闭)。电子束打在这块屏上形成亮点，当扫描完成时这块屏上将会出现一个平面的图案。接着，阴极射线管(1)在T2时间内向粒子幕屏(2)P2发射电子扫描束，重复p1的过程，生成第二个平面的图案。依此类推，最后生成p16的图案。这16个平面图案叠加在一起就会形成立体的映画。

按照平面电影原理，要使人眼产生清楚图像，要求每秒生成16幅画面，由于这里有16块屏，因此形成立体电影要求每秒出现16×16＝256幅画面，这样每二块屏生成的时间间隔为1/256秒。每隔T＝1/256秒，阴极射线管(1)要扫描完一幅平面图。由于阴极射线管(1)需要每隔T时间要重新对焦另一块屏，所以数据处理系统通过电磁场装置使阴极射线管(1)在完成上一块屏的扫描后产生一个瞬间向后的步进，在16个步退完成后，共花费1/16秒的时间。

上述各实施例中，三维物体扫描仪器包括激光三维物体扫描器、雷达、医疗设备X-CT、RMI、B超声波仪、工程测量仪器，人工设计是指使用图形处理软件包括AutoCAD、3DS MAX、MAYA进行立体图像制作。

如上所述，便可较好地实现本发明。

Claims (10)

1、三维可视显示方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)数据处理系统通过三维物体扫描仪器或人工设计，获取三维数据；

(2)数据处理系统通过计算，得出所述三维数据在三维可视显示装置的空间点阵(X，Y，Z)中相应的结点的三维坐标值，其中X≥8，Y≥8，Z≥8；

(3)数据处理系统根据所述三维坐标值，输出信号至所述三维可视显示装置，使三维可视显示装置中空间点阵(X，Y，Z)相应位置的结点发光，从而实现三维可视显示。

2、按权利要求1所述三维可视显示方法，其特征在于：所述三维物体扫描仪器包括激光三维物体扫描器、雷达、医疗设备X-CT、RMI、B超声波仪、工程测量仪器，所述人工设计是指使用图形处理软件包括3DS MAX、MAYA进行立体图像制作。

3、按权利要求1所述三维可视显示方法，其特征在于：所述结点发光的方式，包括LED导电发光、运动粒子碰撞发光。

4、按权利要求1所述三维可视显示方法，其特征在于：所述数据处理系统是计算机。

5、用于权利要求1所述三维可视显示方法的三维可视显示装置，其特征在于包括LED、导线，各LED处于空间点阵(X，Y，Z)的结点位置，每个LED都与一条X轴方向、一条Y轴方向的导线连接，同一列LED与一条导线连接，同一行LED与另一条导线连接，各导线分别与数据处理系统连接。

6、按权利要求5所述三维可视显示装置，其特征在于：所述LED固定在Z个透光面板上，透光面板固定在底座上，每个透光面板上分别布置有X×Y个LED，每个LED都与一条X轴方向、一条Y轴方向的导线连接，同一列LED与一条导线连接，同一行LED与另一条导线连接，各导线分别与数据处理系统连接。

7、用于权利要求1所述三维可视显示方法的三维可视显示装置，其特征在于包括分别与计算机连接的两台粒子发生器，两台粒子发生器发射的粒子的碰撞点为两台粒子发生器之间的空间点阵(X，Y，Z)的结点位置，其中X≥16，Y≥16，Z≥16。

8、按权利要求7所述三维可视显示装置，其特征在于所述粒子发生器是粒子束发射器，两台粒子束发射器相互垂直，其分别与数据处理系统连接，其分别设有N×N个粒子束射出孔，且全幅扫描的循环时间为N×Nns，其中N≥16。

9、按权利要求7所述三维可视显示装置，其特征在于所述粒子发生器是半导体二极管激光发射器，两台半导体二极管激光发射器相互垂直，其分别与数据处理系统连接，其分别设有N×N个激光束射出孔，且全幅扫描的循环时间为N×Nns，其中N≥16。

10、按权利要求7所述三维可视显示装置，其特征在于所述粒子发生器是阴极射线管、粒子幕产生器，阴极射线管还连接有控制阴极射线管瞬间步退的电磁场装置，阴极射线管、粒子幕产生器、电磁场装置分别与数据处理系统连接，粒子幕产生器至少设有N个平行的粒子发射槽，阴极射线管发射电子扫描束的时间间隔T≤1/(N×N)秒，其中N≥16。

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