CN103605259A - 一种数字幻影裸眼3d投影技术方法 - Google Patents

Abstract

一种数字幻影裸眼3D投影技术方法,其特征是选择两个具有不同功能的屏幕，一个为筛选屏幕，一个为显示屏幕，将物体发出的光线经筛选屏幕进行离散筛选处理后，分时地显现在显示屏幕上。本方法能够省去观看3D必须戴特制眼镜的烦恼，并通过两个屏幕的相互配合，可以把像成在屏幕前方，屏幕里和屏幕后方，甚至在屏幕后很远的地方。

Description

一种数字幻影裸眼3D投影技术方法

所属技术领域

本发明涉及一种数字幻影裸眼3D投影技术方法。

背景技术

在电影制作领域3D技术已经得到了广泛应用，且取得了良好效果。但现有的3D技术大多数以“两场”的传统3D技术形式存在，为此要求人们必须戴上眼镜才能观看，否则不会有立体效果，这带来两个问题，一是必须和眼镜佩戴相配合，因此显得不够方便，二是带上眼镜才能观看，给人的真实立体感觉将大打折扣，在人们的内心世界中影响了3D成像的实际效果。因此研发并使用裸眼3D技术已经成为当前光学领域的热门课题，且已成为3D技术发展的动力和方向。

发明内容

本项发明出的数字幻影裸眼3D技术方法是根据人眼视觉暂留的特点，以扫描的形式把一个3D图像分时地呈现。还原这个图像的立体特点，这样就会给人以几乎绝对的真实的立体感觉。

本项发明原理：处理一个物体的像之前首先需要处理好一个像点所发出的光。正如图1所示，单个点的发光以散射的方式，传往四面八方，在这里我们只处理其中的一个方向，而且这些光线有无穷多个，但实际只需要处理其中某一方向的一部分光线，所以可以事先进行光线过滤。如图2，图3所示，经过滤后，仅仅留下有限根光线，现以图3所示过滤后留下的若干光线为例，将这若干光线进行分时地处理，也就是说将呈现它的一帧图像的光线分成若干时间片分别处理。在时间片1时处理光线1，时间片2时处理光线2，以此类推，当把所有的光线都处理完时，即产生了一帧新的发光点3D幻影图像。

上述发明的具体的处理方式如图4所示，用两个屏幕来实现前述的对于图像光线的分时处理，前面的屏幕是一个专门用于图像光线的离散和筛选的屏幕，以下称a屏幕，该屏幕和液晶屏幕的液晶部分的作用一样；后面的屏幕是一个普通的发光用显示屏幕，以下称b屏幕，b屏幕的像素要比a屏幕的像素高，两个屏幕之间具有一定的距离，通常为b屏幕周长的1/8-1/4。

假设一个点地处于两个屏幕的中间，利用这两个屏幕把这个点的发光进行还原，具体的方法就是将呈现这个点的一帧图像通过a屏幕对其进行离散筛选处理，分时地分开，在时间片1时，a屏幕的1号像素透光，由像点的位置来计算b屏幕的哪一个像素发光；到了时间片2时，a屏幕的2号像素透光，然后计算出b屏幕的另一个像素发光，以此类推，直至到在时间片n时，这个点所发出的最后光线a屏幕的n号像素透光，由像点的位置来计算b屏幕的哪一个像素发光，成像得以完成，形成了一个3D幻影。

实际操作时没有必要且没有条件去一个像点一个像点的呈现一个图像。在前述中处理一个点的发光时，a屏幕的某一个像素透光时，b屏幕只有一个像素相响应，但是这样未免有一些浪费。所以在处理一个像的时候，可以这样处理：在a屏幕某一个像素透光时，b屏幕整个屏幕都有所响应，只是其中的一个像素发光。这样，就可以实现一帧的像分时地呈现，在时间片1时，a屏幕的1号像素透光，由整个像计算出整个b屏幕的显示内容，其中只有对应的某一个像素发光，到了时间片2时，a屏幕的2号像素透光，然后计算出屏幕b的另一个像素发光，以此类推，最后呈现如图5所示的3D幻影。这样就做到了整个像的3D幻影效果。

综上，本项发明为一种数字幻影裸眼3D投影技术，其特征是选择两个具有不同功能的屏幕，一个为筛选屏幕，一个为显示屏幕，将物体发出的光线经筛选屏幕进行离散筛选处理后，分时地显现在显示屏幕上。这里所说的离散筛选是指筛选屏幕上的某一像素是否透光，所说的显现是指显示屏幕的某一像素的发光，工作时通过筛选屏幕像素的透光和显示屏幕的发光来实现一帧图像的分时显现，从而在显示屏幕上呈现裸眼可视的3D效果。

相比传统裸眼3D技术，本项发明具有如下优势：

（1）数字幻影裸眼3D投影技术方法的优势相比传统3D技术有一个明显进步，就是让人们摆脱了眼镜。传统的3D技术通过眼镜让左眼看到的物体和右眼看到的物体在大脑里合成一个物像，当然对这样超越真实感的体验“晕”的人大有人在。而数字幻影裸眼3D投影技术对一个像的发光特点的高度还原产生的是几乎绝对的真实感，而非超越真实感，不会有人对它有“晕”的感觉。在这一点上和全息3D投影技术很像。

（2）数字幻影裸眼3D投影技术方法通过两个屏幕的相互配合，可以把像成在屏幕前方，屏幕里和屏幕后方，甚至在屏幕后很远的地方，而全息3D技术只能将像成在十分有限的区域。也就是在成像自由度上数字幻影投影技术远超过全息3D技术。

附图说明

图1：为单个点的发光示意图；

图2：为单个点的发光过滤立体示意图；

图3：为单个点的发光过滤平面示意图；

图4：为发光点所呈现的3D效果图；

图5：为发光物体所呈现的3D效果图；

图6：为未经过任何简化处理的单个时间片示意图；

图7：为缩减视角之后的示意图；

图8：为多点同时扫描示意图；

图9：为多列同时扫描示意图；

具体实施方式

依据以上发明的数字幻影裸眼3D的技术，选择1024*768的24位色真彩色为a屏幕，b屏幕要比a屏幕大，以1200*800的24位色真彩色为b屏幕，以此计算：

（1）a屏幕每一帧的信息量（比特）：

依据前述的方法，a屏幕对一个点的扫描，与之对应就需要b屏幕一帧的扫描，b屏幕一帧的数据量为1200*800*24=23040000约为23Mbit。而a屏幕扫描完一个周期才是一个像的一帧，一帧的扫描点数为1024*768=786432，总数据量为786432*32040000=18119393280000约为18.1Tbit的数据量。而这仅为一帧的数据量，而要投入正常使用则每秒至少要完成24帧，连续放映才会有效果。因此而言这么多的数据量是灾难性的，短期的计算技术不可能达到这惊人的要求。

（2）b屏幕的信息量

b屏幕的每秒的帧数相当于a屏幕每秒要扫描的次数，以a屏幕每秒24帧为例，则b屏幕需要每秒显示的帧数为24*1024*768=18874368约18.9M帧/秒。

这同时也是灾难性的，现在还没有任何一个日常用的屏幕能达到如此之快的要求。

针对上面的两个“灾难性需求”的缓解方法构想：

上述提到的两个硬指标的技术限制使得这项技术可能要等到以后技术足以满足这“灾难性数据需求”才能使这项技术得以发展。但可以将其用一些方法来降低这些需求，使其“不那么灾难性”，初步想通过以下两种方式解决。

（1）缩减视角构想：

可以通过牺牲屏幕的有效视角换取可观的数据量的减少。所采用的方法是a屏幕的一次扫描对于b屏幕就是一帧，而b屏幕的一帧是一整个的屏幕都亮起来（如图6）。过大的视角是基本上没有人看的。很容易想象，没人会站得过高并俯视屏幕，或者坐得过偏来看屏幕。所以大可以把这些人们非常难用到的刁角度忽略掉。

这里假设a屏幕的一次扫描b屏幕只相应a屏幕对应的点附近的一个椭圆，而不是全屏亮（如图7）。这样就大大缩小了数据量，假设这个椭圆的长轴200像素，短轴100像素。这样b屏幕的数据量就是pi*100*50=15705而这样一帧的数据量就下降到了786432*15705*24=296421949440bit大约37GB。可见，虽然数据量依然不乐观，但比18.1Tbit要缓解了很多。目前的显卡的计算技术可以达到每秒进行T次的浮点计算，对于37GB每帧的计算量依照目前的显卡来说是可以完成的。

（2）多点同时扫描构想：

前面提出了缩减视角，这样如果依然a屏幕以逐点扫描的方式处理的话，那么b屏幕大部分时间是暗着的，利用这些被浪费的暗着的部分，令a屏幕多点同时进行扫描，这些点对应的b屏幕的区域不得有重叠，这样，即可最大化利用b屏幕以减少a屏幕的扫描周期。将a屏幕分成若干块，如果按照前述设想的长轴200和短轴100，a屏幕分成的区块其像素尺寸为200*100，则a屏幕只需要扫描200*100次就完成了一帧的扫描，这样对b屏幕的硬件需求就大大减小了（如图8）。b屏幕只需要每秒200*100*24=480000帧即可。虽然数字仍然不乐观，但相比18.9M帧/秒已经大大缓解，甚至现有的技术已经能够达到这个数字。

在此之上可以基于一个假设来进行更进一步的简化。假设人两个眼睛永远是水平的，我们可以进行多列同时扫描的操作。扫描的每一个时间片，对于前面的屏幕A是若干个列在同时扫描，而后面的屏幕B只需要计算不考虑人眼的高低变化的数据量，这就意味着A屏幕的一个点对应着B屏幕的一个很短的单行的点（如图9）。这样对屏幕B的能力要求下降得更低。但这样做的代价就是当人眼上下移动时，看到的像也会随之上下移动。

为了将本项技术尽快应用，也可以实现一个低像素的屏幕（比如200*300），实际上，很多的裸眼3D技术（例如视差屏障）都采用牺牲像素来实现裸眼3D效果的方法。

像素的限制直接减少了屏幕a的一个像素的扫描从那个点放出的光线的密度，如果密度过小，而人眼的位置正好的话，则会出现相邻的两条光线分别照在了人眼瞳孔的左边和右边。造成了这个眼睛对这一像素什么都看不见的现象。为此需要在b屏幕前边加一个能够起到光线扩散的薄膜材料，将一个像素的发光通过这个膜材料进行扩散，但只能扩散到一个像素。这样就会使整个屏幕的发光连续，而且光线的变化比较缓和，可以说是填充了若干的实际不存在的像素点。以此来使得屏幕发出的光连续，而避免前面提到的问题，当然这也可以用于现在的显示技术，让显示器呈现的图像更加细腻。

Claims (7)

1.一种数字幻影裸眼3D投影技术方法,其特征是选择两个具有不同功能的屏幕，一个为筛选屏幕，一个为显示屏幕，将物体发出的光线经筛选屏幕进行离散筛选处理后，分时地显现在显示屏幕上。

2.根据权利要求1所述的幻影裸眼3D投影技术方法，其特征是方法所说的分时地显现是指在时间片1时，筛选屏幕的1号像素透光，其它不透光，同时由像点的位置特征计算出显示屏幕的某个像素点发光，以此类推。

3.根据权利要求1所述的幻影裸眼3D投影技术方法，其特征是方法所说的筛选屏幕和显示屏幕之间有一定的距离，在筛选屏幕的某一个像素透光时，显示屏幕整个屏幕都有所响应，只是其中的一个像素发光。

4.根据权利要求1所述的幻影裸眼3D投影技术，其特征是方法中筛选屏幕的一个像素透光时，显示屏幕的只是其中的一部分屏幕对其相应。

5.根据权利要求1所述的幻影裸眼3D投影技术方法，其特征是方法中筛选屏幕同时进行多点扫描，显示屏幕可以分区进行显示。

6.根据权利要求1所述的幻影裸眼3D投影技术方法，其特征在于选择1024*768的24位色真彩色显示屏为筛选屏幕，选择1200*800的24位色真彩色显示屏为显示屏幕，也可以采用分辨率更低数的屏幕作为筛选屏幕和显示屏幕。

7.根据权利要求1所述的幻影裸眼3D投影技术，其特征在于在显示屏幕前面加一个薄膜材料。

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