CN104503092A - 不同角度和距离自适应的三维显示方法及设备 - Google Patents

不同角度和距离自适应的三维显示方法及设备 Download PDF

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CN104503092A
CN104503092A CN201410710331.4A CN201410710331A CN104503092A CN 104503092 A CN104503092 A CN 104503092A CN 201410710331 A CN201410710331 A CN 201410710331A CN 104503092 A CN104503092 A CN 104503092A
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Abstract

本发明公开了一种不同角度和距离自适应的三维显示方法及设备，所述方法包括：根据至少三个不在同一直线上间隔设置的采集装置分别获得用户头部形状和用户头部与显示屏之间的数据结合三角公式计算得到用户头部中双眼分别与所述显示屏之间的夹角、距离；根据夹角得到相应夹角的全息三维显示的视点，根据距离调整全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，并在显示屏中显示；将显示屏光线出射方向调整至朝向双眼中左眼、右眼方向，以使得左眼、右眼的不同个人全息三维图像分别成像到左眼、右眼；跟踪双眼位置的变化，重复上述各个步骤动态调整视点和显示内容。本发明能够适应不同人群的距离自适应观看，符合人类视觉观看原理。

Description

不同角度和距离自适应的三维显示方法及设备
技术领域
本发明涉及个人全息显示技术领域，特别是涉及一种不同角度和距离自适应的三维显示方法及设备。
背景技术
随着电子技术的发展和进步和用户要求的提高，目前判断电子产品优劣的条件已经远远不是停留在硬件指标和技术指标上，注重用户体验和感受才是厂商赢得市场的关键。
现在的很多电子产品比如手机、平板电脑、游戏机等都能根据用户的相应动作做出相应的操作，如当用户移动时自动改变显示屏的显示角度，甩动机身时切换界面、歌曲、视频，倾斜机身显示屏中图像随之移动，赛车游戏中根据用户对机身左右摇摆控制显示屏中赛车方向等。
现有技术实现上述功能的方法多事基于重力感应原理，即通过内部重力感应芯片判断用户的动作。重力感应的缺陷在于产品在重力范围内使用，脱离重力方位则会丧失这些功能。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种不同角度和距离自适应的三维显示方法和设备，能够实现多方位、远近自适应的用户观看全息效果。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是，提供一种不同角度和距离自适应的三维显示方法，该方法包括：
采用至少三个不在同一直线上间隔设置在显示屏上的采集装置分别获得用户头部形状和用户头部与显示屏之间的至少第一距离、第二距离、第三距离，根据至少第一距离、第二距离、第三距离以及采集装置之间的距离结合三角公式，计算得到用户头部中双眼位置，位置包括双眼与显示屏之间的夹角、距离；
根据距离调整全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，根据夹角分别得到相应双眼的全息三维显示的视点，根据全息三维显示的视点调整需投射到双眼中左眼、右眼的不同个人全息三维图像的第一内容，并在显示屏中显示；
将显示屏光线出射方向调整至朝向双眼中左眼、右眼方向，以使得左眼、右眼的不同个人全息三维图像分别成像到左眼、右眼；
跟踪双眼位置的变化，重复上述各个步骤以动态获得相应的左眼、右眼的不同个人全息三维图像，以使得双眼移动时左眼、右眼始终能获得正确的全息三维显示的视点、物体在全息场景的z轴方向上的大小的个人全息三维图像。
其中，根据距离调整全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小还包括调整全息三维显示中物体在全息场景的第二内容，其中，物体在全息场景的第二内容为人双眼视线所能包覆物体的范围内的物体外观内容，根据距离调整个人全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小的步骤包括：
判断距离是变大还是变小；
若距离变大，则缩小全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，同时将人双眼视线所能包覆物体的范围扩大，得到调整后的全息三维显示中物体在全息场景的第二内容；反之则放大全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，同时将人双眼视线所能包覆物体的范围缩小，得到调整后的全息三维显示中物体在全息场景的第二内容。
其中，判断距离是变大还是变小的步骤进一步包括：判断距离是否小于第一阈值，若距离小于第一阈值时，距离变小，则不放大全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，也不调整全息三维显示中物体在全息场景的第二内容；判断距离是否大于第二阈值，若距离大于第二阈值时，距离变大，则不缩小全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，也不调整全息三维显示中物体在全息场景的第二内容。
其中，双眼移动时各个夹角和距离采用如下方法获得：
根据用户头部形状和所用户头与显示屏之间的至少第一距离、第二距离、第三距离与测距装置的坐标结合三角形性质，xy坐标平面平行于显示屏的表面，采用三维标准坐标系，获得双眼的两眼球对应坐标值(xL1,yL1,zL1)和(xR1,yR1,zR1)，(xL2,yL2，,zL2)和(xR2,yR2,zR2)，...，(xLn,yLn,zLn)和(xRn,yRn,zRn)，其中L表示左眼，R表示右眼，n表示双眼从位置1到位置n；
根据两眼球对应坐标值获得两眼球之间的距离L1，L2，...Ln；
根据双眼对应的z轴坐标或者双眼连线中点的z轴坐标获得双眼与显示屏之间的距离Z；
根据两眼球之间的距离及双眼与显示屏之间的距离，计算得双眼移动时各个夹角θ1，θ2，...，θn计算公式如下所示：
θ = 2 arctan L 2 Z
其中L是双眼之间的距离，Z是双眼与显示屏的距离。
其中，还包括步骤：
根据全息三维显示的视点和物体在全息场景的z轴方向上的大小获得需投射到双耳中左耳、右耳的不同个人全息声音，并分别输出对应左耳、右耳的不同个人全息声音。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是，提供不同角度和距离自适应的三维显示设备，该设备包括：采集模块、显示模块、调整模块。该设备包括：
采集模块，采集模块用于在至少三个不在同一直线上间隔设置在显示屏上的位置分别获得用户头部形状和用户头部与显示屏之间的至少第一距离、第二距离、第三距离，根据至少第一距离、第二距离、第三距离以及采集装置之间的距离结合三角公式，计算得到用户头部中双眼位置，位置包括双眼与显示屏之间的夹角、距离；
显示模块，显示模块用于根据距离调整全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，根据夹角分别得到相应双眼的全息三维显示的视点，根据全息三维显示的视点调整需投射到双眼中左眼、右眼的不同个人全息三维图像的第一内容，并在显示屏中显示；
调整模块，调整模块用于将显示屏光线出射方向调整至朝向双眼中左眼、右眼方向，以使得左眼、右眼的不同个人全息三维图像分别成像到左眼、右眼；
采集模块还用于跟踪双眼位置，显示模块以动态调整相应的左眼、右眼的不同个人全息三维图像，以使得双眼移动时在调整模块作用下左眼、右眼始终能获得正确的全息三维显示的视点、物体在全息场景的z轴方向上的大小的个人全息三维图像。
其中，显示模块包括显示单元、调整单元、判断单元，调整单元用于根据距离调整全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小和全息三维显示中物体在全息场景的第二内容，其中，物体在全息场景的第二内容为人双眼视线所能包覆物体的范围内的物体外观内容；
判断单元用于判断距离是变大还是变小；
若判断单元判断结果为距离变大，则控制调整单元缩小全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，同时将人双眼视线所能包覆物体的范围扩大，得到调整后的全息三维显示中物体在全息场景的第二内容；反之则控制调整单元放大全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，同时将人双眼视线所能包覆物体的范围缩小，得到调整后的全息三维显示中物体在全息场景的第二内容；
显示单元用于显示调整单元调整后的全息三维图像。
其中，显示模块进一步包括第二判断单元，第二判断单元用于判断距离是否小于第一阈值，若距离小于第一阈值时，距离变小，则控制调整单元不放大全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，也不调整全息三维显示中物体在全息场景的第二内容；判断距离是否大于第二阈值，若距离大于第二阈值时，距离变大，则控制调整单元不缩小全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，也不调整全息三维显示中物体在全息场景的第二内容。
其中，采集模块包括采集装置、计算单元，计算单元具体用于：
根据采集装置获得的用户头部形状和所用户头与显示屏之间的至少第一距离、第二距离、第三距离与测距装置的坐标结合三角形性质，xy坐标平面平行于显示屏的表面，采用三维标准坐标系，获得双眼的两眼球对应坐标值(xL1,yL1,zL1)和(xR1,yR1,zR1)，(xL2,yL2，,zL2)和(xR2,yR2,zR2)，...，(xLn,yLn,zLn)和(xRn,yRn,zRn)，其中L表示左眼，R表示右眼，n表示双眼从位置1到位置n；
根据双眼的两眼球对应坐标值获得两眼球之间的距离L1，L2，...Ln；
根据两眼球之间的距离及双眼与显示屏之间的距离，计算得双眼移动时各个夹角θ1，θ2，...，θn计算公式如下所示：
θ = 2 arctan L 2 Z
其中L是双眼之间的距离，Z是双眼与显示屏的距离。
其中，设备还包括声音调节模块，声音调节模块具体用于根据全息三维显示的视点和物体在全息场景的z轴方向上的大小调节需投射到双耳中左耳、右耳的不同个人全息声音，并分别输出对应左耳、右耳的不同个人全息声音。
本发明的有益效果是：本发明通过采集用户与屏幕上至少三个点的距离获得人双眼相对显示屏的夹角、双眼到显示屏的距离，根据人双眼到显示屏的距离不同、双眼相对显示屏的夹角不同，看到人双眼看到物体成像的大小不同、视线包覆物体范围不一样的原理，比如当某用户双眼到物体的距离相同时，在物体正前方位置观看看到物体正面，在物体正前方偏左/右某位置看到物体正面和至少部分左/右面内容，当某用户在物体正前方，在离物体比较近的位置物体在眼球上的成像比较大且可能只看到物体正面的一部分，在离物体比较远的位置物体在眼球上的成像比较小且可以看全物体的正面，当双眼间距不一样的两用户在同一位置，双眼与显示屏的夹角不同，眼球成像大小不同且视线包覆的物体范围不同，对应调节显示视点和显示屏上全息场景在z轴方向上的大小和物体在全息场景的内容，无需使用重力感应和人工操作，能够自动适应不同人群的不同距离、角度观看，逼近最真实的个人全息三维图像显示。
附图说明
图1是本发明不同角度和距离自适应的三维显示方法第一实施方式中人双眼离显示屏距离不同所覆盖物体的视角、大小不同的原理示意图；
图2是本发明不同角度和距离自适应的三维显示方法第一实施方式的流程示意图；
图3是本发明不同角度和距离自适应的三维显示方法第一实施方式的人双眼追踪、测距示意图；
图4是本发明不同角度和距离自适应的三维显示方法一人眼位置坐标变化示意图；
图5是本发明不同角度和距离自适应的三维显示方法第二实施方式的流程示意图；
图6是本发明不同角度和距离自适应的三维显示方法第三实施方式的流程示意图；
图7是本发明不同角度和距离自适应的三维显示设备一实施方式的结构示意图；
图8是本发明不同角度和距离自适应的三维显示设备另一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。
为保证本发明能正常实施，本发明设备为能够调节全息三维显示的视点的设备。一般同款设备可能会有不同年龄的不同人群、不同年龄的同种人群、相同年龄的相同人群使用，而不同年龄的不同人群、不同年龄的同种人群、相同年龄的相同人群双眼距离一般不同，观看位置不同，从而导致物体在人双眼成像大小不同，视线包覆物体的区域不同。比如，请参阅图1，图1是本发明不同角度和距离自适应的三维显示方法第一实施方式中人双眼离显示屏距离不同所覆盖物体的视角、大小不同的原理示意图。在位置a时，双眼间距为L的用户看到一物体，此时人视线包覆物体的范围为过左眼中心到物体左边的切点121到过右眼到物体右边的切点120之间面向用户一方的区域；在离显示屏与位置a同样远但角度不同的位置b时，双眼间距为L的用户看到同一物体，此时人视线包覆物体的范围为过左眼中心到物体左边的切点111到过右眼到物体右边的切点110之间面向用户一方的区域；在离显示屏比a更远的位置c时，双眼间距为L的用户看到同一物体，此时人视线包覆物体的范围为过左眼中心到物体左边的切点131到过右眼到物体右边的切点130面向用户一方的区域，此位置c的人双眼视线所能包覆所述物体的范围，比位置a的人双眼视线所能包覆所述物体的范围大。
请同时参阅图2和图3，图2是本发明不同角度和距离自适应的三维显示方法第一实施方式的流程示意图。图3是本发明不同角度和距离自适应的三维显示方法第一实施方式的人双眼追踪、测距示意图。该方法包括以下步骤：
S101：采用至少三个不在同一直线上间隔设置在显示屏上的采集装置分别获得用户头部形状和用户头部与显示屏之间的至少第一距离、第二距离、第三距离，根据所述至少第一距离、第二距离、第三距离以及所述采集装置之间的距离结合三角公式，计算得到用户头部中双眼位置，所述位置包括所述双眼与所述显示屏之间的夹角、距离。
以显示显示屏中点为原点，xy坐标平面平行于显示屏，水平向右为x轴正方向，垂直x轴向下为y轴正方向，指向人眼方向为z轴正方向建立三维标准坐标系。具体实施中还可以显示屏左下角、左上角等其他位置为原点，其他方向为正方向建立空间坐标系。比如图3a中在显示器240或者机身上安装采集装置210、220、230，采集装置210、采集装置220、采集装置230不在同一条直线上且三点组成的平面与xy坐标平面平行。假设本实施方式中采集装置210、220、230采用雷达，本实施方式中使用的雷达也可以使用其他类似功能的设备。同时或不同时启动雷达进行扫描获得用户头部图像获得人脸位置，测得用户头部分别与三个雷达之间的距离，然后根据建立的坐标系和人双眼相对人脸的位置计算人双眼与显示屏之间的夹角和距离。如图3b所示，点B、C、D为采集装置，点A为用户头部上一点，根据建立的坐标系可知点B、C、D的坐标分别为(xB，yB,0)、(xC，yC,0)、(xD，yD,0)，根据采集装置获得的用户与采集装置直接的距离可以知AB、AC、AD的距离分别为a、b、c，设点A坐标为(xA,yA,zA)，点E为点A在xy平面的投影，则点E的坐标为(xE，yE,0)，三角形AEB、AEC、AED都为直角三角形，所以AE2＝AD2－DE2＝AB2－BE2＝AC2－CE2，将上述等式已长度和坐标代替可解得点E的坐标。然后根据直角三角形AEB或AEC或AED的性质计算得到AE长度即点A的z轴坐标，获得点A坐标。
根据上述方式、人双眼与人脸位置和比例关系计算获得人双眼移动时的对应的坐标值(xL1,yL1,zL1)和(xR1,yR1,zR1)，(xL2,yL2，,zL2)和(xR2,yR2,zR2)，...，(xLn,yLn,zLn)和(xRn,yRn,zRn)，其中L表示左眼，R表示右眼，n表示双眼从位置1到位置n。
根据所述两眼球对应坐标值得到两眼球距离L1，L2，...Ln；根据双眼的z轴坐标或者人双眼连线中点的z轴坐标获得双眼与显示屏之间的距离Z。
根据两眼球之间的距离及双眼与显示屏之间的距离Z，计算得双眼移动时各个所述夹角θ1，θ2，...，θn，计算公式如下所示：
θ = 2 arctan L 2 Z
其中L是双眼之间的距离，Z是双眼与显示屏之间的距离。
S102：根据所述距离调整所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，根据所述夹角分别得到相应所述双眼的全息三维显示的视点，根据所述全息三维显示的视点调整需投射到所述双眼中左眼、右眼的不同个人全息三维图像的第一内容，并在所述显示屏中显示。
一般人与物体距离远时，物体在人双眼上的成像比较小，人与物体距离近时，物体在人双眼上的成像比较大，物体与人双眼距离越近，物体在人双眼上的成像越大。比如，在站在高楼往下看，看到地面的人非常小，可能和我们平时站在地面上看到的蚂蚁大小相近。请同时参阅图1，图1是本发明不同角度和距离自适应的三维显示方法第一实施方式中人双眼离显示屏距离不同所覆盖物体的视角、大小不同的原理示意图。在离显示屏与位置a同样远但角度不同的位置b时，双眼间距为L的用户看到同一物体，此时人视线包覆物体的范围为过左眼中心到物体左边的切点111到过右眼到物体右边的切点110之间面向用户一方的区域，在双眼与显示屏之间的距离相同的两个不同的位置a和b，人双眼相对显示屏的夹角不同，人双眼所看到的物体的区域不同。根据步骤S101中获得的夹角得到相应夹角的全息三维显示的视点和物体在全息场景的内容，根据步骤S101中获得的人双眼与显示屏之间的距离调整全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，并调节人双眼视线所能包覆物体的范围，比如，请参阅图4，当用户在离显示屏的距离为Z1的位置1移动到离显示屏的距离更远的位置2，在位置2时用户与离显示屏的距离为Z2，调整全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上变小，并调节人双眼视线所能包覆全息三维显示中物体在全息场景的范围变小；当用户在离显示屏的距离为Z3的位置3移动到离显示屏的距离更近的位置2，在位置2时用户与离显示屏的距离为Z2，调整全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上变大，并调节人双眼视线所能包覆全息三维显示中物体在全息场景的范围变小。根据全息三维显示的视点和物体在全息场景的z轴方向上的大小调整需投射到所述双眼中左眼、右眼的不同个人全息三维图像的视点，并在所述显示屏中显示。
S103：将所述显示屏光线出射方向调整至朝向所述双眼中左眼、右眼方向，以使得所述左眼、右眼的不同个人全息三维图像分别成像到所述左眼、右眼。
根据步骤S102获得的双眼中左眼、右眼的不同个人全息三维图像的视点，控制显示器中动态光栅，使得光栅的明暗条纹位置发生适应性改变，即将显示屏光线出射方向调整至朝向双眼中左眼、右眼方向，以使得左眼、右眼的不同个人全息三维图像经由动态光栅分别成像到左眼、右眼。
S104：跟踪所述双眼位置的变化，重复上述各个步骤以动态获得相应的所述左眼、右眼的不同个人全息三维图像，以使得所述双眼移动时所述左眼、右眼始终能获得正确的全息三维显示的视点、物体在全息场景的z轴方向上的大小的个人全息三维图像。
根据步骤S101获得的双眼与显示屏中心连线与显示屏法线之间的夹角和双眼移动时双眼与显示屏之间的距离Z，跟踪双眼位置的变化，同时参阅图4，图4是本发明不同角度和距离自适应的三维显示方法一人眼位置坐标变化示意图。当用户在位置1距离显示屏Z1时，根据步骤S101至S103获得左眼、右眼的不同个人全息三维图像和物体在全息场景的内容，调节物体在全息场景的z轴方向上的大小的个人全息三维图像。在位置2距离显示屏Z2时，双眼间距为L1的用户和在位置1的用户是同一用户，双眼间距为L2的用户和在位置1的用户是不同人群或不同年龄，重复步骤S101至S103以动态获得相应的所述左眼、右眼的不同个人全息三维图像，以使得所述双眼移动时所述左眼、右眼始终能获得正确的全息三维显示的视点、物体在全息场景的z轴方向上的大小的个人全息三维图像。比如在距离显示屏Z2位置，双眼间距为L1、L2的用户，经前述步骤获得相应调节视点和调节物体在全息场景的z轴方向上的大小和物体在全息场景的内容，可分别适应双眼间距不同的不同年龄、不同人群观看。
本实施方式中通过测得人脸到同一平面三点的距离，根据建立的坐标系和三角形关系以及人双眼与人脸大小比例关系获得人双眼与显示屏之间的距离和人双眼相对显示屏的夹角和人观看观看物体的视觉观看原理，通过数据的变化实时获得全息三维显示的视点、调节物体在全息场景的z轴方向上的大小和人双眼视线所能包覆全息三维显示中物体在全息场景的范围，适应不同距离不同角度观看，提高了用户体验。
请参阅图5，图5是本发明不同角度和距离自适应的三维显示方法第二实施方式的流程示意图。该方法包括以下步骤：
S301：采用至少三个不在同一直线上间隔设置在显示屏上的采集装置分别获得用户头部形状和用户头部与显示屏之间的至少第一距离、第二距离、第三距离，根据所述至少第一距离、第二距离、第三距离以及所述采集装置之间的距离结合三角公式，计算得到用户头部中双眼位置，所述位置包括所述双眼与所述显示屏之间的夹角、距离。
处理过程可以和步骤S101类似，此处不再赘述。
S302：判断所述距离是否小于第一阈值，若所述距离小于第一阈值时，所述距离变小，则不放大所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小；判断所述距离是否大于第二阈值，若所述距离大于第二阈值时，所述距离变大，则不缩小所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小。
为避免用户观看距离过近损害用户视力和观看效果，观看距离过远导致观看不清楚。设定最佳观看范围保证用户观看效果。根据所述距离调整所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小还包括调整所述全息三维显示中物体在全息场景的内容，其中，所述物体在全息场景的内容为人双眼视线所能包覆所述物体的范围内的所述物体外观内容，在调节物体在全息场景的z轴方向上的大小的步骤之前，进行判断，判断双眼与显示屏的之间的距离是否小于第一阈值，若双眼与显示屏的之间的距离小于第一阈值时，双眼与显示屏的之间的距离变小，则不放大全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小；判断双眼与显示屏的之间的距离是否大于第二阈值，若距离大于第二阈值时，双眼与显示屏的之间的距离变大，则不缩小全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小。其中第一阈值是指最佳观看范围的最小距离，第二阈值是指最佳观看范围的最大距离。
S303：判断所述距离是变大还是变小；若所述距离变大，则缩小所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，同时将人双眼视线所能包覆所述物体的范围扩大，得到调整后的所述全息三维显示中物体在全息场景的第二内容；反之则放大所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，同时将人双眼视线所能包覆所述物体的范围缩小，得到调整后的所述全息三维显示中物体在全息场景的第二内容。
当人双眼与显示屏之间的观看距离处于预设的最佳观看距离范围时，判断人双眼与显示屏之间的观看距离是变大还是变小，若人双眼与显示屏之间的距离变大，则缩小全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小并调节人双眼视线所能包覆全息三维显示中物体在全息场景的范围变大，反之则放大全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小并调节人双眼视线所能包覆全息三维显示中物体在全息场景的范围变小。符合人观看物体近时，物体大，观看物体远时，物体小，同时当人与观看物体距离不同时双眼视线所能包覆所述物体的范围有差异的观看原理，比如，参阅图1，在位置a时，双眼间距为L的用户看到一物体，此时人视线包覆物体的范围为过左眼中心到物体左边的切点121到过右眼到物体右边的切点120之间面向用户一方的区域；在离显示屏比a更远的位置c时，双眼间距为L的用户看到同一物体，此时人视线包覆物体的范围为过左眼中心到物体左边的切点131到过右眼到物体右边的切点130面向用户一方的区域，此位置c的人双眼视线所能包覆所述物体的范围，比位置a的人双眼视线所能包覆所述物体的范围大，在位置c物体在双眼上的成像比在位置a时物体在双眼上的成像小。具体调节可参考本发明个人全息三维显示方法第一实施方式的步骤S104。
S304：根据所述距离调整所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，根据所述夹角分别得到相应所述双眼的全息三维显示的视点，根据所述全息三维显示的视点调整需投射到所述双眼中左眼、右眼的不同个人全息三维图像的第一内容，并在所述显示屏中显示。
S305：将所述显示屏光线出射方向调整至朝向所述双眼中左眼、右眼方向，以使得所述左眼、右眼的不同个人全息三维图像分别成像到所述左眼、右眼。
步骤S304和S305与前述第一实施方式中步骤S102和S103相似，这里不再赘述。根据步骤S301至步骤303获得的数据，将物体在全息场景的z轴方向上的大小和物体在全息场景的内容调整需投射到所述双眼中左眼、右眼的不同个人全息三维图像的视点，并在所述显示屏中显示。其中，物体在全息场景的内容是指人双眼视线包覆所述物体的内容，可参阅图1及其说明，此处不再赘述。在双眼与显示屏距离比较近时，调节物体在全息场景的z轴方向上变大，并适应调节人双眼视线所能包覆全息三维显示中物体在全息场景的范围变小，比如放大全息场景中位于前方的物体，前方放大的物体遮挡视线后面的内容，并缩小人双眼视线所能包覆全息三维显示中物体在全息场景的范围，在双眼与显示屏距离比较远时，调节物体在全息场景的z轴方向上变小，并适应调节人双眼视线所能包覆全息三维显示中物体在全息场景的范围变大，比如将位于全息场景中前方的物体缩小速度大于位于息场景中后方的物体的缩小速度，将原遮挡的内容重新显示,并放大人双眼视线所能包覆全息三维显示中物体在全息场景的范围。
S306：跟踪所述双眼位置的变化，重复上述各个步骤以动态获得相应的所述左眼、右眼的不同个人全息三维图像，以使得所述双眼移动时所述左眼、右眼始终能获得正确的全息三维显示的视点、物体在全息场景的z轴方向上的大小的个人全息三维图像。
采集装置实时跟踪所述双眼位置的变化，重复上述各个步骤以动态获得相应的所述左眼、右眼的不同个人全息三维图像，以使得所述双眼移动时所述左眼、右眼始终能获得正确的全息三维显示的视点、物体在全息场景的z轴方向上的大小的个人全息三维图像。
本实施方式中通过设置最佳观看距离，只有当用户在最佳观看距离范围内时，若距离变大，则缩小全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，反之则放大全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小。同时根据人双眼和显示屏的夹角得正确的全息三维显示的视点。适应不同距离不同角度观看。
请参阅图6，图6是本发明不同角度和距离自适应的三维显示方法第三实施方式的流程示意图。本发明提供一种个人全息三维显示方法，包括以下步骤：
S501：采用至少三个不在同一直线上间隔设置在显示屏上的采集装置分别获得用户头部形状和用户头部与显示屏之间的至少第一距离、第二距离、第三距离，根据所述至少第一距离、第二距离、第三距离以及所述采集装置之间的距离结合三角公式，计算得到用户头部中双眼位置，所述位置包括所述双眼与所述显示屏之间的夹角、距离。
S502：判断所述距离是否小于第一阈值，若所述距离小于第一阈值时，所述距离变小，则不放大所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小；判断所述距离是否大于第二阈值，若所述距离大于第二阈值时，所述距离变大，则不缩小所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小。
S503：判断所述距离是变大还是变小，若所述距离变大，则缩小所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，反之则放大所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小。
S504：根据所述距离调整所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，根据所述夹角分别得到相应所述双眼的全息三维显示的视点，根据所述全息三维显示的视点调整需投射到所述双眼中左眼、右眼的不同个人全息三维图像的第一内容，并在所述显示屏中显示。
S505：将所述显示屏光线出射方向调整至朝向所述双眼中左眼、右眼方向，以使得所述左眼、右眼的不同个人全息三维图像分别成像到所述左眼、右眼。
S506：跟踪所述双眼位置的变化，重复上述各个步骤以动态获得相应的所述左眼、右眼的不同个人全息三维图像，以使得所述双眼移动时所述左眼、右眼始终能获得正确的全息三维显示的视点、物体在全息场景的z轴方向上的大小的个人全息三维图像。
步骤S501至S305与前述第一实施方式中步骤S301至S305相似，这里不再赘述。
S507：根据所述全息三维显示的视点和物体在全息场景的z轴方向上的大小获得需投射到双耳中左耳、右耳的不同个人全息声音，并分别输出对应所述左耳、右耳的不同个人全息声音。
为提高观看效果，根据全息三维显示的视点和物体在全息场景的z轴方向上的大小获得需投射到双耳中左耳、右耳的不同个人全息声音，并分别输出对应左耳、右耳的不同个人全息声音，放大用户位置靠显示屏近的一侧听到的声音，减小远离显示屏的一侧听到的声音。比如当用户位置靠右时，放大右声道音量，减小左声道音量；当用户位置靠左时，放大左声道音量，减小右声道音量；比如当用户位置居中，远离显示屏时，同时减小左右声道音量。
本实施方式中在用户最佳观看距离范围，当用户在最佳观看距离范围内时，若距离变大，则缩小全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，反之则放大全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小。同时根据人双眼和显示屏的夹角得正确的全息三维显示的视点，并获得需投射到双耳中左耳、右耳的不同个人全息声音分别输出对应左耳、右耳。符合人观看原理，同时对应调节输出声音，使得输出声音贴近现实，提高了用户体验。
请参阅图7，图7是本发明不同角度和距离自适应的三维显示设备一实施方式的流程示意图。本发明提供一种人机交互设备，包括：采集模块710、显示模块720、调整模块730，显示模块720分别与采集模块710、调整模块730相连。
采集模块710用于采用至少三个不在同一直线上间隔设置在显示屏上的采集装置分别获得用户头部形状和用户头部与显示屏之间的至少第一距离、第二距离、第三距离，根据所述至少第一距离、第二距离、第三距离以及所述采集装置之间的距离结合三角公式，计算得到用户头部中双眼位置，所述位置包括所述双眼与所述显示屏之间的夹角、距离。
显示模块720用于根据采集模块710获得的夹角得到相应夹角的全息三维显示的视点，根据获取模块710获得的距离调整全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，根据全息三维显示的视点和物体在全息场景的z轴方向上的大小调整需投射到双眼中左眼、右眼的不同个人全息三维图像的视点，并在显示屏中显示，不同位置的具体调节可参阅图4的说明，此处不再赘述。
调整模块730用于将显示屏光线出射方向调整至朝向双眼中左眼、右眼方向，以使得左眼、右眼的不同个人全息三维图像分别成像到左眼、右眼。
采集模块710还用于跟踪双眼位置，显示模块720以动态调整相应的左眼、右眼的不同个人全息三维图像，以使得双眼移动时在调整模块730作用下左眼、右眼始终能获得正确的全息三维显示的视点、物体在全息场景的z轴方向上的大小的个人全息三维图像。
请参阅图8，图8是本发明不同角度和距离自适应的三维显示设备另一实施方式的结构示意图。本发明提供一种个人全息三维显示设备，包括：采集模块810、显示模块820、调整模块830、声音调节模块840，采集模块810还包括计算单元811、采集装置812，显示模块820包括第一判断单元821、第二判断单元822、显示单元823、调节单元824。计算单元811分别与采集装置812、调整模块830、第一判断单元821相连，第一判断单元821还与第二判断单元822、调节单元824、声音调节模块840连接。
采集装置812用于在至少三个不在同一直线上间隔设置在显示屏上的位置分别获得用户头部形状和用户头部与显示屏之间的至少第一距离、第二距离、第三距离。
计算单元811，用于根据所述采集装置获得的所述用户头部形状和所用户头与显示屏之间的至少第一距离、第二距离、第三距离，xy坐标平面平行于所述显示屏的表面，采用三维标准坐标系，根据所述第一距离、第二距离、第三距离与所述测距装置的坐标结合三角形性质，获得所述双眼的两眼球对应坐标值(xL1,yL1,zL1)和(xR1,yR1,zR1)，(xL2,yL2，,zL2)和(xR2,yR2,zR2)，...，(xLn,yLn,zLn)和(xRn,yRn,zRn)，其中L表示左眼，R表示右眼，n表示所述双眼从位置1到位置n；
根据所述双眼的两眼球对应坐标值获得两眼球之间的距离L1，L2，...Ln；
根据所述两眼球之间的距离及所述双眼与显示屏之间的距离，计算得双眼移动时各个所述夹角θ1，θ2，...，θn计算公式如下所示：
θ = 2 arctan L 2 Z
其中L是双眼之间的距离，Z是双眼与显示屏的距离。
显示模块820用于根据采集模块810获得的夹角θ得到相应夹角θ的全息三维显示的视点，根据采集模块810获得的距离Z调整全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，根据全息三维显示的视点和物体在全息场景的z轴方向上的大小调整需投射到双眼中左眼、右眼的不同个人全息三维图像的视点，并在显示屏中显示，不同位置的具体调节可参阅图4的说明，此处不再赘述。
调整模块830用于将显示屏光线出射方向调整至朝向双眼中左眼、右眼方向，以使得左眼、右眼的不同个人全息三维图像分别成像到左眼、右眼。
第一判断单元821用于判断双眼到显示屏的距离Z是变大还是变小，若双眼到显示屏的距离Z变大，则缩小全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，反之则放大全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小。
第二判断单元822用于判断双眼到显示屏的距离Z是否小于第一阈值，若双眼到显示屏的距离Z小于第一阈值时，距离变小，则不放大全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小；判断双眼到显示屏的距离Z是否大于第二阈值，若距离大于第二阈值时，距离变大，则不缩小全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小。.
调节单元824用于根据第一判断模块821获得的距离调整所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小和所述全息三维显示中物体在全息场景的内容，其中，物体在全息场景的内容为人双眼视线所能包覆物体的范围内的物体外观内容。
采集模块810还用于跟踪双眼位置动态获得人双眼位置，使调整模块830以动态调整相应的左眼、右眼的不同个人全息三维图像，以使得双眼移动时左眼、右眼始终能获得正确的全息三维显示的视点、物体在全息场景的z轴方向上的大小的个人全息三维图像。
声音调节模块840用于根据全息三维显示的视点和物体在全息场景的z轴方向上的大小调节需投射到双耳中左耳、右耳的不同个人全息声音，并分别输出对应所述左耳、右耳的不同个人全息声音。放大用户位置靠显示屏近的一侧听到的声音，缩小远离显示屏的一侧听到的声音。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种不同角度和距离自适应的三维显示方法，其特征在于，包括：
采用至少三个不在同一直线上间隔设置在显示屏上的采集装置分别获得用户头部形状和用户头部与显示屏之间的至少第一距离、第二距离、第三距离，根据所述用户头部形状和所述至少第一距离、第二距离、第三距离以及所述采集装置之间的距离结合三角公式，计算得到用户头部中双眼位置，所述位置包括所述双眼与所述显示屏之间的夹角、距离；
根据所述距离调整所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，根据所述夹角分别得到相应所述双眼的全息三维显示的视点，根据所述全息三维显示的视点调整需投射到所述双眼中左眼、右眼的不同个人全息三维图像的第一内容，并在所述显示屏中显示；
将所述显示屏光线出射方向调整至朝向所述双眼中左眼、右眼方向，以使得所述左眼、右眼的不同个人全息三维图像分别成像到所述左眼、右眼；
跟踪所述双眼位置的变化，重复上述各个步骤以动态获得相应的所述左眼、右眼的不同个人全息三维图像，以使得所述双眼移动时所述左眼、右眼始终能获得正确的所述全息三维显示的视点、物体在全息场景的z轴方向上的大小的个人全息三维图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述距离调整所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小还包括调整所述全息三维显示中物体在全息场景的第二内容，其中，所述物体在全息场景的第二内容为人双眼视线所能包覆所述物体的范围内的所述物体外观内容，所述根据所述距离调整所述个人全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小的步骤包括：
判断所述距离是变大还是变小；
若所述距离变大，则缩小所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，同时将人双眼视线所能包覆所述物体的范围扩大，得到调整后的所述全息三维显示中物体在全息场景的第二内容；反之则放大所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，同时将人双眼视线所能包覆所述物体的范围缩小，得到调整后的所述全息三维显示中物体在全息场景的第二内容。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述判断所述距离是变大还是变小的步骤进一步包括：判断所述距离是否小于第一阈值，若所述距离小于第一阈值时，所述距离变小，则不放大所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，也不调整所述全息三维显示中物体在全息场景的第二内容；判断所述距离是否大于第二阈值，若所述距离大于第二阈值时，所述距离变大，则不缩小所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，也不调整所述全息三维显示中物体在全息场景的第二内容。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述双眼移动时各个所述夹角和距离采用如下方法获得：
根据所述用户头部形状和所用户头与显示屏之间的至少第一距离、第二距离、第三距离与所述测距装置的坐标结合三角形性质，xy坐标平面平行于所述显示屏的表面，采用三维标准坐标系，获得所述双眼的两眼球对应坐标值(xL1,yL1,zL1)和(xR1,yR1,zR1)，(xL2,yL2，,zL2)和(xR2,yR2,zR2)，...，(xLn,yLn,zLn)和(xRn,yRn,zRn)，其中L表示左眼，R表示右眼，n表示所述双眼从位置1到位置n；
根据所述两眼球对应坐标值获得两眼球之间的距离L1，L2，...Ln；
根据所述双眼对应的z轴坐标或者所述双眼连线中点的z轴坐标获得所述双眼与所述显示屏之间的距离Z；
根据所述两眼球的之间的距离及所述双眼与所述显示屏之间的距离，计算得双眼移动时各个所述夹角θ1，θ2，...，θn计算公式如下所示：
θ = 2 arctan L 2 Z
其中L是双眼之间的距离，Z是双眼与显示屏的距离。
5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，还包括步骤：
根据所述全息三维显示的视点和物体在全息场景的z轴方向上的大小获得需投射到双耳中左耳、右耳的不同个人全息声音，并分别输出对应所述左耳、右耳的不同个人全息声音。
6.一种不同角度和距离自适应的三维显示设备，其特征在于，所述设备包括：
采集模块，所述采集模块用于在至少三个不在同一直线上间隔设置在显示屏上的位置分别获得用户头部形状和用户头部与显示屏之间的至少第一距离、第二距离、第三距离，根据所述至少第一距离、第二距离、第三距离以及所述采集装置之间的距离结合三角公式，计算得到用户头部中双眼位置，所述位置包括所述双眼与所述显示屏之间的夹角、距离；
显示模块，所述显示模块用于根据所述距离调整所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，根据所述夹角分别得到相应所述双眼的全息三维显示的视点，根据所述全息三维显示的视点调整需投射到所述双眼中左眼、右眼的不同个人全息三维图像的第一内容，并在所述显示屏中显示；
调整模块，所述调整模块用于将所述显示屏光线出射方向调整至朝向所述双眼中左眼、右眼方向，以使得所述左眼、右眼的不同个人全息三维图像分别成像到所述左眼、右眼；
所述采集模块还用于跟踪所述双眼位置，所述显示模块以动态调整相应的所述左眼、右眼的不同个人全息三维图像，以使得所述双眼移动时在所述调整模块作用下所述左眼、右眼始终能获得正确的所述全息三维显示的视点、物体在全息场景的z轴方向上的大小的个人全息三维图像。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述显示模块包括显示单元、调整单元、判断单元，所述调整单元用于根据所述距离调整所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小和所述全息三维显示中物体在全息场景的第二内容，其中，所述物体在全息场景的第二内容为人双眼视线所能包覆所述物体的范围内的所述物体外观内容；
所述判断单元用于判断所述距离是变大还是变小；
若所述判断单元判断结果为所述距离变大，则控制所述调整单元缩小所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，同时将人双眼视线所能包覆所述物体的范围扩大，得到调整后的所述全息三维显示中物体在全息场景的第二内容；反之则控制所述调整单元放大所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，同时将人双眼视线所能包覆所述物体的范围缩小，得到调整后的所述全息三维显示中物体在全息场景的第二内容；
所述显示单元用于显示所述调整单元调整后的所述全息三维图像。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述显示模块进一步包括第二判断单元，所述第二判断单元用于判断所述距离是否小于第一阈值，若所述距离小于第一阈值时，所述距离变小，则控制所述调整单元不放大所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，也不调整所述全息三维显示中物体在全息场景的第二内容；判断所述距离是否大于第二阈值，若所述距离大于第二阈值时，所述距离变大，则控制所述调整单元不缩小所述全息三维显示中物体在全息场景的z轴方向上的大小，也不调整所述全息三维显示中物体在全息场景的第二内容。
9.根据权利要求6至8任一项所述的设备，其特征在于，所述采集模块包括采集装置、计算单元，所述计算单元具体用于：
根据所述采集装置获得的所述用户头部形状和所用户头与显示屏之间的至少第一距离、第二距离、第三距离与所述测距装置的坐标结合三角形性质，xy坐标平面平行于所述显示屏的表面，采用三维标准坐标系，获得所述双眼的两眼球对应坐标值(xL1,yL1,zL1)和(xR1,yR1,zR1)，(xL2,yL2，,zL2)和(xR2,yR2,zR2)，...，(xLn,yLn,zLn)和(xRn,yRn,zRn)，其中L表示左眼，R表示右眼，n表示所述双眼从位置1到位置n；
根据所述双眼的两眼球对应坐标值获得两眼球之间的距离L1，L2，...Ln；
根据所述双眼对应的z轴坐标或者所述双眼连线中点的z轴坐标获得所述双眼与所述显示屏之间的距离Z；
根据所述两眼球之间的距离及所述双眼与显示屏之间的距离，计算得双眼移动时各个所述夹角θ1，θ2，...，θn计算公式如下所示：
θ = 2 arctan L 2 Z
其中L是双眼之间的距离，Z是双眼与显示屏的距离。
10.根据权利要求6至8任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括声音调节模块，所述声音调节模块具体用于根据所述全息三维显示的视点和物体在全息场景的z轴方向上的大小调节需投射到双耳中左耳、右耳的不同个人全息声音，并分别输出对应所述左耳、右耳的不同个人全息声音。
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