CN105093551B - 景观环境实时表现中的真三维立体显示系统及显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种景观环境实时表现中的真三维立体显示系统，包括人机交互平台，用于将采集到的二维图像经过图像处理得到三维图像，并转变为可投射的真三维图像；投影系统，用于将可投射的真三维图像按次序投影到成像系统；成像系统，用于真三维立体成像显示；伺服系统，用于受人机交互平台控制，控制成像系统中的旋转反射屏以一定的速率沿所述的圆周旋转。本发明将真三维显示技术引入到景观环境实时表现中，搭建基于锥形反射屏、旋转反射屏的真三维立体显示系统，并配备相应的人机交互平台，可显示具有真实感的数字景观场景，使观察者可裸眼观看到高清晰立体图像，有身临其境的感受。

Description

景观环境实时表现中的真三维立体显示系统及显示方法

技术领域

本发明属于三维显示技术，具体属于一种景观环境实时表现中的真三维立体显示系统及显示方法。

背景技术

现有景观环境的渲染或演示技术，大多采用平面显示或视差立体显示系统为观察平台。平面显示缺乏影像深度信息数据，无法直接表达组织结构和空间结构。裸视或佩戴眼镜观看普通视差立体影像存在的缺陷主要有：长时间观看将产生眩晕感；水平与深度的显示比例存在失真；立体视区间存在互扰；最佳视点少；难以实现垂直视差；不能实现360°环视。为了弥补平面配图的缺陷，通过配备实物模型来帮助表现设计，则需要花费大量时间，且携带困难，此外根据需要，即时修改模型的难度较大。基于体扫描的真三维显示是目前最新的立体显示技术，它通过适当方式激励显示体内的介质产生可见光辐射形成体像素，这些分散在三维空间的体像素构成了立体图像，它无需配戴任何立体眼镜就能呈现视差图像从而获得深度信息。真三维显示的图像存在于真实三维空间，能展示一个最接近真实物体的立体画面，符合人们观察世界的真实感受，满足所有生理和心理的深度暗示。真三维显示系统可实现全角度裸眼观看，较之其他两种裸视立体显示技术，更接近于最终的显示目标。真三维显示是通过特制的3D显示器来直接显示三维图像,不需要任何辅助设备,可以从多个角度直接观察三维物体,类似于观察鱼缸中的金鱼,从而使得所展示的三维对象既有心理景深又有物理景深。真三维显示的发展趋势是实现大尺度、高分辨率、全彩色、高亮度、实时显示和人机交互。目前由于基于旋转屏的体三维显示的显示效果最好，技术实现上较其他方式更容易，将会是未来真三维显示的主要发展方向。

按显示原理，真三维显示可分为静态体显示和扫描体显示。静态体显示能在一个固定的空间中产生体像素。静态体显示通常使用红外转换技术，但较高功率的红外激光将会对眼睛带来伤害。基于体扫描的真三维技术是依靠机械装置的周期性运动来产生体像素。体扫描使用可见光成像，对眼睛无害，除扫描机械部件限制外，体扫描空间尺寸不受其他因素制约。真三维成像与被广泛应用的幻影成像和伪全息成像有本质区别，幻影成像与伪全息成像利用简单的光学原理做到影像浮空，都不能呈现立体画面，而真三维成像能在空间上重构三维数据的实像，可实现水平360°和垂直180°的观看。

目前应用在景观环境实时表现中的真三维显示还未有成熟的方案。在其他应用环境中公开的技术方案大多采用面阵LED板旋转的方式，利用LED板的旋转，光信号在人的视觉中的暂留形成三维图像，该类方法缺乏从真三维显示原理与光传输机理方面进行提升，受限于面阵LED密度，成像效果单一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种景观环境实时表现中的真三维立体显示系统及显示方法，可显示具有真实感的数字景观场景，使观察者可裸眼观看到高清晰立体图像，有身临其境的感受。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种景观环境实时表现中的真三维立体显示系统，其特征在于：它包括：

人机交互平台，用于将采集到的二维图像经过图像处理得到三维图像，并转变为可投射的真三维图像；

投影系统，用于将可投射的真三维图像按次序投影到成像系统；

成像系统，用于真三维立体成像显示，包括锥形反射柱和旋转反射屏，其中旋转反射屏为弧形屏幕，均布在以同一个圆心的圆周上，锥形反射柱位于圆心的正上方，将投影系统送出的图像分别反射到旋转反射屏上；锥形反射柱的锥面个数与旋转反射屏的个数相同；旋转反射屏的高度与锥形反射柱保持一致；

伺服系统，用于受人机交互平台控制，控制成像系统中的旋转反射屏以一定的速率沿所述的圆周旋转。

按上述系统，所述的人机交互平台包括：

图形工作站，用于获取原始图像数据；

真三维数据转换器，用于对原始图像数据进行图像分割、三维建模和真三维采样，得到三维图像；

真三维显示器，用于显示三维图像；

空间光学触控器，用于传送图像算法的指令信息；

数据处理模块，用于响应空间光学触控器传送的指令信息，根据指令信息对三维图像进行图像重分割、模型变换和采样，转换成可投射的真三维图像；

数据处理模块处理完数据以后对伺服系统发送电信号进行计算和控制旋转反射屏。

按上述系统，所述的旋转反射屏为3块，每块旋转反射屏的弧度为60度。

基于上述景观环境实时表现中的真三维立体显示系统实现的显示方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、将获取的原始图像数据进行图像分割、三维建模和真三维采样处理，得到三维图像；

S2、对三维图像进行图像重分割、模型变换和采样，转换成可投射的真三维图像；

S3、通过投影系统将可投射的真三维图像按次序投影到锥形反射柱上，经锥形反射柱反射到旋转反射屏上；

S4、旋转反射屏以一定的速率沿圆周旋转，人眼无法识别的高速旋转的旋转反射屏利用人的视觉暂留,在人眼中形成三维物体。

本发明的有益效果为：本发明将真三维显示技术引入到景观环境实时表现中，搭建基于锥形反射屏、旋转反射屏的真三维立体显示系统，并配备相应的人机交互平台，可显示具有真实感的数字景观场景，使观察者可裸眼观看到高清晰立体图像，有身临其境的感受。

附图说明

图1为本发明一实施例的成像系统结构示意图。

图2为本发明一实施例的人机交互平台结构框图。

图3为本发明一实施例的整体结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

一种景观环境实时表现中的真三维立体显示系统，如图3所示，它包括：

人机交互平台，用于将采集到的二维图像经过图像处理得到三维图像，并转变为可投射的真三维图像；

投影系统，用于将可投射的真三维图像按次序投影到成像系统；

成像系统，如图1所示，用于真三维立体成像显示，包括锥形反射柱和旋转反射屏，其中旋转反射屏为弧形屏幕，均布在以同一个圆心的圆周上，锥形反射柱位于圆心的正上方，将投影系统送出的图像分别反射到旋转反射屏上；锥形反射柱的锥面个数与旋转反射屏的个数相同；旋转反射屏的高度与锥形反射柱保持一致；

伺服系统，用于受人机交互平台控制，控制成像系统中的旋转反射屏以一定的速率沿所述的圆周旋转。

所述的人机交互平台如图2所示，包括：

图形工作站，用于获取原始图像数据；

真三维数据转换器，用于对原始图像数据进行图像分割、三维建模和真三维采样，得到三维图像；

真三维显示器，用于显示三维图像；

空间光学触控器，用于传送图像算法的指令信息；

数据处理模块，用于响应空间光学触控器传送的指令信息，根据指令信息对三维图像进行图像重分割、模型变换和采样，转换成可投射的真三维图像；

数据处理模块处理完数据以后对伺服系统发送电信号进行计算和控制旋转反射屏，通信方式为串口。

在本实施例中，所述的旋转反射屏为3块，每块旋转反射屏的弧度为60度。旋转反射屏是一种透明或不透明的、具有漫反射的旋转屏幕，该屏连接伺服系统获得驱动而旋转，沿转台圆周三路分布，最大限度的提高旋转后的视觉暂留效果。旋转反射屏接收到锥形反射柱反射的图像后，以观察者无法察觉的高速转动,利用人的视觉暂留,在人眼中形成3D物体。

基于上述景观环境实时表现中的真三维立体显示系统实现的显示方法，包括以下步骤：

S1、将获取的原始图像数据进行图像分割、三维建模和真三维采样处理，得到三维图像；

S2、对三维图像进行图像重分割、模型变换和采样，转换成可投射的真三维图像；

S3、通过投影系统将可投射的真三维图像按次序投影到锥形反射柱上，经锥形反射柱反射到旋转反射屏上；

S4、旋转反射屏以一定的速率沿圆周旋转，人眼无法识别的高速旋转的旋转反射屏利用人的视觉暂留,在人眼中形成三维物体。

本实施例中，人机交互平台将计算机辅助设计的三维图像通过真三维图形处理器的应用和算法，转变为真三维图像显示。使用3DMAX构建三维物体模型，基于OpenGL、VC++语言编程实现三维物体切片及截面图像合成，然后通过电脑显示，得到逼真的三维立体图像。本实施例中人机交互平台通过OpenGL(开放性图形库)与ODI(图像数据接口)，对采样模块得到的信息进行编译器优化和代码优化,由上位机投影数据传输模块传输给投影系统。

具体的，真三维数据转换器从图形工作站获取原始图像数据，由真三维数据转换器完成原始图像的图像分割、三维建模和真三维采样，数据处理模块能响应空间光学触控器传送的指令信息并实时进行图像重分割、模型变换和采样；最后把校正后的位置信息传给数据处理模块，通过OpenGL(开放性图形库)与ODI(图像数据接口)处理立体图像数据信息，并经过编译器优化和代码优化，实现不同类型模型的读取，实现了真三维立体图像的实时显示。

其中，真三维数据转换器包括：图像分割模块：对原始图像数据进行分割，重构适用于三维显示的图形；三维建模模块：将图像分割模块分割好的图形以基于三维显示的模式进行建模重构；真三维采样模块：将三维建模模块重构的图像进行AD采样。

数据处理模块包括：图像重分割模块：将空间光学触控器传送的指令信息进行基于投影系统显示原理的二次分割；模型变换模块：将图像重分割模块所分割的信息进行基于投影系统显示原理的模块转换：采样模块：对模型变换模块转换的图像信息进行AD采样。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种景观环境实时表现中的真三维立体显示系统，其特征在于：它包括：

人机交互平台，用于将采集到的二维图像经过图像处理得到三维图像，并转变为可投射的真三维图像；

投影系统，用于将可投射的真三维图像按次序投影到成像系统；

成像系统，用于真三维立体成像显示，包括锥形反射柱和旋转反射屏，其中旋转反射屏为弧形屏幕，均布在以同一个圆心的圆周上，锥形反射柱位于圆心的正上方，将投影系统送出的图像分别反射到旋转反射屏上；锥形反射柱的锥面个数与旋转反射屏的个数相同；旋转反射屏的高度与锥形反射柱保持一致；

伺服系统，用于受人机交互平台控制，控制成像系统中的旋转反射屏以一定的速率沿所述的圆周旋转；

所述的人机交互平台包括：

图形工作站，用于获取原始图像数据；

真三维数据转换器，用于对原始图像数据进行图像分割、三维建模和真三维采样，得到三维图像；

真三维显示器，用于显示三维图像；

空间光学触控器，用于传送图像算法的指令信息；

数据处理模块，用于响应空间光学触控器传送的指令信息，根据指令信息对三维图像进行图像重分割、模型变换和采样，转换成可投射的真三维图像；

数据处理模块处理完数据以后对伺服系统发送电信号进行计算和控制旋转反射屏。

2.根据权利要求1所述的景观环境实时表现中的真三维立体显示系统，其特征在于：所述的旋转反射屏为3块，每块旋转反射屏的弧度为60度。

3.基于权利要求1所述的景观环境实时表现中的真三维立体显示系统实现的显示方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、将获取的原始图像数据进行图像分割、三维建模和真三维采样处理，得到三维图像；

S2、对三维图像进行图像重分割、模型变换和采样，转换成可投射的真三维图像；

S3、通过投影系统将可投射的真三维图像按次序投影到锥形反射柱上，经锥形反射柱反射到旋转反射屏上；

S4、旋转反射屏以一定的速率沿圆周旋转，人眼无法识别的高速旋转的旋转反射屏利用人的视觉暂留,在人眼中形成三维物体。