CN108769663B - 单屏圆周平动位图式体积显示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单屏圆周平动位图式体积显示方法。有一个作圆周平动的成像屏，在成像屏上显示一幅代表三维场景横截面的二维图像，此二维图像的位图信息及其在成像屏上的显示位置，根据成像屏所在的实时位置作动态刷新，形成一个相互平行的、时分的二维图像序列；借助视觉暂留效应，此二维图像序列被观察者感知并还原为一个三维场景。与背景技术领域中的显示方法相比，本发明在保证体素均匀且可以实现惯性力平衡的前提下，显著简化了驱动机构，提高了显示空间的占空比与显示时间的占空比。因此，特别适合三维图像的精确显示，在工业设计、科学研究、教学演示、医学CT分析、空间机构运动仿真等举凡涉及三维图像显示的领域都有着广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及三维图像显示方法，尤其是涉及一种单屏圆周平动位图式体积显示方法。
背景技术
已经公开的位图式体积显示方法，根据成像屏的个数及其所具有的机械扫描运动方式，可分别归属到定轴转动式、往复移动式和多屏平动式三种。
定轴转动式如图1所示，其中只有一个成像屏，成像屏所作的机械扫描运动是定轴转动。其优点是惯性力易于平衡，显示空间的占空比与显示时间的占空比都达到最大；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，因而不适合三维图像的精确显示。
往复移动式如图2所示，其中只有一个成像屏，成像屏所作的机械扫描运动是往复移动。其优点是允许大小一致且分布均匀的体素，从而适合三维图像的精确显示，并且显示空间的占空比与显示时间的占空比都比较大；其局限是成像屏的运动是加速度很大的往复运动，惯性力无法平衡，引起的振动和噪音问题难以克服。
多屏平动式如图3所示，其中有2~6个相互平行的成像屏，它们均匀分布在同一圆周上，沿此圆周作圆周平动，并依次出现在视野中。其优点是允许大小一致且分布均匀的体素，从而适合三维图像的精确显示，且惯性力可以平衡；其局限是显示空间的占空比与显示时间的占空比都比较小，特别是驱动机构比较复杂。
发明内容
为了克服背景技术领域中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种单屏圆周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：
本发明有一个作圆周平动的成像屏，在成像屏上显示一幅代表三维场景横截面的二维图像，此二维图像的位图信息及其在成像屏上的显示位置，根据成像屏所在的实时位置作动态刷新，形成一个相互平行的、时分的二维图像序列；借助视觉暂留效应，此二维图像序列被观察者感知并还原为一个三维场景。
所述成像屏上显示一幅代表三维场景横截面的二维图像的方法是通过直接显示生成的；为实现成像屏的圆周平动，采用了第一个平行四边形机构，其中的连杆与成像屏固连；为实现与第一个平行四边形机构惯性力的平衡，采用了曲柄呈180°布置的第一个配重平行四边形机构，其中的连杆与第一个配重固连；为了保证成像屏上显示的二维图像正好落在固定的成像空间中，必需使显示位图相对于成像屏的偏移量等于成像屏在屏面方向发生的位移量。
所述成像屏上显示一幅代表三维场景横截面的二维图像的方法是通过投影成像生成的；在从固定投影仪到成像屏之间的投影光路上设有一个作圆周平动的反光镜；在作圆周平动的反光镜与作圆周平动的成像屏之间，安装有固定反光镜，以调整光路的方向；为实现成像屏的圆周平动，采用了第一个平行四边形机构，其中的连杆与成像屏固连；为实现与第一个平行四边形机构惯性力的平衡，采用了曲柄呈180°布置的第一个配重平行四边形机构，其中的连杆与第一个配重固连；为实现反光镜的圆周平动，采用了第二个平行四边形机构，其中的连杆与反光镜固连；为实现与第二个平行四边形机构惯性力的平衡，采用了曲柄呈180°布置的第二个配重平行四边形机构，其中的连杆与第二个配重固连；第一个平行四边形机构的曲柄长度必需是第二个平行四边形机构的曲柄长度的两倍，且第一个平行四边形机构有一个曲柄与第二个平行四边形机构的一个曲柄固连，使反光镜在垂直镜面方向的线速度大小，始终保持为成像屏在垂直屏面方向的线速度大小的一半，从而保证从固定投影仪到作圆周平动的成像屏之间的光程保持不变、在成像屏上投出聚焦清晰、大小相同且位置正好落在固定的成像空间中的二维图像。
本发明具有的有益效果是：
本发明与往复移动式和多屏平动式类似，在成像屏作圆周平动的过程中，各个位置相互平行，因而允许大小一致且分布均匀的体素，从而适合三维图像的精确显示，显示的三维图像质量必然优于定轴转动式；其次，与往复移动式相比，本发明避免了加速度很大的往复运动，可以实现惯性力平衡；与多屏平动式相比，则显著简化了的驱动机构，并且提高了显示空间的占空比与显示时间的占空比。
本发明特别适合三维图像的精确显示，在工业设计、科学研究、教学演示、医学CT分析、空间机构运动仿真等举凡涉及三维图像显示的领域都有着广阔的应用前景。
附图说明
图1是已知的定轴转动位图式体积显示方法的原理图。
图2是已知的往复移动位图式体积显示方法的原理图。
图3是已知的多屏平动位图式体积显示方法的原理图。
图4是本发明的单屏圆周平动位图式体积显示方法的原理图。
图5是本发明的第一个实施例。
图6是本发明的第二个实施例。
图中：1、成像屏，1'、配重，2、反光镜，3、固定反光镜，4、投影仪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是已知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作定轴转动，惯性力易于平衡，成像屏1的成像空间（剖面线所示，以下相同）可以等同于扫描空间（阴影所示，以下相同），因而显示空间的占空比达到最大值100%；从时间占空比上看，任何时间都有一幅二维图像在显示，因而时间的占空比也达到最大值100%。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，则三维成像空间为圆柱体。
图2是已知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作变速的往复移动，惯性力无法平衡，考虑到两端回头时的加速度很大，不利于成像，成像屏1的成像空间通常小于其扫描空间，因而显示空间的占空比与显示时间的占空比都小于100%。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，则三维成像空间为长方体。
图3是已知的多屏平动位图式体积显示方法的原理图。其中表示了3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。在此类方法中，成像屏1的成像空间远小于扫描空间，并且当成像空间中有两个成像屏进行交替时不能显示二维图像，因此显示空间的占空比与显示时间的占空比都比较小。如果要求成像空间是长方体，则成像屏1的尺寸必须大于二维截面图像的尺寸。
图4是本发明的单屏圆周平动位图式体积显示方法的原理图。有一个作圆周平动的成像屏1；在成像屏1上显示一幅代表三维场景横截面的二维图像，此二维图像的位图信息及其在成像屏1上的显示位置，根据成像屏1所在的实时位置作动态刷新，形成一个相互平行的、时分的二维图像序列；借助视觉暂留效应，此二维图像序列被观察者感知并还原为一个三维场景。在这种方法中，成像屏1的成像空间也小于扫描空间，但与图3相比，显示空间的占空比较大，而显示时间的占空比与图2相同。如果要求成像空间是长方体，则成像屏1的宽度至少大于二维截面图像宽度的两倍。
图5是本发明的第一个实施例。所述成像屏1上显示一幅代表三维场景横截面的二维图像的方法是通过直接显示生成的；为实现成像屏1的圆周平动，采用了第一个平行四边形机构ABCD，其中的连杆BC与成像屏1固连；为实现与第一个平行四边形机构ABCD惯性力的平衡，采用了曲柄呈180°布置的第一个配重平行四边形机构AB'C'D，其中的连杆B'C'与第一个配重1'固连；为了保证成像屏1上显示的二维图像正好落在固定的成像空间中，必需使显示位图相对于成像屏的偏移量等于成像屏在屏面方向发生的位移量。
图6是本发明的第二个实施例。所述成像屏1上显示一幅代表三维场景横截面的二维图像的方法是通过投影成像生成的；在从固定投影仪4到成像屏1之间的投影光路上设有一个作圆周平动的反光镜2；在作圆周平动的反光镜2与作圆周平动的成像屏1之间，安装有固定反光镜3，以调整光路的方向；为实现成像屏1的圆周平动，采用了第一个平行四边形机构ABCD，其中的连杆BC与成像屏1固连；为实现与第一个平行四边形机构ABCD惯性力的平衡，采用了曲柄呈180°布置的第一个配重平行四边形机构，其中的连杆与第一个配重固连（与图5结构雷同，图6中未画出）；为实现反光镜2的圆周平动，采用了第二个平行四边形机构AEFG，其中的连杆EF与反光镜2固连；为实现与第二个平行四边形机构AEFG惯性力的平衡，采用了曲柄呈180°布置的第二个配重平行四边形机构，其中的连杆与第二个配重固连（与图5结构雷同，图6中未画出）；第一个平行四边形机构ABCD的曲柄长度|AB|必需是第二个平行四边形机构的曲柄长度|AE|的两倍，且第一个平行四边形机构有一个曲柄AB与第二个平行四边形机构的一个曲柄AE固连，使反光镜2在垂直镜面方向的线速度大小，始终保持为成像屏1在垂直屏面方向的线速度大小的一半，从而保证从固定投影仪4到作圆周平动的成像屏1之间的光程保持不变、在成像屏上投出聚焦清晰、大小相同且位置正好落在固定的成像空间中的二维图像。
Claims (2)
1.一种单屏圆周平动位图式体积显示方法，其特征在于：有一个作圆周平动的成像屏，在成像屏上显示一幅代表三维场景横截面的二维图像，此二维图像的位图信息及其在成像屏上的显示位置，根据成像屏所在的实时位置作动态刷新，形成一个相互平行的、时分的二维图像序列；借助视觉暂留效应，此二维图像序列被观察者感知并还原为一个三维场景；
所述成像屏上显示一幅代表三维场景横截面的二维图像的方法是通过直接显示生成的；为实现成像屏的圆周平动，采用了第一个平行四边形机构，其中第一个平行四边形机构的连杆与成像屏固连；为实现与第一个平行四边形机构惯性力的平衡，采用了曲柄呈180°布置的第一个配重平行四边形机构，其中第一个配重平行四边形机构的连杆与第一个配重固连；为了保证成像屏上显示的二维图像正好落在固定的成像空间中，必需使显示位图相对于成像屏的偏移量等于成像屏在屏面方向发生的位移量。
2.一种单屏圆周平动位图式体积显示方法，其特征在于：有一个作圆周平动的成像屏，在成像屏上显示一幅代表三维场景横截面的二维图像，此二维图像的位图信息及其在成像屏上的显示位置，根据成像屏所在的实时位置作动态刷新，形成一个相互平行的、时分的二维图像序列；借助视觉暂留效应，此二维图像序列被观察者感知并还原为一个三维场景：其特征在于：所述成像屏上显示一幅代表三维场景横截面的二维图像的方法是通过投影成像生成的；在从固定投影仪到成像屏之间的投影光路上设有一个作圆周平动的反光镜；在作圆周平动的反光镜与作圆周平动的成像屏之间，安装有固定反光镜，以调整光路的方向；为实现成像屏的圆周平动，采用了第一个平行四边形机构，其中第一个平行四边形机构的连杆与成像屏固连；为实现与第一个平行四边形机构惯性力的平衡，采用了曲柄呈180°布置的第一个配重平行四边形机构，其中第一个配重平行四边形机构的连杆与第一个配重固连；为实现反光镜的圆周平动，采用了第二个平行四边形机构，其中第二个平行四边形机构的连杆与反光镜固连；为实现与第二个平行四边形机构惯性力的平衡，采用了曲柄呈180°布置的第二个配重平行四边形机构，其中第二个配重平行四边形机构的连杆与第二个配重固连；第一个平行四边形机构的曲柄长度必需是第二个平行四边形机构的曲柄长度的两倍，且第一个平行四边形机构有一个曲柄与第二个平行四边形机构的一个曲柄固连，使反光镜在垂直镜面方向的线速度大小，始终保持为成像屏在垂直屏面方向的线速度大小的一半，从而保证从固定投影仪到作圆周平动的成像屏之间的光程保持不变、在成像屏上投出聚焦清晰、大小相同且位置正好落在固定的成像空间中的二维图像。
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