CN113096204A - 一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体显示方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示方法及装置，对获取的三维图像进行投影切片，并对得到的二维图像进行傅里叶变换和时序调整后，输入震动模组进行固有频率的共通震动；将获取的固有频率数组和计算出的反比函数对应的两种分时震动信号输入对应的所述震动模组，并调整驻波，生成立体图像；利用多个彩色激光投影仪对所述立体图像进行色彩投影，并利用阻尼器进行噪声除杂，完成全息沙粒立体塑形显示，通过傅里叶展开使得不同方位的扬声器发出不同振幅的震动信号，在共同作用下形成驻波，使得细微沙粒浮起并组合成不同的立体图形，色彩丰富，可重复利用，成本低。

Description

一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体显示方法及装置
技术领域
本发明涉及全息沙粒立体塑形显示装置技术领域，尤其涉及一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体显示方法及装置。
背景技术
以往三维立体图形仅通过3D打印一种方案得到实物，在此过程中，得到实物颜色单一，且重复性利用率低，增加成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体显示方法及装置，降低成本。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示方法，包括以下步骤：
对获取的三维图像进行投影切片，并对得到的二维图像进行傅里叶变换和时序调整后，输入震动模组进行固有频率的共通震动；
将获取的固有频率数组和计算出的反比函数对应的两种分时震动信号输入对应的所述震动模组，并调整驻波，生成立体图像；
利用多个彩色激光投影仪对所述立体图像进行色彩投影，并利用阻尼器进行噪声除杂，完成全息沙粒立体塑形显示。
其中，对获取的三维图像进行投影切片，并对得到的二维图像进行傅里叶变换和时序调整后，输入震动模组进行固有频率的共通震动，包括：
按照由上到下的顺序，将获取的三维图像进行投影切片，得到多个二维图像；
对每一个所述二维图像进行傅里叶变换，并将得到的正弦函数组进行时序调整，将形成的二维到三维分时函数队列写入对应的数组后，得到傅里叶切片展开数组；
将所述傅里叶切片展开数组输入震动模组进行固有频率的共通震动。
其中，将所述傅里叶切片展开数组输入震动模组进行固有频率的共通震动，包括：
将所述傅里叶切片展开数组按照所述二维到三维分时函数队列展开，并利用电信号进行处理后，输入对应的震动模组；
利用单片机对所述震动模组和所述傅里叶切片展开数组进行控制，使所述震动模组中的每一个震动器按照当前固有频率进行共通震动。
其中，利用多个彩色激光投影仪对所述立体图像进行色彩投影，并利用阻尼器进行噪声除杂，完成全息沙粒立体塑形显示，包括：
在真空箱的三个方向对应布置彩色激光投影仪，并将所述彩色激光投影仪进行时序同步和画面裁剪后，将对应的色彩信号投影到所述立体图像中；
对阻尼器进行校准，并将校准完成后的所述阻尼器放置在所述真空箱中进行噪声除杂，完成全息沙粒立体塑形显示。
其中，对获取的三维图像进行投影切片，并对得到的二维图像进行傅里叶变换和时序调整后，输入震动模组进行固有频率的共通震动之前，所述方法还包括：
将塑形显示箱悬挂在真空箱中，并将所述真空箱中的空气抽空。
第二方面，本发明提供了一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示装置，应用于如第一方面所述的一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示方法，
所述利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示装置包括真空箱、塑形显示箱、多个彩色激光投影仪、阻尼器、第一震动模组和第二震动模组，所述塑形显示箱与所述真空箱固定连接，并位于所述真空箱中，多个所述彩色激光投影仪与所述真空箱可拆卸连接，并位于所述塑形显示箱四周，所述阻尼器与所述塑形显示箱和所述真空箱固定连接，并位于所述塑形显示箱和所述真空箱之间，所述第一震动模组与所述塑形显示箱固定连接，并位于所述塑形显示箱一侧，所述第二震动模组与所述塑形显示箱固定连接，并位于所述第一震动模组一侧。
其中，所述第一震动模组具有多个第一震动器，多个所述第一震动器密铺排列。
其中，所述第二震动模组具有多个第二震动器，多个所述第二震动器密铺排列。
本发明的一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体显示方法及装置，对获取的三维图像进行投影切片，并对得到的二维图像进行傅里叶变换和时序调整后，输入震动模组进行固有频率的共通震动；将获取的固有频率数组和计算出的反比函数对应的两种分时震动信号输入对应的所述震动模组，并调整驻波，生成立体图像；利用多个彩色激光投影仪对所述立体图像进行色彩投影，并利用阻尼器进行噪声除杂，完成全息沙粒立体塑形显示，通过傅里叶展开使得不同方位的扬声器发出不同振幅的震动信号，在共同作用下形成驻波，使得细微沙粒浮起并组合成不同的立体图形，由于使用了具体的细微沙作为显示装置，从而实现了将计算机立体图形动画实时地、有色彩地以立体的方式展现出来，色彩丰富，可重复利用，成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示方法的步骤示意图。
图2是本发明提供的一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示装置的结构示意图。
图3是本发明提供的沙立体塑形显示箱的结构示意图。
图4是本发明提供的图3的俯视图。
图5是本发明提供的图3的仰视图。
1-真空箱、2-塑形显示箱、3-彩色激光投影仪、4-阻尼器、5-第一震动模组、6-第二震动模组、51-第一震动器、61-第二震动器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1至图5，本发明提供一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示方法，包括以下步骤：
S101、对获取的三维图像进行投影切片，并对得到的二维图像进行傅里叶变换和时序调整后，输入震动模组进行固有频率的共通震动。
具体的，按照由上到下的顺序，将获取的三维图像进行投影切片，得到多个二维图像；对每一个所述二维图像进行傅里叶变换，并将得到的正弦函数组进行时序调整，将形成的二维到三维分时函数队列写入对应的数组后，得到傅里叶切片展开数组；一般的，一个三维图形可以认为是一组由上到下的不同高度下的投影切片堆砌构成的图形，每一层的切片可以认为是不同的二维线条构成的函数图形，该函数图像是封闭的，从而傅里叶展开能够将这种二维的图像信号转换为由正弦函数组合出的函数组，应用此规律，对于每一层的图像经过傅里叶变换，并将得到的傅里叶展开函数几何经过时序调整，形成一个二维到三维分时函数队列，并将其写入数组，就形成了一个基于切片堆砌的三维图形的傅里叶切片展开数组。
将所述傅里叶切片展开数组输入震动模组进行固有频率的共通震动，包括：将所述傅里叶切片展开数组按照所述二维到三维分时函数队列展开，并利用电信号进行处理后，输入对应的震动模组；利用单片机对所述震动模组和所述傅里叶切片展开数组进行控制，使所述震动模组中的每一个震动器按照当前固有频率进行共通震动，即震动模组按照不同的分时频率震动，并统一由单片机调控，使得傅里叶切片展开数组循环播放，每一个震动器以当时固有频率共通震动。
S102、将获取的固有频率数组和计算出的反比函数对应的两种分时震动信号输入对应的所述震动模组，并调整驻波，生成立体图像。
具体的，根据每一个所述震动器的震动频率，获取对应的固有频率数组分时震动信号，将所述固有频率数组分时震动信号传输至任一个所述振动模组，同时计算出所述三维图像的傅里叶切片展开数组的反比函数，并将所述反比函数对应的分时震动信号传输至另一个所述震动模组，所述震动模组包括第一震动模组5和第二震动模组6，两种分时震动信号分别输入第一震动模组5和第二震动模组6。
通过对所述震动模组的时序和频率进行控制，调整驻波，生成立体图像。
为了生成立体图像，正常情况下，由于两侧信号的强度不同，振幅、频率不同，且两侧的声音信号经过仓壁反射后会形成驻波，并促使仓内的沙粒按照驻波的形态在空间分布，通常的，只要驻波调整合适，可以形成任何形态的图形。
为了让立体图形动起来，正常情况下，只要通过不断地重复上述步骤，并精确控制震动模组震动的时序和频率，从而精确控制驻波，在一定范围的沙仓内理论上可以实现任何的流畅的立体三维动画播放。
S103、利用多个彩色激光投影仪3对所述立体图像进行色彩投影，并利用阻尼器4进行噪声除杂，完成全息沙粒立体塑形显示。
具体的，在真空箱1的三个方向对应布置彩色激光投影仪3，并将所述彩色激光投影仪3进行时序同步和画面裁剪后，将对应的色彩信号投影到所述立体图像中；对阻尼器4进行校准，并将校准完成后的所述阻尼器4放置在所述真空箱1中进行噪声除杂，完成全息沙粒立体塑形显示，包括：
为了让立体图形有颜色，在纱仓的前、上、两侧、底部布置彩色激光投影仪3，经过时序同步，画面剪裁后，将色彩信号投影到沙粒上可以实现彩色的现实立体动画播放。
然而，该装置在实用的过程中因上下两侧的震动模组需要通过震动的方式将塑形显示箱2中的沙粒塑形显示，所以会产生很大的噪音，为了解决这个问题，本方案将塑形显示箱2通过阻尼器4悬挂在套在最外层的真空箱1中，实用前，将真空箱1中的空气抽出，并校准阻尼器4尽可能使得内部的震动相对比较少的传导到外界，并利用真空中难以传输声音的物理特性，得到相对安静的多元驻波的全息沙粒立体塑型彩色激光投影仪3。
请参阅图2至图5，本发明提供一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示装置，应用于所述的一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示方法，
所述利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示装置包括真空箱1、塑形显示箱2、多个彩色激光投影仪3、阻尼器4、第一震动模组5和第二震动模组6，所述塑形显示箱2与所述真空箱1固定连接，并位于所述真空箱1中，多个所述彩色激光投影仪3与所述真空箱1可拆卸连接，并位于所述塑形显示箱2四周，所述阻尼器4与所述塑形显示箱2和所述真空箱1固定连接，并位于所述塑形显示箱2和所述真空箱1之间，所述第一震动模组5与所述塑形显示箱2固定连接，并位于所述塑形显示箱2一侧，所述第二震动模组6与所述塑形显示箱2固定连接，并位于所述第一震动模组5一侧。
在本实施方式中，为了防止震动产生的噪声造成不好的观看体验，在本实例中，塑形显示箱2需要悬吊在真空箱1内部，塑形显示箱2由上右后侧固定阻尼锁链，下右前侧固定阻尼锁链，前下左侧固定阻尼锁链，上左后侧固定阻尼锁链两端连接上真空箱1左后固定锁，上震动模组左后固定锁，上震动模组右后固定锁，上真空箱1右后固定锁，下震动模组左前固定锁，下真空箱1左前固定锁，下震动器右前固定锁，下真空箱1右前固定锁锁止固定。进一步地，塑形显示箱2受上述上右后侧固定阻尼锁链，下右前侧固定阻尼锁链，前下左侧固定阻尼锁链，上左后侧固定阻尼锁链锁止时会传导震动，这时，引用阻尼器4会相对减轻传导到外界的震动。
为了产生相对的驻波，在塑形显示箱2的上下两侧分别安置第一震动模组5和第二震动模组6，在本实例中，第一震动模组5和第二震动模组6被设计成正方形密铺以方便讨论，在实际生产使用环境中，第一震动模组5和第二震动模组6只要呈现相对密铺排列即可，具体密铺的外周形状或内周形状随实际使用情况而定，理论上单位面积内密铺的第一震动模组5和或第二震动模组6中的震动器数量越多，可控制的立体图形的精度就越高；进一步地，为了方便讨论，第一震动模组5和第二震动模组6的摆放位置角度不受本实例限制，在实际生产使用环境中，两种模组可相交或相平行。
为了使得生成的沙立体图像拥有彩色的显示效果，以本实例为例，使用直径在1毫米以下的细石英砂以确保最佳的投影效果，进一步地，在真空箱1的内部放置下真空箱1右前固定锁、左后方彩色激光投影仪3、上方彩色激光投影仪3三个彩色激光投影仪3，通过三个角度覆盖沙立体图像的所有角度，以达到彩色的沙立体图像拥有彩色的显示效果。
进一步的，所述第一震动模组5具有多个第一震动器51，多个所述第一震动器51密铺排列。
在本实施方式中，第一震动器51被设计成正方形密铺以方便讨论，在实际生产使用环境中，第一震动器51只要呈现相对密铺排列即可，具体密铺的外周形状或内周形状随实际使用情况而定，理论上单位面积内密铺的第一震动器51数量越多，可控制的立体图形的精度就越高。
进一步的，所述第二震动模组6具有多个第二震动器61，多个所述第二震动器61密铺排列。
在本实施方式中，第一震动器51和第二震动器61被设计成正方形密铺以方便讨论，在实际生产使用环境中，第一震动器51和第二震动器61只要呈现相对密铺排列即可，具体密铺的外周形状或内周形状随实际使用情况而定，理论上单位面积内密铺的第一震动器51和或第二震动器61数量越多，可控制的立体图形的精度就越高
本发明的一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体显示方法及装置，对获取的三维图像进行投影切片，并对得到的二维图像进行傅里叶变换和时序调整后，输入震动模组进行固有频率的共通震动；将获取的固有频率数组和计算出的反比函数对应的两种分时震动信号输入对应的所述震动模组，并调整驻波，生成立体图像；利用多个彩色激光投影仪3对所述立体图像进行色彩投影，并利用阻尼器4进行噪声除杂，完成全息沙粒立体塑形显示，通过傅里叶展开使得不同方位的扬声器发出不同振幅的震动信号，在共同作用下形成驻波，使得细微沙粒浮起并组合成不同的立体图形，由于使用了具体的细微沙作为显示装置，从而实现了将计算机立体图形动画实时地、有色彩地以立体的方式展现出来，色彩丰富，可重复利用，成本低。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示方法，其特征在于，包括以下步骤：
对获取的三维图像进行投影切片，并对得到的二维图像进行傅里叶变换和时序调整后，输入震动模组进行固有频率的共通震动；
将获取的固有频率数组和计算出的反比函数对应的两种分时震动信号输入对应的所述震动模组，并调整驻波，生成立体图像；
利用多个彩色激光投影仪对所述立体图像进行色彩投影，并利用阻尼器进行噪声除杂，完成全息沙粒立体塑形显示。
2.如权利要求1所述的利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示方法，其特征在于，对获取的三维图像进行投影切片，并对得到的二维图像进行傅里叶变换和时序调整后，输入震动模组进行固有频率的共通震动，包括：
按照由上到下的顺序，将获取的三维图像进行投影切片，得到多个二维图像；
对每一个所述二维图像进行傅里叶变换，并将得到的正弦函数组进行时序调整，将形成的二维到三维分时函数队列写入对应的数组后，得到傅里叶切片展开数组；
将所述傅里叶切片展开数组输入震动模组进行固有频率的共通震动。
3.如权利要求2所述的利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示方法，其特征在于，将所述傅里叶切片展开数组输入震动模组进行固有频率的共通震动，包括：
将所述傅里叶切片展开数组按照所述二维到三维分时函数队列展开，并利用电信号进行处理后，输入对应的震动模组；
利用单片机对所述震动模组和所述傅里叶切片展开数组进行控制，使所述震动模组中的每一个震动器按照当前固有频率进行共通震动。
4.如权利要求1所述的利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示方法，其特征在于，利用多个彩色激光投影仪对所述立体图像进行色彩投影，并利用阻尼器进行噪声除杂，完成全息沙粒立体塑形显示，包括：
在真空箱的三个方向对应布置彩色激光投影仪，并将所述彩色激光投影仪进行时序同步和画面裁剪后，将对应的色彩信号投影到所述立体图像中；
对阻尼器进行校准，并将校准完成后的所述阻尼器放置在所述真空箱中进行噪声除杂，完成全息沙粒立体塑形显示。
5.如权利要求1所述的利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示方法，其特征在于，对获取的三维图像进行投影切片，并对得到的二维图像进行傅里叶变换和时序调整后，输入震动模组进行固有频率的共通震动之前，所述方法还包括：
将塑形显示箱悬挂在真空箱中，并将所述真空箱中的空气抽空。
6.一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示装置，应用于如权利要求1至权利要求5任一项所述的一种利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示方法，其特征在于，
所述利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示装置包括真空箱、塑形显示箱、多个彩色激光投影仪、阻尼器、第一震动模组和第二震动模组，所述塑形显示箱与所述真空箱固定连接，并位于所述真空箱中，多个所述彩色激光投影仪与所述真空箱可拆卸连接，并位于所述塑形显示箱四周，所述阻尼器与所述塑形显示箱和所述真空箱固定连接，并位于所述塑形显示箱和所述真空箱之间，所述第一震动模组与所述塑形显示箱固定连接，并位于所述塑形显示箱一侧，所述第二震动模组与所述塑形显示箱固定连接，并位于所述第一震动模组一侧。
7.如权利要求6所述的利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示装置，其特征在于，
所述第一震动模组具有多个第一震动器，多个所述第一震动器密铺排列。
8.如权利要求6所述的利用风积沙构建驻波场的彩色立体塑形显示装置，其特征在于，
所述第二震动模组具有多个第二震动器，多个所述第二震动器密铺排列。
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