CN1205482A

CN1205482A - 电脑之立体显像系统及二次元影像于视觉纵深度之运用方法

Info

Publication number: CN1205482A
Application number: CN97111997A
Authority: CN
Inventors: 林明彦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-07-11
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 1999-01-20

Abstract

本发明涉及一种电脑之立体显像系统及二次元影像于视觉纵深度之运用方法,其中该立体显像系统包括有电脑、电脑之主记体及VGA绘图卡、监视器、外接式快门同步器及液晶快门眼镜等所组成;另该二次元影像于视觉纵深度之运用方法采用两眼视差及监视器之荧幕上立体显像连续显示方式,即将左、右两眼之二次元显像位置做适当视差位移,再配合立体显像连续显示方式,使原来重叠于同一平面之各层次二次元影像,借助液晶快门眼镜,便能观看到立体影像。

Description

电脑之立体显像系统及二次元影像于视觉纵深度之运用方法

本发明属于一种电脑之立体显像系统及二次元影像于视觉纵深度之运用方法。

随着科技的进步及多媒体时代的到来，立体影像之技术已是目前最热门之话题，尤其在个人电脑上，制作3D(三次元)的应用软体，再配合快门式立体眼镜、偏光式立体眼镜或立体头盔之使用，便可在电脑上观赏到立体影像。例如，电子游戏软体，其显示之影像已由传统的2D(二次元)转入3D，甚至再由3D迈向立体。然就荧幕场景之制作技术而言，2D所运用的场景制作技术，是透过美工人员，利用手工把场景中之个个物件，于2D之平面上，一张张绘制而成；另于3D或立体之新领域中则完全不同于传统之2D制作方法，即系利用3D之绘图技术，把场景中之物件一一投射至荧幕上，以得到3D的场景画面，综上所述，于2D场景之物件是利用平面之图形来表达，然而，对于3D而言，场景之物件系利用几何模型来表达。此外，一般在2D平面荧幕中，为了使场景具有立体之视觉效果，创作者可根据距离感的远近从无限远的背景到游戏主场而分离成数个层次，每个层次之场景皆由一张2D的图画来表现，最后再将这些不同层次之场景合并，以成为呈现在荧幕上之最终场景，然而，从使用者之视点来看该多层次之合成场景，虽然在使用者之心理上可感觉到各层次间之纵深感，但实际上，各层次之2D图画却重叠在同一平面上，视觉上实在是无法感觉到具有3D纵深之视觉效果。因此，过去利用2D之制作技术所设计之电子游戏或其它软体之软体之场景，无法在3D的领域中重新被利用；在场景之软体制作上必须再重复利用3D之绘图技术才能真正完全把具有立体效果之影像表达，而使得原先已制作完成之许多2D软体无法在立体显像中被利用，实在是甚为可惜且浪费。

本发明的目的是针对上述问题之解决，调整软体、硬体等技术，提供一套有效之立体显示技术，而将2D软体之2D影像立体化。

本发明系根据两眼视差之基本原理及监视器荧幕上之立体显像方式(连续显示方式)可将原来重叠于同一平面之各层次二次元显像场景的纵深距离感强化，并可利用此技术把场景中之主要物件浮现出来，再配合本发明中之立体显像的硬体系统，即可观赏到视觉上逼真的立体效果。

本发明的目的是这样实现的，使用立体显像所需之两张左、右影像，利用扫描技术交替扫描使其影像连续显示于监视器之荧幕上，再利用液晶快门眼镜，以取得液晶快门的开关切换(液晶快门透光、遮光状态的变化)与监视器上影像显示时间的同步。即在某一瞬间当左影像显示在监视器之荧幕上时，眼镜左边的液晶快门是处于透光的状态下，同时于眼镜右边的液晶快门是处于遮光的状态下，因此使用者可仅由左眼观看到左影像，而另一瞬间当右影像显示在监视器之荧幕上时，眼镜右边的液晶快门是处于透光的状态下，而眼镜左边的液晶快门则处于遮光之状态，故使用者仅可由右眼观看到右眼影像，利用该左、右影像交替显示的时间小于视觉暂留时间，使用者便可观看到立体影像。

本发明系利用两眼视差原理以取得立体视觉之效果，即人类观看目标物时，因左、右眼观看角度之不同，使得物体于左、右眼视网膜上所结成的像也有所不同(如左眼所看到的为左影像，右眼所看到的为右影像)，人的脑神经网路系根据左、右所看见影像之差异以构筑立体影像而获取纵深度的感觉；因此，根据两眼视差之原理，首先制作两张具有视差之左、右眼影像，然后交替将该两影像显示于监视器之荧幕上，使用者再戴上本发明之立体快门眼镜，即可由监视器之平面荧幕观看立体之景物。

本发明系利用上述两眼视差之原理，将左、右两眼相同之2D影像，做适当之视差位移，而可得到各种不同层次纵深感之立体影像。

下面结合附图及实施例对本发明进一步说明：

首先，请先参阅图1，本发明实施例之系统外观示意图，其主要包括有电脑10、监视器12、VGA绘图卡11、外接式快门同步14、有线式液晶快门眼镜16及无线式液晶快门眼镜18，该系统主要系利用外接式快门同步器14，控制监视器12上左、右影像的显像时间与该眼镜16、18之液晶快门的开关切换同步，其中该外接式快门同步器14之电子线路系可独立设置，亦可设置于电脑10、VGA绘图卡11、滑鼠、控制杆、键盘等电脑既有之周边设备内。

请参阅图2，本发明实施例之系统方块图，其包括有主记忆体20、一VGA绘图卡22、监视器24、外接式快门同步器26及液晶快门28，其中VGA绘图卡22系包含有显示记忆体30、控制器32及RAMDAC34所组成；另外接式快门同步器26系包含有一同步信号捕捉器36及驱动器38；首先，主记忆体20将左、右影像传送到VGA绘图卡22之显示记忆体30并给予储存，该显示记忆体30再将欲显示之影像传送到RAMDAC34，其中该影像资料位于显示记忆体30之位址及其欲输出而设定之起始位址系由控制器32所提供，此外，经由RAMDAC34之后将影像讯号转换成RGB之电气信号，并分别将其轮流输出送入监视器24，由监视器24把左、右影像轮流显示在荧幕上；此外，为了将眼镜上左、右快门之开关切换与显示于荧幕上之左、右影像的显像时间同步，该外接式快门同步器26上之同步信号捕捉器36必须于RGB之电气信号输出同时捕捉该RGB之同步信号，该同步信号捕捉器36系将该信号传送至驱动器38以驱动该液晶快门28左、右开关之切换，达到监视器24上左、右影像显示于荧幕之显像时间与快门式立体眼镜之左、右快门开关切换同步之目的。

请参阅图3，本发明实施例之外接式快门同步器之方块图，其主要包括有电源40、VGA介面缓冲器50、快门开关60、快门控制70及快门驱动信号输出部80等所组成。其中该电源40系包括有电源供应线路42、电源开关44及电源指示器46，该电源40之主要功能为提供外接式快门同步器26之直流电源。因为外接式快门同步器26与电脑分离故无法借用电脑之电源，而必须自备电源其中由外界输入之交流电源经由电源供应线路42降压整流后，再藉由电源开关44之控制以供应外接式快门同步器26所需之直流电源，该电源指示器46系可让使用者知道目前电源之供应状态；另电源供应线路42系可设计于外接式快门同步器26之外部，利用其外接之方式以供应电源。另该VGA介面缓冲器50系隔离VGA绘图卡与外接式快门同步器26彼此间之电气物性，使得VGA信号不会因受外接式快门同步器26之存在而影响其信号失真，且该VGA介面缓冲器50系接收由VGA绘图卡输出之同步信号(垂直同步信号及水平同步信号)同时将该信号放大分别传送至快门开关60及快门控制70。另该快门开关60系包括有垂直同步信号极性检出器52、极性设定电路54、极性状态指示器56、快门手动开关58及快门状态指示器62所构成，然而该快门开关60有自动式及手动式两种，其主要功能为自动或手动方式允许或禁止液晶快门驱动信号的输出；自动方式，由垂直同步信号极性检出器52、极性设定电路54、极性状态指示器56等所构成，垂直同步信号极性检出器52系利用水平同步信号来锁定及检测该垂直同步信号的正负性，同时也将该检测所得的结果与事先设定的极性做比较(由极性设定电路54设定)，如果是一致的话即送出一E信号给快门控制70，以便让快门控制70允许快门驱动信号的输出，如果不一致则将送出一D信号给快门控制70，以便让快门控制70禁止快门驱动信号的输出，同时该信号亦将被送至极性状态显示器56，以便让使用者了解目前的极性状态；另在手动方式里，上述之E信号和D信号可经由快门手动开关58直接控制快门驱动信号的输出与否。最后，使用者可由快门状态指示器62得知快门式立体眼镜的使用状态。另该快门控制70系包括有液晶快门驱动信号产生器64、频率减半器66及控制线路68所构成，该快门控制70的主要功能为根据VGA绘图卡的垂直同步信号来启动并输出左、右液晶快门的驱动信号，以达到左、右液晶快门的开关切换与左、右影像显示于监视器上的时间同步，此外，根据快门开关60所产生之E和D信号来决定液晶快门的驱动与否。

如图5所示，系为本发明实施例快门控制中输出入信号之示意图(即说明快门同步器之基本动作原理)。如图所示，垂直同步信号依序由VGA介面缓冲器送出(以时间大小来表示信号之输出顺序)，首先假设偶数之同步信号是代表左影像显示时由VGA绘图卡产生的垂直同步信号，而奇数之垂直同步信号则代表右影像显示时由VGA绘图卡产生的垂直同步信号，当然反之亦可；△t为影像扫描显示所需之时间间隔；此外，另假设液晶快门在驱动电压为零时为透光状态，而在驱动电压(液晶快门驱动方波信号)下为遮光状态，当然反之亦可。首先，垂直同步信号经由频率减半器66后，其后来所产生垂直同步信号之频率(垂直同步信号／2)系为原来垂直同步信号频率之一半，同时将该信号送入控制线路68；如此，于垂直同步信号／2的一周期时间内会出现两次原来之垂直同步信号，即左、右影像依次(先左后右)被扫描以显示在监视器之荧幕上；另一方面，由液晶快门驱动信号产生器64所产生的液晶快门驱动方波信号及由快门开关60输出之E及D信号亦将送入控制线路68，若在E信号状态，垂直同步信号是在偶数的状态下，则控制线路会把液晶快门驱动信号送给右边的液晶快门，使得右边的液晶快门变成遮光状态，而把零电压送给左边的液晶快门，使得左边的液晶快门变成透光状态，因此使用者在戴上液晶快门眼镜后，只有左眼可看到的左影像，而右眼则呈黑暗状态。同理，假如在E信号状态，垂直同步信号是在奇数的状态下，则控制线路会把液晶驱动信号送给左边的液晶快门，使得左边的液晶快门变成遮光状态，而把零电压送给右边的液晶快门，使得右边的液晶快门变成透光状态，因此使用者在戴上液晶快门眼镜后，只有右眼可看到的右影像，而左眼则呈黑暗状态。反之若是在D信号状态，则控制线路同时把零电压送给左、右液晶快门，使得左、右液晶快门变皆成透光状态，因此使用者在戴上液晶快门眼镜后，左右两眼皆可看到左、右影像，此时与不戴液晶快门眼镜的效果一样，亦即液晶快门眼镜停止作用。

如图3所示，该快门驱动信号输出部80系包括有左、右切换开关72、无线发射开关74、放大器76、发射器78及发射器状态指示器82所组成，其功能若以有线的信号(以下简称有线式)，则将快门控制70所产生的液晶快门驱动信号送至有线式之液晶快门眼镜84，或者以无线的信号传送(以下简称无线式)，则将快门控制70所产生的液晶快门驱动信号送至无线式之液晶快门眼镜86在有线式中，液晶快门驱动信号系直接传送到有线式之液晶快门眼镜84然而于本发明的硬体系统中无法辨认垂直同步信号的左右性，即本发明的硬体系统对图5中的某一垂直同步信号，无法得知VGA绘图卡是送出左影像或右影像，因此在快门驱动信号输出部80设置一左右切换开关72，以切换液晶快门驱动信号的传送对象；即如图所示，从控制线路68左边出来的液晶快门驱动信号直接传送至左液晶快门，而纵控制线路68右边出来的液晶快门驱动信号则直接传送至右液晶快门；然于使用左右切换开关可把纵控制线路68左边输出的液晶快门驱动信号传送至右边液晶快门，而纵控制线路68右边出来的液晶快门驱动信号则可传送至左边液晶快门，以达到调整左、右影像的显示次序。另在无线式中，由控制线路68输出之左、右液晶快门驱动信号透过放大器76将此信号放大后，借助发射器78可将此信号转换成红外线信号、无线电波、或可见光，并传送给远端的无线式液晶快门眼镜86的接收器，以启动无线式液晶快门眼镜86，使液晶快门的开关切换与输入之信号同步。此处的无线发射开关74可控制液晶快门驱动信号的发射与否，而发射器状态指示器82则显液晶快门驱动信号的发射与否。此外无线式发射机构亦可设计为如图4所示，其系将控制线路68输出之垂直同步信号／2输入一放大器76，该放大器76再将讯号放大后送入一发射器78，再由发射器78将此信号转换成红外线信号、或无线电波、或可见光，并传送给远端的无线式液晶快门眼镜86的接收器，以启动无线式液晶快门眼镜86的液晶快门驱动信号，使液晶快门的开关切换与输入之信号同步。

请参阅图6，本发明实施例之非交错连续显像方式示意图，首先，制作两张具有视差之左、右影像(可由照相或绘图取得)，并将左、右二张影像88、90放入VGA卡之显示记忆体30中，然后再利用VGA卡之控制器，将该左、右二张影像88、90经由RAMDAC轮流输出并显示于监视器之荧幕上，即于某一瞬间(t=T₀)，该左影像88由VGA卡输出并显示于监视器之荧幕上，另于下一瞬间(t=T₀+Δt)，该右影像90系由VGA卡输出并显示于监视器之荧幕上，因该左、右两影像88、90系分别储存于VGA卡的显示记忆体30之不同位置，故该VGA卡系以非交错方式输出至监视器以显示该左、右影像88、90。另相对于非交错方式，可将左、右影像交错合成后储存于VGA卡的显示记忆体30之同一位址，以利用上述输出之方法，将该VGA卡以交错方式输出交错合成后之左、右影像92、94(如图7所示)。

请参阅图8，本发明实施例之液晶快门眼镜动作示意图，于某一瞬间(t=T₀)监视器12开始扫描并显示左影像时，让右边的液晶快门96成为遮光状态，而左边的液晶快门98成为透光状态，是以只有左眼100看到左影像(如图8a所示)。在下一瞬间(t=T₀+Δt)，监视器12开始扫描并显示右影像时，让左边的液晶快门98成为遮光状态，而右边的液晶快门96成为透光状态，是以只有右眼102看到右影像(如图8b所示)。因此，在T0到T₀+2Δt的这段时间中(△t远小于视觉暂留时间)，人的左、右眼睛100、102好象同时各别看到左、右影像，然后脑神经网路则再根据这两个左、右影像合成一虚拟的立体成像104，因此我们可以看到虚拟的立体成像104(如图8c所示)。

请参阅图9，本发明实施例之立体影像成像之示意图，图9a为成像陷入荧幕效果之示意图，其中左影像101系放置于监视器12之左方，右影像103系放置于监视器12之右边；故由左视线与右视线所组合之交叉成像物106系位于监视器12荧幕后方，故使用者所见之立体成像点位于荧幕的后方，即成像如同陷入荧幕之内而产生陷入之效果。另图9b，成像平贴荧幕效果之示意图，其中将左、右两影像重叠放置于监视器12荧幕上，此时由左视线与右视线所组合之交叉成像物106恰巧位于荧幕上并与左、右影像相重叠，故此时使用者所见之立体成像点位于荧幕上，即产生成像平贴于荧幕的效果。另图9c，成像浮现荧幕效果之示意图，其是将左影像101放置于监视器12荧幕上之右方，右影像103放置于监视器12荧幕上之左方，此时由左视线与右视线所组合之交叉成像物106位于荧幕之前方，故此时使用者所见之立体成像点位于荧幕之前方，即产生成像浮现于荧幕之效果。

请参阅图10，本发明实施例之二次元影像于视觉纵深度的运用方法之示意图，主要是将传统二次元多层次之平面影像分离成不同纵深度令使用者于视觉上有耳目一新之立体感觉；其程度依次分成五个步骤，其说明如下：

①影像制作：

首先，将二次元各层次的影像资料分别储存之电脑之主记忆体中，本实施例系假设二次元之影像画面于视觉上只有远程(第一层)a、中程(第二层)b及近程(第三层)c等三个层次。

②影像复制：

在记忆体中复制其所储存各层次的影像资料(以下简称层影像)，令原来所有的层影像为左影像群105而复制后的所有的层影像为右影像群107，(以下简称为影像群)。

③视差位移：

根据本发明中对三次元纵深度之运用方式，即针对右影像群107，(虚线所构成之影像)之各层影像a、b、c作不同程度之视差位移而成为另一右影像群107，(实线所构成之影像)，且此视差位移之大小系可控制各个层影像于视觉上对3D之纵深度；如图10a所示，系为本发明实施例之3D纵深度控制方式之示意图，如图所示在视觉上感觉较远的第一层次a的左、右影像(方形图)做较多的视差位移，并使左视线(左眼睛与左层影像连线)与右视线(右眼睛与右层影像的连线)交差于监视器12荧幕的后端(陷入荧幕效果)，因而使得第一层次a获得较大的3D纵深度。如同上述第一层次a的处理方式，但第二层次b的左、右层影像(圆形图)做较少的视差位移，也使得左视线与右视线交错于监视器12荧幕的后端(陷入荧幕效果)，而使得第二层次b获得较小的3D纵深。至于但第三层次c的左、右层影像(菱形图)则做反向的视差位移，使各左视线与右视线交差于监视器12荧幕的前端(浮现荧幕效果)，并使得第三层次c的3D纵深小于实际的监视器12荧幕，让使用者在视觉上以为第三层次c的影像浮出监视器12的荧幕之外；此外，图10b所示是图10a之左、右影像及成像之示意图。

④层影像合成：

将左影像群105的各层影像依远近关系重叠成为一画面为左影像109、同时也把右影像群107，(实线所构成之影像)的各层影像依远近关系重叠成为一画面为右影像111，并把左、右影像109、111分别送到VGA绘图卡22中不同位置的显示记忆体(非交错式影像连续输出之方法)，当然，也可以把左右影像109、111先交错合成后再送到VGA绘图卡22的相同位置之显示记忆体(交错式影像连续输出之方法)。

⑤立体影像输出：

根据步骤④，可利用非交错式影像连续输出方式，将左、右影像109、111输出至监视器，或利用交错式影像连续输出方式，将交错合成后的影像输出至监视器。

根据上述程序并配合本发明中之立体显像之硬体系统，可将原来平贴在荧幕上的各层次间场景依照远近正确地分离开来，让使用者在视觉上获得3D的纵深距离感，达到逼真的立体效果。

综上所述，本发明即是根据两眼视差之原理，针对目前所有之二次元影像，提出一种立体化的软体程序，在不更改该二次元影像既有的软体程式原则下，而利用本发明的立体化程序，而可将原来重叠于同一平面上之各层次二次元影像，根据场景之远近关系调整其左、右两影像之放置方位及相互之水平位移以制造出不同之纵深距离，另再配合本发明之硬体设计，使用者戴上液晶快门眼镜后，则可实感受到成像于各层次间之立体效果。

附图说明：

图1本发明实施例之系统外观示意图。

图2本发明实施例之系统方块图。

图3本发明实施例之外接式快门同步器之方块图。

图4本发明实施例另一外接式快门同步器之方块图。

图5本发明实施例快门控制输出入信号之示意图。

图6本发明实施例之非交错连续显像方式示意图。

图7本发明实施例之交错连续显像示意图。

图8a、b、c本发明实施例之液晶快门眼镜动作示意图。

图9a本发明实施例成像陷入荧幕效果之示意图。

图9b本发明实施例成像平贴荧幕效果之示意图。

图9c本发明实施例成像浮现荧幕效果之示意图。

图10本发明实施例之二次元影像于视觉纵深度运用方法之示意图。

图10a本发明实施例之三次元成像纵深度控制方式之示意图。

图10b本发明实施例图10a之左、右影像及成像之示意图。

图号说明：

(10)电脑 (12)监视器

(11)VGA绘图卡 (14)外接式快门同步器

(16)有线式液晶快门眼镜 (18)无线式液晶快门眼镜

(20)主记忆体 (24)监视器

(22)绘图卡

(30)显示记忆体 (32)控制器

(34)RAMDAC

(26)外接式快门同步器

(36)同步信号捕捉器 (38)驱动器

(28)液晶快门

(40)电源

(42)电源供应线路 (44)电源开关

(46)电源指示器

(50)VGA介面缓冲器

(60)快门开关

(52)垂直同步信号极性检出器 (54)极性设定电路

(56)极性状态指示器 (58)快门手动开关

(62)快门状态指示器

(70)快门控制

(64)液晶快门驱动信号产生器 (66)频率减半器

(68)控制线路

(80)快门驱动信号输出部

(72)切换开关 (74)无线发射开关

(76)放大器 (78)发射器

(82)发射器状态指示器

(84)有线式之液晶快门眼镜 (86)无线式之液晶快门眼镜

(88)左影像 (90)右影像

(92)左影像 (94)右影像

(96)右边之液晶快门 (98)左边之液晶快门

(100)左眼 (102)右眼

(104)立体成像 (101)左影像

(103)右影像 (106)成像物

(105)左影像群 (107)右影像群

(109)左影像 (111)右影像

Claims

1．一种电脑之立体显像系统，包括电脑10、主记忆体20、VGA绘图卡11、监视器12、外接式快门同步器14、有线式液晶快门眼镜16或无线式液晶快门眼镜18，其特征在于：

外接式快门同步器14包括有：电源42、VGA介面缓冲器50、快门开关60、快门控制70和快门驱动信号输出部80，其中电源42包括有整流电源42、电源开关44和电源指示器46；快门开关60包括极性设定电路54、垂直同步信号极性检出器52、极性状态指示器56、快门手动开关58、快门状态指示器62；快门控制70包括液晶快门驱动信号产生器64、频率减半器66和控制线路68；快门驱动信号输出部80包括左、右切换开关72或者以无线发射开关74、发射器状态指示器82、放大器76和发射器78替代左、右切换开关72。

2．一种二次元影像于视觉纵深度之运用方法，其步骤如下：

(1)影像制作，将二次元各层次之层影像资料(左影像群)分别储存于该电脑之主记忆体中；

(2)影像复制，在电脑之记忆体中复制其所储存之各层次之层影像资料(右影像群)；

(3)视差位移，根据三次元纵深度控制方式将由该记忆体原储存之左影像群及复制之右影像群的各层影像作不同程度的视差位移，以制造出各层影像的三次元视觉纵深度。

(4)层影像合成，将该左影像群各层影像依远近关系重叠成为左影像，同时也把右影像群的各层影像依远近关系重叠成为右影像，如果该影像系利用非交错式连续显示方式输出，则将左、右影像分别送到该VGA绘图卡之中不同位置的显示记忆体，如果该影像系利用交错式连续显示方式输出，则将左、右影像先交错合成后再送到该VGA绘图卡的显示记忆体；

(5)立体影像输出，以非交错式连续显示方式，将左、右影像输出至该监视器，或利用交错式连续显示方式，将交错合成后的影像输出至该监视器。