專利名稱：一種空間立體視頻的顯示方法及其顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及立體視頻顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種空間立體視頻的顯示方法及其顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)發(fā)展，研究領(lǐng)域和消費(fèi)市場上出現(xiàn)了一些顯示立體效果的顯示終端，主要有兩大類型，其一是通過佩戴立體眼睛，根據(jù)人眼的視差在大腦中形成立體畫面的顯示系統(tǒng)；其二是通過物理光學(xué)裝置讓雙眼看到不同的畫面從而形成立體視覺效應(yīng)。這兩種方法都是被動(dòng)式的立體顯示方式，即觀察者不能自主選擇觀察視角和距離，并且每個(gè)觀察者不管處于什么位置和角度都只能看到同樣的立體畫面，和真實(shí)生活中的立體視覺完全不同，因此能夠解決上述問題的主動(dòng)式立體顯示就成為該領(lǐng)域研究的新途徑。同時(shí)，現(xiàn)在大型活動(dòng)展出，也越來越需要三維的圖像顯示 ，傳統(tǒng)的方式只能進(jìn)行平面展示或者是三維實(shí)物展示，在光線昏暗或者夜晚的時(shí)候，三維實(shí)物必須借助于外部光源進(jìn)行展示，但是，展示效果仍然不盡如人意。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供空間立體視頻的顯示方法及其顯示系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種空間立體視頻的顯示方法，包括以下步驟步驟一，將普通幀率的三維視頻數(shù)據(jù)分割為不同深度的多層普通幀率二維視頻數(shù)據(jù)；所述普通幀率指50 60赫茲的幀率。步驟二，將不同深度的多層普通幀率二維視頻數(shù)據(jù)重新組合成高幀率二維視頻數(shù)據(jù)；所述高幀率一般指高于200赫茲的幀率。步驟三，通過投影的方法將高幀率二維視頻數(shù)據(jù)投射到充滿微小顆粒的三維空間；步驟四，從與投射方向垂直的方向向充滿微小顆粒的三維空間投射線狀光線，同時(shí)控制線狀光線的投射位置與分割前二維視頻數(shù)據(jù)前后的位置同步變化。將普通幀率的三維視頻數(shù)據(jù)分割為不同深度的多層普通幀率二維視頻數(shù)據(jù)采用平移體掃描方法，依靠平面屏幕平移運(yùn)動(dòng)構(gòu)造出成像空間，根據(jù)平面屏幕位置對要顯示的三維場景進(jìn)行切片，在平面屏幕運(yùn)動(dòng)的過程中，把二維切片投影到平移的平面屏幕上。本發(fā)明中采用OpenGL工具獲得二維切片數(shù)據(jù)，通過設(shè)定的遠(yuǎn)近裁剪平面，使得每次可視空間為三維模型空間內(nèi)的一個(gè)平行于正投影平面的薄切面。本發(fā)明中步驟二將不同深度的多層普通幀率二維視頻數(shù)據(jù)重新組合成高幀率二維視頻數(shù)據(jù)，包括以下步驟如果每層二維視頻數(shù)據(jù)幀率為f，共有N層，視頻長度為s秒，則每一層都有M幀二維數(shù)據(jù)，M = fs，將每一層的數(shù)據(jù)幀編號(hào)為Fu，其中i表示層數(shù)，從1. . . N取值；i表示幀數(shù)， 從1. . . M取值，則排序后的二維圖像幀序列的順序?yàn)镕n，F(xiàn)21，...，F(xiàn)ni，F(xiàn)12，F(xiàn)22，... , Fn2，..., Fim, F2m，. . .，F(xiàn)nm,將上述二維圖像幀序列構(gòu)成幀率為F的二維視頻。 本發(fā)明中步驟三采用DLP投影機(jī)投影。本發(fā)明中步驟四所述可控制投影位置的線狀光源采用多個(gè)固定位置的線狀光源群，或者采用一個(gè)高幀率二維視頻投影設(shè)備通過輸出視頻圖像。本發(fā)明還公開了一種顯示空間立體視頻的顯示系統(tǒng)，包括高幀率二維視頻投影設(shè)備、充滿微小顆粒的密閉三維空間、可控制投影位置的線狀光源以及一套協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作的計(jì)算處理裝置。高幀率二維視頻投影設(shè)備、充滿微小顆粒的密閉三維空間、可控制投影位置的線狀光源呈直角形排列，充滿微小顆粒的密閉三維空間位于直角上。所述充滿微小顆粒的密閉三維空間包含自由活動(dòng)的大量微小粉塵狀顆粒，當(dāng)顆粒數(shù)量足夠多時(shí)，顆粒對光線的反射會(huì)形成類似漫反射的效果，并且不影響光線的前進(jìn)，能夠形成可視的光亮區(qū)域。所述的微小粉塵狀顆?？梢詾闃?biāo)準(zhǔn)大氣壓下，透光率為85% 95% 的煙霧狀顆粒群。本發(fā)明中可控投影位置的線狀光源為多個(gè)固定位置的線狀光源群，或者一個(gè)高幀率二維視頻投影設(shè)備。所述高幀率二維視頻投影設(shè)備可以以普通視頻顯示幀率N倍的幀率輸出視頻圖像，其中N表示原始三維視頻被切面的次數(shù)。本發(fā)明中當(dāng)三維空間尺度較大時(shí)，還需要在高幀率二維視頻投影設(shè)備與充滿微小顆粒的密閉三維空間之間增加光學(xué)透鏡以保證在整個(gè)顯示空間范圍內(nèi)都處于良好的對焦?fàn)顟B(tài)。本發(fā)明原理是利用高速投影方式將不同視覺深度的圖像顯示在空間不同位置，構(gòu)成活動(dòng)三維影像，觀察者可在不同方位看到影像的表面和內(nèi)部。有益效果本發(fā)明主要思想是將實(shí)際場景的三維實(shí)體以切面的方式離散化，每個(gè)切面用一個(gè)二維活動(dòng)視頻進(jìn)行表示，通過在三維空間重建這一系列二維切面從而形成活動(dòng)的三維實(shí)體場景顯示效果，由此實(shí)現(xiàn)在任意視角觀察到場景的真實(shí)三維實(shí)體活動(dòng)圖形顯示。該方法比現(xiàn)有的其他立體視覺產(chǎn)生方法更具可被接受，在醫(yī)學(xué)影像處理、大屏幕視頻廣告、展覽和宣傳等方面有重要的應(yīng)用前景，更有無法估計(jì)的市場商業(yè)價(jià)值，據(jù)申請人初步統(tǒng)計(jì)，如果公共場所里現(xiàn)有的二維圖像顯示器中的十分之一轉(zhuǎn)化為本發(fā)明所述的三維顯示系統(tǒng)，則市場前景巨大。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說明，本發(fā)明的上述和 /或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。圖Ia和圖Ib是本發(fā)明系統(tǒng)框架圖。圖2a和圖2b是本發(fā)明所涉及的充滿微小顆粒的密閉三維空間示意圖。圖3a、圖3b和圖3c是本發(fā)明顯示效果圖。
具體實(shí)施例方式
如圖Ia和圖Ib所示，本發(fā)明公開了一種空間立體視頻的顯示系統(tǒng)，包括高幀率二維視頻投影設(shè)備1、充滿微小顆粒的密閉三維空間4、可控制投影位置的線狀光源3以及一個(gè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作的計(jì)算機(jī)2。高幀率二維視頻投影設(shè)備、充滿微小顆粒的密閉三維空間、可控制投影位置的線狀光源呈直角形排列，充滿微小顆粒的密閉三維空間位于直角上。所述高幀率二維視頻投影設(shè)備與充滿微小顆粒的密閉三維空間之間設(shè)有用于轉(zhuǎn)換投影光焦距的光學(xué)透鏡5。所述可控制投影位置的線狀光源可以由多個(gè)固定位置的線狀光源群組成，如圖Ia所示；也可以由另外一個(gè)高幀率二維視頻投影設(shè)備通過輸出特定視頻圖像構(gòu)成，如圖 Ib所示。本發(fā)明公開了一種空 間立體視頻的顯示方法，包括以下步驟步驟一，將普通幀率的三維視頻數(shù)據(jù)分割為不同深度的多層普通幀率二維視頻數(shù)據(jù)；所述的普通幀率二維視頻的幀率為50 60Hz。步驟二，將不同深度的多層普通幀率二維視頻數(shù)據(jù)重新組合成高幀率二維視頻數(shù)據(jù)。步驟三，通過投影的方法將高幀率二維視頻數(shù)據(jù)投射到充滿微小顆粒的三維空間。步驟四，從與投射方向垂直的方向向充滿微小顆粒的三維空間投射線狀光線，同時(shí)控制線狀光線的投射位置與分割前二維視頻數(shù)據(jù)前后的位置同步變化。步驟一中將普通幀率的三維視頻數(shù)據(jù)分割為不同深度的多層普通幀率二維視頻數(shù)據(jù)可以采用平移體掃描方法，依靠平移運(yùn)動(dòng)構(gòu)造出成像空間。即一個(gè)平面屏幕沿著垂直它平面的軸做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的幅度決定了成像空間的景深。在每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的瞬間，屏幕處于一個(gè)特定的位置，根據(jù)這個(gè)位置對要顯示的三維場景進(jìn)行切片，在屏幕運(yùn)動(dòng)的過程中，把二維切片投影到平移的屏幕上。具體方法如下首先根據(jù)實(shí)際物體的相關(guān)信息進(jìn)行三維重建得到由三角面片構(gòu)成的只有表面信息的三維模型。假定該三維模型大小和實(shí)際物體大小是線性放縮關(guān)系，設(shè)實(shí)際物體所乘的線性放縮因子為ξ (ξ < 1)，同時(shí)設(shè)三維模型x，y，z方向上的體素維數(shù)分別是Χ1、Υ1、Ζ1， 為方便三維模型上的像素與mXn顆粒的LED平面陣列對應(yīng)，制作時(shí)保證Xl = m, Yl = η。 為獲得其切片數(shù)據(jù)，首先根據(jù)事先制作的三維模型確定成像空間的景深Ζ、切片層數(shù)η，設(shè)最前面一層的坐標(biāo)為Z1，則后面每層坐標(biāo)為Zi = Zl+(n-l)*Z/n，其中滿足Zi-Z1 < Ζ，則Zi 對應(yīng)的實(shí)際屏幕的位置為Zi/ξ，如將切片看作位圖，則像素在切片上的坐標(biāo)位置，即為該像素在前述高幀率顯示平面上的位置。接著可以依次取一個(gè)Zi，作一切平面ζ = Zi，計(jì)算其與三維模型每個(gè)三角面片的交點(diǎn)，而后進(jìn)行矩陣映射、紋理插值計(jì)算，最后得到整個(gè)切片上的圖像數(shù)據(jù)。步驟一中可以采用openGL工具獲得二維切片數(shù)據(jù)，其很好的實(shí)現(xiàn)縮放、平移、旋轉(zhuǎn)變換，以及紋理插值、裁剪。獲得數(shù)據(jù)的策略主要是通過設(shè)定好需要的遠(yuǎn)近裁剪平面，使得每次可視空間為三維模型空間內(nèi)的一個(gè)平行于正投影平面的薄切面。步驟1 打開openGL，設(shè)置投影方式為正投影，讀取三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)，進(jìn)行紋理貼圖， 作圖顯示。調(diào)整視口大小，確保可以容得下整個(gè)三維模型。步驟2 調(diào)用glOrtho函數(shù)設(shè)置可視空間。其中，近平面平行于XoY平面，即方程為 ζ = Z1的切面，而遠(yuǎn)平面為方程為ζ = zi+dz的切面，Z1為切片的位置，dz為切片的厚度，厚度根據(jù)實(shí)際需要，可取一個(gè)或多個(gè)像素寬。步驟3 每層切片繪制后，調(diào)用glReadPixels函數(shù)，讀取正投影后屏幕上各個(gè)點(diǎn)的像素值，建表，保存每個(gè)點(diǎn)的像素值，以及位置坐標(biāo)，當(dāng)然很多點(diǎn)是繪圖窗口界面的背景點(diǎn)， 步驟1中設(shè)定背景點(diǎn)像素值為(255，255，255)。步驟4 合理消隱。從投影方向看去，前面切片上點(diǎn)(Xl，Y1)上出現(xiàn)了三維模型表面上的像素，那么所有后面的切片上對應(yīng)點(diǎn)(Xl，yi)的像素就該忽略，即從表中剔除。至于如何判斷某點(diǎn)像素是來至于三維模型表面，還是窗口界面的白色背景點(diǎn)，方法是，在步驟1 讀取三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)時(shí)，如果某點(diǎn)像素值是(255，255，255)那么修改為(255，255，244)，顯然對紋理顯示無大影響，但卻方便了判斷。步驟5 上述步驟完成后，將一旋轉(zhuǎn)矩陣作用于三維模型以改變視角，繞X，y, ζ軸的旋轉(zhuǎn)矩陣(旋轉(zhuǎn)角Φ)分別為
權(quán)利要求
1.一種空間立體視頻的顯示方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一，將普通幀率的三維視頻數(shù)據(jù)分割為不同深度的多層普通幀率二維視頻數(shù)據(jù)；步驟二，將不同深度的多層普通幀率二維視頻數(shù)據(jù)重新組合成高幀率二維視頻數(shù)據(jù)；步驟三，將高幀率二維視頻數(shù)據(jù)投影到充滿煙霧狀顆粒的三維空間；步驟四，從與投射方向垂直的方向向充滿微小顆粒的三維空間投射線狀光線，同時(shí)控制線狀光線的投射位置與分割前二維視頻數(shù)據(jù)前后的位置同步變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間立體視頻的顯示方法，其特征在于，將普通幀率的三維視頻數(shù)據(jù)分割為不同深度的多層普通幀率二維視頻數(shù)據(jù)采用平移體掃描方法，依靠平面屏幕平移運(yùn)動(dòng)構(gòu)造出成像空間，根據(jù)平面屏幕位置對要顯示的三維場景進(jìn)行切片，在平面屏幕運(yùn)動(dòng)的過程中，把二維切片投影到平移的平面屏幕上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種空間立體視頻的顯示方法，其特征在于，采用openGL工具獲得二維切片數(shù)據(jù)，通過設(shè)定的遠(yuǎn)近裁剪平面，使得每次可視空間為三維模型空間內(nèi)的一個(gè)平行于正投影平面的薄切面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間立體視頻的顯示方法，其特征在于，步驟二將不同深度的多層普通幀率二維視頻數(shù)據(jù)重新組合成高幀率二維視頻數(shù)據(jù)，包括以下步驟如果每層二維視頻數(shù)據(jù)幀率為f，共有N層，視頻長度為s秒，則每一層都有M幀二維數(shù)據(jù)，M= fs，將每一層的數(shù)據(jù)幀編號(hào)為Fu，其中i表示層數(shù)，從1...N取值；i表示幀數(shù)， 從1. . . M取值，則排序后的二維圖像幀序列的順序?yàn)镕n，F(xiàn)21，...，F(xiàn)ni，F(xiàn)12，F(xiàn)22，... , Fn2，..., Fim, F2m，. . .，F(xiàn)nm,將上述二維圖像幀序列構(gòu)成幀率為F的二維視頻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間立體視頻的顯示方法，其特征在于，步驟三采用DLP 投影機(jī)投影。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間立體視頻的顯示方法，其特征在于，步驟四所述可控制投影位置的線狀光源采用多個(gè)固定位置的線狀光源群，或者采用一個(gè)高幀率二維視頻投影設(shè)備通過輸出視頻圖像。
7.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的方法的空間立體視頻的顯示系統(tǒng)，其特征在于，包括高幀率二維視頻投影設(shè)備、充滿微小顆粒的密閉三維空間、可控制投影位置的線狀光源以及一個(gè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作的計(jì)算機(jī)；高幀率二維視頻投影設(shè)備、充滿微小顆粒的密閉三維空間、可控制投影位置的線狀光源呈直角形排列，充滿微小顆粒的密閉三維空間位于直角上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的空間立體視頻的顯示系統(tǒng)，其特征在于，可控投影位置的線狀光源為多個(gè)固定位置的線狀光源群，或者一個(gè)高幀率二維視頻投影設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間立體視頻的顯示方法，其特征在于，所述高幀率二維視頻投影設(shè)備與充滿微小顆粒的密閉三維空間之間設(shè)有用于轉(zhuǎn)換投影光焦距的光學(xué)透
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空間立體視頻的顯示方法，包括以下步驟將普通幀率的三維視頻數(shù)據(jù)分割為不同深度的多層普通幀率二維視頻數(shù)據(jù)；將不同深度的多層普通幀率二維視頻數(shù)據(jù)重新組合成高幀率二維視頻數(shù)據(jù)；通過投影的方法將高幀率二維視頻數(shù)據(jù)投射到充滿微小顆粒的三維空間；從與投射方向垂直的方向向充滿微小顆粒的三維空間投射線狀光線，同時(shí)控制線狀光線的投射位置與分割前二維視頻數(shù)據(jù)前后的位置同步變化，則可在上述充滿微小顆粒的三維空間中構(gòu)成三維活動(dòng)視頻影像。本發(fā)明還公開了一種空間立體視頻的顯示系統(tǒng)，包括高幀率二維視頻投影設(shè)備、充滿微小顆粒的密閉三維空間、可控制投影位置的線狀光源以及一個(gè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作的計(jì)算機(jī)。
文檔編號(hào)G03B35/18GK102361497SQ20111036036
公開日2012年2月22日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者劉闖文, 袁杰, 郭夏瑋, 陳錫顯, 顧鵬 申請人:南京大學(xué)