一種數(shù)字幻影裸眼3d投影技術(shù)方法
【專利摘要】一種數(shù)字幻影裸眼3D投影技術(shù)方法,其特征是選擇兩個(gè)具有不同功能的屏幕，一個(gè)為篩選屏幕，一個(gè)為顯示屏幕，將物體發(fā)出的光線經(jīng)篩選屏幕進(jìn)行離散篩選處理后，分時(shí)地顯現(xiàn)在顯示屏幕上。本方法能夠省去觀看3D必須戴特制眼鏡的煩惱，并通過(guò)兩個(gè)屏幕的相互配合，可以把像成在屏幕前方，屏幕里和屏幕后方，甚至在屏幕后很遠(yuǎn)的地方。
【專利說(shuō)明】一種數(shù)字幻影裸眼3D投影技術(shù)方法
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)字幻影裸眼3D投影技術(shù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電影制作領(lǐng)域3D技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，且取得了良好效果。但現(xiàn)有的3D技術(shù)大多數(shù)以“兩場(chǎng)”的傳統(tǒng)3D技術(shù)形式存在，為此要求人們必須戴上眼鏡才能觀看，否則不會(huì)有立體效果，這帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題，一是必須和眼鏡佩戴相配合，因此顯得不夠方便，二是帶上眼鏡才能觀看，給人的真實(shí)立體感覺(jué)將大打折扣，在人們的內(nèi)心世界中影響了 3D成像的實(shí)際效果。因此研發(fā)并使用裸眼3D技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前光學(xué)領(lǐng)域的熱門課題，且已成為3D技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力和方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本項(xiàng)發(fā)明出的數(shù)字幻影裸眼3D技術(shù)方法是根據(jù)人眼視覺(jué)暫留的特點(diǎn)，以掃描的形式把一個(gè)3D圖像分時(shí)地呈現(xiàn)。還原這個(gè)圖像的立體特點(diǎn)，這樣就會(huì)給人以幾乎絕對(duì)的真實(shí)的立體感覺(jué)。
[0004]本項(xiàng)發(fā)明原理:處理一個(gè)物體的像之前首先需要處理好一個(gè)像點(diǎn)所發(fā)出的光。正如圖1所示，單個(gè)點(diǎn)的發(fā)光以散射的方式，傳往四面八方，在這里我們只處理其中的一個(gè)方向，而且這些光線有無(wú)窮多個(gè)，但實(shí)際只需要處理其中某一方向的一部分光線，所以可以事先進(jìn)行光線過(guò)濾。如圖2，圖3所示，經(jīng)過(guò)濾后，僅僅留下有限根光線，現(xiàn)以圖3所示過(guò)濾后留下的若干光線為例，將這若干光線進(jìn)行分時(shí)地處理，也就是說(shuō)將呈現(xiàn)它的一幀圖像的光線分成若干時(shí)間片分別處理。在時(shí)間片I時(shí)處理光線1，時(shí)間片2時(shí)處理光線2，以此類推，當(dāng)把所有的光線都處理完時(shí)，即產(chǎn)生了一幀新的發(fā)光點(diǎn)3D幻影圖像。
[0005]上述發(fā)明的具體的處理方式如圖4所示，用兩個(gè)屏幕來(lái)實(shí)現(xiàn)前述的對(duì)于圖像光線的分時(shí)處理，前面的屏幕是一個(gè)專門用于圖像光線的離散和篩選的屏幕，以下稱a屏幕，該屏幕和液晶屏幕的液晶部分的作用一樣；后面的屏幕是一個(gè)普通的發(fā)光用顯示屏幕，以下稱b屏幕，b屏幕的像素要比a屏幕的像素高，兩個(gè)屏幕之間具有一定的距離，通常為b屏幕周長(zhǎng)的1/8-1/4。
[0006]假設(shè)一個(gè)點(diǎn)地處于兩個(gè)屏幕的中間，利用這兩個(gè)屏幕把這個(gè)點(diǎn)的發(fā)光進(jìn)行還原，具體的方法就是將呈現(xiàn)這個(gè)點(diǎn)的一幀圖像通過(guò)a屏幕對(duì)其進(jìn)行離散篩選處理，分時(shí)地分開(kāi)，在時(shí)間片I時(shí)，a屏幕的I號(hào)像素透光，由像點(diǎn)的位置來(lái)計(jì)算b屏幕的哪一個(gè)像素發(fā)光；到了時(shí)間片2時(shí)，a屏幕的2號(hào)像素透光，然后計(jì)算出b屏幕的另一個(gè)像素發(fā)光，以此類推，直至到在時(shí)間片n時(shí)，這個(gè)點(diǎn)所發(fā)出的最后光線a屏幕的n號(hào)像素透光，由像點(diǎn)的位置來(lái)計(jì)算b屏幕的哪一個(gè)像素發(fā)光，成像得以完成，形成了一個(gè)3D幻影。
[0007]實(shí)際操作時(shí)沒(méi)有必要且沒(méi)有條件去一個(gè)像點(diǎn)一個(gè)像點(diǎn)的呈現(xiàn)一個(gè)圖像。在前述中處理一個(gè)點(diǎn)的發(fā)光時(shí)，a屏幕的某一個(gè)像素透光時(shí)，b屏幕只有一個(gè)像素相響應(yīng)，但是這樣未免有一些浪費(fèi)。所以在處理一個(gè)像的時(shí)候，可以這樣處理:在a屏幕某一個(gè)像素透光時(shí)，b屏幕整個(gè)屏幕都有所響應(yīng)，只是其中的一個(gè)像素發(fā)光。這樣，就可以實(shí)現(xiàn)一幀的像分時(shí)地呈現(xiàn)，在時(shí)間片I時(shí)，a屏幕的I號(hào)像素透光，由整個(gè)像計(jì)算出整個(gè)b屏幕的顯示內(nèi)容，其中只有對(duì)應(yīng)的某一個(gè)像素發(fā)光，到了時(shí)間片2時(shí)，a屏幕的2號(hào)像素透光，然后計(jì)算出屏幕b的另一個(gè)像素發(fā)光，以此類推，最后呈現(xiàn)如圖5所示的3D幻影。這樣就做到了整個(gè)像的3D幻影效果。
[0008]綜上，本項(xiàng)發(fā)明為一種數(shù)字幻影裸眼3D投影技術(shù)，其特征是選擇兩個(gè)具有不同功能的屏幕，一個(gè)為篩選屏幕，一個(gè)為顯示屏幕，將物體發(fā)出的光線經(jīng)篩選屏幕進(jìn)行離散篩選處理后，分時(shí)地顯現(xiàn)在顯示屏幕上。這里所說(shuō)的離散篩選是指篩選屏幕上的某一像素是否透光，所說(shuō)的顯現(xiàn)是指顯示屏幕的某一像素的發(fā)光，工作時(shí)通過(guò)篩選屏幕像素的透光和顯示屏幕的發(fā)光來(lái)實(shí)現(xiàn)一幀圖像的分時(shí)顯現(xiàn)，從而在顯示屏幕上呈現(xiàn)裸眼可視的3D效果。
[0009]相比傳統(tǒng)裸眼3D技術(shù)，本項(xiàng)發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì):
[0010](I)數(shù)字幻影裸眼3D投影技術(shù)方法的優(yōu)勢(shì)相比傳統(tǒng)3D技術(shù)有一個(gè)明顯進(jìn)步，就是讓人們擺脫了眼鏡。傳統(tǒng)的3D技術(shù)通過(guò)眼鏡讓左眼看到的物體和右眼看到的物體在大腦里合成一個(gè)物像，當(dāng)然對(duì)這樣超越真實(shí)感的體驗(yàn)“暈”的人大有人在。而數(shù)字幻影裸眼3D投影技術(shù)對(duì)一個(gè)像的發(fā)光特點(diǎn)的高度還原產(chǎn)生的是幾乎絕對(duì)的真實(shí)感，而非超越真實(shí)感，不會(huì)有人對(duì)它有“暈”的感覺(jué)。在這一點(diǎn)上和全息3D投影技術(shù)很像。
[0011](2)數(shù)字幻影裸眼3D投影技術(shù)方法通過(guò)兩個(gè)屏幕的相互配合，可以把像成在屏幕前方，屏幕里和屏幕后方，甚至在屏幕后很遠(yuǎn)的地方，而全息3D技術(shù)只能將像成在十分有限的區(qū)域。也就是在成像自由度上數(shù)字幻影投影技術(shù)遠(yuǎn)超過(guò)全息3D技術(shù)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1:為單個(gè)點(diǎn)的發(fā)光示意圖；
[0013]圖2:為單個(gè)點(diǎn)的發(fā)光過(guò)濾立體示意圖；
[0014]圖3:為單個(gè)點(diǎn)的發(fā)光過(guò)濾平面示意圖；
[0015]圖4:為發(fā)光點(diǎn)所呈現(xiàn)的3D效果圖；
[0016]圖5:為發(fā)光物體所呈現(xiàn)的3D效果圖；
[0017]圖6:為未經(jīng)過(guò)任何簡(jiǎn)化處理的單個(gè)時(shí)間片示意圖；
[0018]圖7:為縮減視角之后的示意圖；
[0019]圖8:為多點(diǎn)同時(shí)掃描示意圖；
[0020]圖9:為多列同時(shí)掃描示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0021]依據(jù)以上發(fā)明的數(shù)字幻影裸眼3D的技術(shù)，選擇1024*768的24位色真彩色為a屏幕，b屏幕要比a屏幕大，以1200*800的24位色真彩色為b屏幕，以此計(jì)算:
[0022](I) a屏幕每一幀的信息量(比特):
[0023]依據(jù)前述的方法，a屏幕對(duì)一個(gè)點(diǎn)的掃描，與之對(duì)應(yīng)就需要b屏幕一幀的掃描，b屏幕一幀的數(shù)據(jù)量為1200*800*24=23040000約為23Mbit。而a屏幕掃描完一個(gè)周期才是一個(gè)像的一幀，一幀的掃描點(diǎn)數(shù)為1024*768=786432，總數(shù)據(jù)量為786432*32040000=18119393280000約為18.1Tbit的數(shù)據(jù)量。而這僅為一幀的數(shù)據(jù)量，而要投入正常使用則每秒至少要完成24幀，連續(xù)放映才會(huì)有效果。因此而言這么多的數(shù)據(jù)量是災(zāi)難性的，短期的計(jì)算技術(shù)不可能達(dá)到這驚人的要求。
[0024](2) b屏幕的信息量
[0025]b屏幕的每秒的幀數(shù)相當(dāng)于a屏幕每秒要掃描的次數(shù)，以a屏幕每秒24幀為例，則b屏幕需要每秒顯示的幀數(shù)為24*1024*768=18874368約18.9M幀/秒。
[0026]這同時(shí)也是災(zāi)難性的，現(xiàn)在還沒(méi)有任何一個(gè)日常用的屏幕能達(dá)到如此之快的要求。
[0027]針對(duì)上面的兩個(gè)“災(zāi)難性需求”的緩解方法構(gòu)想:
[0028]上述提到的兩個(gè)硬指標(biāo)的技術(shù)限制使得這項(xiàng)技術(shù)可能要等到以后技術(shù)足以滿足這“災(zāi)難性數(shù)據(jù)需求”才能使這項(xiàng)技術(shù)得以發(fā)展。但可以將其用一些方法來(lái)降低這些需求，使其“不那么災(zāi)難性”，初步想通過(guò)以下兩種方式解決。
[0029](I)縮減視角構(gòu)想:
[0030]可以通過(guò)犧牲屏幕的有效視角換取可觀的數(shù)據(jù)量的減少。所采用的方法是a屏幕的一次掃描對(duì)于b屏幕就是一巾貞,而b屏幕的一巾貞是一整個(gè)的屏幕都亮起來(lái)(如圖6)。過(guò)大的視角是基本上沒(méi)有人看的。很容易想象，沒(méi)人會(huì)站得過(guò)高并俯視屏幕，或者坐得過(guò)偏來(lái)看屏幕。所以大可以把這些人們非常難用到的刁角度忽略掉。
[0031]這里假設(shè)a屏幕的一次掃描b屏幕只相應(yīng)a屏幕對(duì)應(yīng)的點(diǎn)附近的一個(gè)橢圓，而不是全屏亮(如圖7)。這樣就大大縮小了數(shù)據(jù)量，假設(shè)這個(gè)橢圓的長(zhǎng)軸200像素，短軸100像素。這樣b屏幕的數(shù)據(jù)量就是pi*100*50=15705而這樣一幀的數(shù)據(jù)量就下降到了 786432*15705*24=296421949440bit大約37GB。可見(jiàn)，雖然數(shù)據(jù)量依然不樂(lè)觀，但比18.1Tbit要緩解了很多。目前的顯卡的計(jì)算技術(shù)可以達(dá)到每秒進(jìn)行T次的浮點(diǎn)計(jì)算，對(duì)于37GB每幀的計(jì)算量依照目前的顯卡來(lái)說(shuō)是可以完成的。
[0032]( 2 )多點(diǎn)同時(shí)掃描構(gòu)想:
[0033]前面提出了縮減視角，這樣如果依然a屏幕以逐點(diǎn)掃描的方式處理的話，那么b屏幕大部分時(shí)間是暗著的，利用這些被浪費(fèi)的暗著的部分，令a屏幕多點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行掃描，這些點(diǎn)對(duì)應(yīng)的b屏幕的區(qū)域不得有重疊，這樣，即可最大化利用b屏幕以減少a屏幕的掃描周期。將a屏幕分成若干塊，如果按照前述設(shè)想的長(zhǎng)軸200和短軸100，a屏幕分成的區(qū)塊其像素尺寸為200*100，則a屏幕只需要掃描200*100次就完成了一幀的掃描，這樣對(duì)b屏幕的硬件需求就大大減小了(如圖8)。b屏幕只需要每秒200*100*24=480000幀即可。雖然數(shù)字仍然不樂(lè)觀，但相比18.9M幀/秒已經(jīng)大大緩解，甚至現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)能夠達(dá)到這個(gè)數(shù)字。
[0034]在此之上可以基于一個(gè)假設(shè)來(lái)進(jìn)行更進(jìn)一步的簡(jiǎn)化。假設(shè)人兩個(gè)眼睛永遠(yuǎn)是水平的，我們可以進(jìn)行多列同時(shí)掃描的操作。掃描的每一個(gè)時(shí)間片，對(duì)于前面的屏幕A是若干個(gè)列在同時(shí)掃描，而后面的屏幕B只需要計(jì)算不考慮人眼的高低變化的數(shù)據(jù)量，這就意味著A屏幕的一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著B(niǎo)屏幕的一個(gè)很短的單行的點(diǎn)(如圖9)。這樣對(duì)屏幕B的能力要求下降得更低。但這樣做的代價(jià)就是當(dāng)人眼上下移動(dòng)時(shí)，看到的像也會(huì)隨之上下移動(dòng)。
[0035]為了將本項(xiàng)技術(shù)盡快應(yīng)用，也可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)低像素的屏幕(比如200*300)，實(shí)際上，很多的裸眼3D技術(shù)(例如視差屏障)都采用犧牲像素來(lái)實(shí)現(xiàn)裸眼3D效果的方法。
[0036]像素的限制直接減少了屏幕a的一個(gè)像素的掃描從那個(gè)點(diǎn)放出的光線的密度，如果密度過(guò)小，而人眼的位置正好的話，則會(huì)出現(xiàn)相鄰的兩條光線分別照在了人眼瞳孔的左邊和右邊。造成了這個(gè)眼睛對(duì)這一像素什么都看不見(jiàn)的現(xiàn)象。為此需要在b屏幕前邊加一個(gè)能夠起到光線擴(kuò)散的薄膜材料，將一個(gè)像素的發(fā)光通過(guò)這個(gè)膜材料進(jìn)行擴(kuò)散，但只能擴(kuò)散到一個(gè)像素。這樣就會(huì)使整個(gè)屏幕的發(fā)光連續(xù)，而且光線的變化比較緩和，可以說(shuō)是填充了若干的實(shí)際不存在的像素點(diǎn)。以此來(lái)使得屏幕發(fā)出的光連續(xù)，而避免前面提到的問(wèn)題，當(dāng)然這也可以用于現(xiàn)在的顯示技術(shù)，讓顯示器呈現(xiàn)的圖像更加細(xì)膩。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字幻影裸眼3D投影技術(shù)方法，其特征是選擇兩個(gè)具有不同功能的屏幕，一個(gè)為篩選屏幕，一個(gè)為顯示屏幕，將物體發(fā)出的光線經(jīng)篩選屏幕進(jìn)行離散篩選處理后，分時(shí)地顯現(xiàn)在顯示屏幕上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的幻影裸眼3D投影技術(shù)方法，其特征是方法所說(shuō)的分時(shí)地顯現(xiàn)是指在時(shí)間片I時(shí)，篩選屏幕的I號(hào)像素透光，其它不透光，同時(shí)由像點(diǎn)的位置特征計(jì)算出顯示屏幕的某個(gè)像素點(diǎn)發(fā)光，以此類推。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的幻影裸眼3D投影技術(shù)方法，其特征是方法所說(shuō)的篩選屏幕和顯示屏幕之間有一定的距離，在篩選屏幕的某一個(gè)像素透光時(shí)，顯示屏幕整個(gè)屏幕都有所響應(yīng)，只是其中的一個(gè)像素發(fā)光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的幻影裸眼3D投影技術(shù)，其特征是方法中篩選屏幕的一個(gè)像素透光時(shí)，顯示屏幕的只是其中的一部分屏幕對(duì)其相應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的幻影裸眼3D投影技術(shù)方法，其特征是方法中篩選屏幕同時(shí)進(jìn)行多點(diǎn)掃描，顯示屏幕可以分區(qū)進(jìn)行顯示。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的幻影裸眼3D投影技術(shù)方法，其特征在于選擇1024*768的24位色真彩色顯示屏為篩選屏幕，選擇1200*800的24位色真彩色顯示屏為顯示屏幕，也可以采用分辨率更低數(shù)的屏幕作為篩選屏幕和顯示屏幕。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的幻影裸眼3D投影技術(shù)，其特征在于在顯示屏幕前面加一個(gè)薄膜材料。
【文檔編號(hào)】G03B35/18GK103605259SQ201310311528
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月23日
【發(fā)明者】劉書戩 申請(qǐng)人:劉書戩