基于計(jì)算全息技術(shù)的大場(chǎng)景真三維顯示快速生成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于計(jì)算全息技術(shù)的大場(chǎng)景真三維顯示快速生成方法，包括以下步驟：（1）對(duì)三維數(shù)據(jù)源重采樣得到目標(biāo)大場(chǎng)景中的各實(shí)體的三維數(shù)據(jù)，并利用三維數(shù)據(jù)生成實(shí)體三維立體模型；（2）對(duì)實(shí)體三維立體模型通過坐標(biāo)變換生成統(tǒng)一參考坐標(biāo)的三維模型描述；（3）將實(shí)體模型的景深信息和紋理信息融合到三維模型中，形成單實(shí)體真三維實(shí)體模型；（4）將單體三維實(shí)體模型合成為大場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的位置，形成大場(chǎng)景三維實(shí)體模型；（5）通過計(jì)算機(jī)模擬生成目標(biāo)大場(chǎng)景的虛擬顯示。本發(fā)明通過計(jì)算全息技術(shù)實(shí)現(xiàn)大視角、大場(chǎng)景三維實(shí)體虛擬顯示的快速生成，處理快捷，視覺效果良好，可應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體虛擬顯示領(lǐng)域。
【專利說明】基于計(jì)算全息技術(shù)的大場(chǎng)景真三維顯示快速生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維顯示技術(shù)，尤其涉及大場(chǎng)景真三維顯示技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們生活品質(zhì)的提高，對(duì)文化娛樂服務(wù)的內(nèi)容和展示形式提出更高需要。因此，基于真實(shí)三維空間顯示三維場(chǎng)景已成為文化科技融合研究和應(yīng)用領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。
[0003]三維顯示是對(duì)物體固有的三維信息進(jìn)行記錄、處理和再現(xiàn)的可視化過程，可分成四大類。第一類是基于陰影等心理深度暗示的二維屏幕透視顯示，即所顯示的圖像只有心理景深，沒有物理景深，缺點(diǎn)是不能直觀表達(dá)深度信息，三維空間立體感完全取決于觀察者的想象重構(gòu)能力，容易產(chǎn)生混淆。第二類是基于雙目視差暗示的體視對(duì)顯示，缺點(diǎn)是視角有限，焦距固定，基于助視儀器，非自然的深度感容易引起錯(cuò)覺、視覺疲勞及頭痛等不適。嚴(yán)格地說，這兩類顯示不能提供完整的深度暗示，都不是真正意義上的三維顯示。在空中交通管制、軍事戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略顯示、醫(yī)學(xué)成像等應(yīng)用場(chǎng)合，三維信息可被看作是結(jié)構(gòu)性的——即視覺上屬于三維結(jié)構(gòu)或是數(shù)值性(超多維數(shù)據(jù))，使用前兩類偽三維顯示技術(shù)，容易丟失第三維信息，無法顯示出具有真實(shí)空間感的三維立體圖像。第三類的全息顯示能再現(xiàn)圖像的幅值和相位信息，因此能利用二維介質(zhì)顯示出虛擬三維效果，使觀察者有三維視感。但全息顯示設(shè)備復(fù)雜，要求很寬的信號(hào)傳輸帶寬和巨大的信息存儲(chǔ)容量。第四類的三維顯示利用人眼視覺系統(tǒng)固有的三維數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)，顯示出占據(jù)著真實(shí)體積空間的三維圖像信息，因此被稱為真三維立體顯示。目前采用這種方式顯示小型物體時(shí)能實(shí)現(xiàn)良好的視覺效果，但在大場(chǎng)景顯示時(shí)，由于計(jì)算量大造成效率低，視覺效果不佳，不能滿足人們文化娛樂的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種視覺效果良好的基于計(jì)算全息技術(shù)的大場(chǎng)景真三維顯示快速生成方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種基于計(jì)算全息技術(shù)的大場(chǎng)景真三維顯示快速生成方法，包括以下步驟:
(1)對(duì)三維數(shù)據(jù)源重采樣得到目標(biāo)大場(chǎng)景中的各實(shí)體的三維數(shù)據(jù)，并利用三維數(shù)據(jù)生成實(shí)體三維立體模型；
(2)對(duì)實(shí)體三維立體模型通過坐標(biāo)變換生成統(tǒng)一參考坐標(biāo)的三維模型描述；
(3)將實(shí)體三維立體模型的景深信息和紋理信息融合到三維模型中，形成單實(shí)體真三維實(shí)體模型；
(4)將單實(shí)體真三維實(shí)體模型合成為大場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的位置，形成大場(chǎng)景三維實(shí)體模型；
(5)通過計(jì)算機(jī)模擬生成目標(biāo)大場(chǎng)景的虛擬顯示。
[0006]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟(I)中得到目標(biāo)大場(chǎng)景中的各實(shí)體的三維數(shù)據(jù)包括以下步驟:截取實(shí)體的二維截面信息，通過菲涅爾衍射獲得全息圖，建立目標(biāo)場(chǎng)景的數(shù)學(xué)模型，通過采樣抽取目標(biāo)場(chǎng)景的三維數(shù)據(jù)，并進(jìn)行去噪、識(shí)別和容錯(cuò)處理，形成了若干二維平面數(shù)據(jù)；采用重采樣技術(shù)，處理二維平面數(shù)據(jù)，得到目標(biāo)大場(chǎng)景中的實(shí)體的三維數(shù)據(jù)。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟(1)中獲得實(shí)體的三對(duì)特征點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算出坐標(biāo)變換參數(shù)，在步驟(2)中利用坐標(biāo)變換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)變換，生成統(tǒng)一參考坐標(biāo)的三維模型描述。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，三對(duì)特征點(diǎn)坐標(biāo)的獲取方式為利用三維掃掃描設(shè)備通過多角度對(duì)實(shí)體進(jìn)行多重掃描，獲得不同視角的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在實(shí)體上兩次掃描重疊區(qū)域放置三個(gè)標(biāo)志物,將這三個(gè)標(biāo)志物的幾何中心作為特征點(diǎn),幾何中心坐標(biāo)求取:
【權(quán)利要求】
1.一種基于計(jì)算全息技術(shù)的大場(chǎng)景真三維顯示快速生成方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)對(duì)三維數(shù)據(jù)源重采樣得到目標(biāo)大場(chǎng)景中的各實(shí)體的三維數(shù)據(jù)，并利用三維數(shù)據(jù)生成實(shí)體三維立體模型； (2)對(duì)實(shí)體三維立體模型通過坐標(biāo)變換生成統(tǒng)一參考坐標(biāo)的三維模型描述； (3)將實(shí)體三維立體模型的景深信息和紋理信息融合到三維模型中，形成單實(shí)體真三維實(shí)體模型； (4)將單實(shí)體真三維實(shí)體模型合成為大場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的位置，形成大場(chǎng)景三維實(shí)體模型； (5)通過計(jì)算機(jī)模擬生成目標(biāo)大場(chǎng)景的虛擬顯示。
2.如權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算全息技術(shù)的大場(chǎng)景真三維顯示快速生成方法，其特征在于，步驟(1)中得到目標(biāo)大場(chǎng)景中的各實(shí)體的三維數(shù)據(jù)包括以下步驟:截取實(shí)體的二維截面信息，通過菲涅爾衍射獲得全息圖，建立目標(biāo)場(chǎng)景的數(shù)學(xué)模型，通過采樣抽取目標(biāo)場(chǎng)景的三維數(shù)據(jù)，并進(jìn)行去噪、識(shí)別和容錯(cuò)處理，形成了若干二維平面數(shù)據(jù)；采用重采樣技術(shù)，處理二維平面數(shù)據(jù)，得到目標(biāo)大場(chǎng)景中的實(shí)體的三維數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算全息技術(shù)的大場(chǎng)景真三維顯示快速生成方法，其特征在于，在步驟(1)中獲得實(shí)體的三對(duì)特征點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算出坐標(biāo)變換參數(shù)，在步驟(2)中利用坐標(biāo)變換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)變換，生成統(tǒng)一參考坐標(biāo)的三維模型描述。
4.如權(quán)利要求3所述的基于計(jì)算全息技術(shù)的大場(chǎng)景真三維顯示快速生成方法，其特征在于，所述三對(duì)特征點(diǎn)坐標(biāo)的獲取方式為利用三維掃掃描設(shè)備通過多角度對(duì)實(shí)體進(jìn)行多重掃描，獲得不同視角的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在實(shí)體上兩次掃描重疊區(qū)域放置三個(gè)標(biāo)志物，將這三個(gè)標(biāo)志物的幾何中心作為特征點(diǎn),幾何中心坐標(biāo)求取:
5.如權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算全息技術(shù)的大場(chǎng)景真三維顯示快速生成方法，其特征在于，步驟(1)中重采樣包括以下步驟:根據(jù)實(shí)體由坐標(biāo)變換參數(shù)得到的總體糾正信息，對(duì)原始掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，得到反映實(shí)體表面幾何特征的三維掃描坐標(biāo)和實(shí)體立體幾何信息，將每一次掃描線看成分段光滑曲線，從上至下或者從左至右，進(jìn)行局部二次擬合，得到逼近的距離圖像，檢測(cè)深度和擬合點(diǎn)的法向連續(xù)性，生成邊緣映射圖，提取三維輪廓邊緣，由二維網(wǎng)格鏈碼跟蹤獲取不同的邊緣鏈，沿邊緣鏈搜索并確定邊緣拐點(diǎn)，根據(jù)用戶指定將距離圖像等分為N幅子距離圖像，各子圖像間有且僅有一重疊邊，分別在距離圖像內(nèi)進(jìn)行自適應(yīng)采樣。
6.如權(quán)利要求1所述的基于計(jì)算全息技術(shù)的大場(chǎng)景真三維顯示快速生成方法，其特征在于，步驟(4)形成大場(chǎng)景三維實(shí)體模型是基于三角網(wǎng)內(nèi)插多邊形算法。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK104021587SQ201410215802
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】常炳國(guó), 陳超, 霍博華, 謝健, 曹天澤, 馮碩果 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)