一種基于二維led旋轉(zhuǎn)屏的實時三維數(shù)據(jù)生成方法
【專利說明】一種基于二維LED旋轉(zhuǎn)屏的實時三維數(shù)據(jù)生成方法 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于三維圖像顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于二維LED旋轉(zhuǎn)屏的實時三 維數(shù)據(jù)生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 人類的視覺系統(tǒng)賦予了人們可以準(zhǔn)確地感知現(xiàn)實三維世界圖像信息的能力，這使 得人們的視覺追求總是趨于真實三維的再現(xiàn)，希望顯示裝置能夠提供更加真實立體、自然 舒適，接近于人眼實際觀察的三維立體圖像信息。因此，三維立體顯示技術(shù)的發(fā)展引起人們 的廣泛關(guān)注。
[0003] 現(xiàn)有的三維立體顯示技術(shù)大致可以分為四大類：透視型三維顯示、視差型三維顯 示、光學(xué)懸浮顯示和真三維立體顯示。真三維顯示是一種能夠?qū)崿F(xiàn)全視角觀察的三維顯示 技術(shù)，是現(xiàn)實景物的最真實的再現(xiàn)，是三維顯示的最終目標(biāo)。真三維顯示技術(shù)主要包括靜態(tài) 體顯示技術(shù)和體掃描三維立體顯示技術(shù)。體掃描三維立體顯示，是通過平面或曲面電子掃 描與機械掃描相結(jié)合的方式構(gòu)成圖形學(xué)上的三維空間，實現(xiàn)體空間的像素掃描，利用視覺 暫留效應(yīng)呈現(xiàn)出三維原型圖像。
[0004]目前，基于體掃描的三維立體顯示器主要有兩類，一種是采用投影技術(shù)；另一種則 采用LED作為顯示像素。前者的投影設(shè)備可以是激光、投影機，具有分辨率高但是亮度低， 并且造價昂貴。后者通過高密度LED陣列面板連續(xù)顯示三維圖像切面圖像序列的同時，配 合機械掃描繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，利用視覺暫留效應(yīng)呈現(xiàn)出三維圖像，其主要部件包括電機、電機 控制模塊、LED旋轉(zhuǎn)屏、顯示控制模塊、碳刷、銅環(huán)、無線通信模塊、霍爾傳感器等，成本與造 價都較低，是體掃描三維立體顯示器的主要發(fā)展趨勢。由于體掃描三維立體顯示器旋轉(zhuǎn)速 度較快，一般為30r/s左右，每一個三維圖像的切面圖像顯示時間只有200us左右，而在動 態(tài)顯示過程中各個切面的圖像數(shù)據(jù)必須在如此短的時間內(nèi)不斷進行更新，所以三維圖像數(shù) 據(jù)的生成方法成為目前體掃描三維立體顯示技術(shù)的主要研宄問題，如發(fā)明專利《基于二維 LED旋轉(zhuǎn)屏的并行輸出真三維顯示方法》（CN101594547A)和發(fā)明專利申請《一種基于旋轉(zhuǎn) 體三維顯示器的實時體三維數(shù)據(jù)生成方法》（CN103295260A)。其中，
[0005] 中國發(fā)明專利說明書CN101594547A于2009年12月2日公開的《基于二維LED旋 轉(zhuǎn)屏的并行輸出真三維顯示方法》，是以旋轉(zhuǎn)軸為中心，利用CAD軟件或者掃描工具沿不同 角度對三維模型進行徑向截面截取圖像，然后對獲取到的截面圖像根據(jù)旋轉(zhuǎn)屏的LED分布 進行像素化，再對獲得的像素點進行均勻化處理，以此生成三維圖像數(shù)據(jù)。但是，該生成方 法存在著以下不足：
[0006] 1)由于采用對模型每隔一定角度沿半徑進行截面截取的方法來獲取原始截面圖 像，導(dǎo)致了該方法存在先天的缺陷，即越靠近旋轉(zhuǎn)中心處，截面之間的距離越近，在顯示時 會使得中心處像素點密度大，亮度高，遠(yuǎn)離中心處的像素密度小，亮度低。為了解決該問題， 該方法提出對像素點進行均勻化處理，因此增加了額外的計算量。
[0007] 中國發(fā)明專利申請公開說明書CN103295260A于2013年9月11日公開的《一種基 于旋轉(zhuǎn)體三維顯示器的實時體三維數(shù)據(jù)生成方法》，該方法先獲取三維圖形的三角面頂點 數(shù)據(jù)，然后取一個圖像幀平面，計算該三維圖形的所有三角面與該圖像幀平面的交點，再取 一個三角面產(chǎn)生的交點進行連線后做插值操作獲得該圖像幀平面上的二維顯示坐標(biāo)，依次 插值處理所有的三角面在該圖像幀平面上的交線獲得所有的二維顯示坐標(biāo)，完成上述操作 之后再取下一個圖像幀平面與所有的三角面進行同樣的運算，直至取完所有的圖像幀平面 后完成了對一個三維圖形的所有計算，獲得構(gòu)成一個三維圖像的所有二維顯示坐標(biāo)。該方 法存在以下不足：
[0008] 1)通常一個三維圖形可以分解出非常多的三角面，計算一個圖像幀平面與所有的 三角面的交線并做插值操作需要比較大的計算量，而獲取一個三維圖像的所有二維顯示坐 標(biāo)需要計算所有圖像幀平面與所有的三角面的交線并做插值操作，這需要相當(dāng)巨大的計算 量。目前的嵌入式處理器主頻普遍低于100MHZ，計算能力有限，很難在很短的時間內(nèi)完成所 有計算，因此該方法只適合靜態(tài)圖像的三維顯示，不適合進行動態(tài)圖像的顯示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有技術(shù)在三維數(shù)據(jù)生成速度過慢，不能適應(yīng)三維圖像動 態(tài)顯示存在的問題。
[0010] 為了解決本發(fā)明的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于二維LED旋轉(zhuǎn)屏的實時三維 數(shù)據(jù)生成方法，包括根據(jù)三維圖像像素點在三維直角坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，將不同的像素 點映射到一個二維數(shù)組的不同二進制數(shù)據(jù)位上，具體操作步驟如下：
[0011] 步驟一，獲取三維圖像的所有像素點以及像素點在三維直角坐標(biāo)系中的三維坐 標(biāo)；
[0012] 步驟二，初始化一個二維數(shù)組，其第一維的長度Ll等于二維LED旋轉(zhuǎn)屏旋轉(zhuǎn)一圈 顯示的總圖像幀數(shù)，第二維的長度L2由二維LED旋轉(zhuǎn)屏的LED燈數(shù)Num以及二維數(shù)組的數(shù) 據(jù)類型對應(yīng)的二進制位數(shù)Len決定；
[0013] 步驟三，選取步驟一中的一個像素點，根據(jù)其三維坐標(biāo)確定該像素點對應(yīng)的圖像 幀編號η以及在編號為η的圖像幀上的二維坐標(biāo)（a, b);
[0014] 步驟四，根據(jù)步驟三得到的圖像幀編號η找到編號為η的圖像幀，再根據(jù)步驟三得 到的二維坐標(biāo)（a，b)找到該圖像幀上具有相同二維坐標(biāo)的LED燈，修改二維數(shù)組中控制該 LED燈的二進制數(shù)據(jù)位的值，其余的二進制數(shù)據(jù)位的值不變；
[0015] 步驟五，重復(fù)步驟三和步驟四，處理完步驟一中獲取的所有像素點，便生成了顯示 三維圖像所需要的三維數(shù)據(jù)。
[0016] 本發(fā)明的技術(shù)方案的進一步特征在于所述步驟一中，對三維模型進行均勻采樣來 獲取三維圖像的像素點。
[0017] 本發(fā)明的技術(shù)方案的進一步特征在于所述步驟二中，二維數(shù)組用于存儲三維數(shù) 據(jù)，二維數(shù)組所有數(shù)據(jù)元素初始值為0,圖像幀是圍繞旋轉(zhuǎn)軸處于不同角度上的用于組成三 維圖像的二維圖像，圖像幀由LED燈矩陣構(gòu)成，圖像幀上的每個LED燈具有一個二維坐標(biāo)， 每個圖像幀具有一個圖像幀編號η并且控制該圖像幀的三維數(shù)據(jù)存儲在二維數(shù)組的第一 維下標(biāo)為η的數(shù)據(jù)元素中，第一維下標(biāo)為η的數(shù)據(jù)元素的每一個二進制數(shù)據(jù)位控制該圖像 幀上的一個LED燈的亮滅，二維LED旋轉(zhuǎn)屏每次可以同時顯示位于同一平面的兩個圖像幀， 二維數(shù)組第二維的長度L2計算公式為：
[0018]
【主權(quán)項】
1. 一種基于二維LED旋轉(zhuǎn)屏的實時三維數(shù)據(jù)生成方法，其特征在于，根據(jù)三維圖像像 素點在三維直角坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，將不同的像素點映射到一個二維數(shù)組的不同二進制 數(shù)據(jù)位上，具體操作步驟如下： 步驟一，獲取三維圖像的所有像素點以及像素點在三維直角坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)； 步驟二，初始化一個二維數(shù)組，其第一維的長度Ll等于二維LED旋轉(zhuǎn)屏旋轉(zhuǎn)一圈顯示 的總圖像幀數(shù)，第二維的長度L2由二維LED旋轉(zhuǎn)屏的LED燈數(shù)Num以及二維數(shù)組的數(shù)據(jù)類 型對應(yīng)的二進制位數(shù)Len決定； 步驟三，選取步驟一中的一個像素點，根據(jù)其三維坐標(biāo)確定該像素點對應(yīng)的圖像幀編 號η以及在編號為η的圖像幀上的二維坐標(biāo)（a, b); 步驟四，根據(jù)步驟三得到的圖像幀編號η找到編號為η的圖像幀，再根據(jù)步驟三得到的 二維坐標(biāo)（a，b)找到該圖像幀上具有相同二維坐標(biāo)的LED燈，修改二維數(shù)組中控制該LED 燈的二進制數(shù)據(jù)位的值，其余的二進制數(shù)據(jù)位的值不變； 步驟五，重復(fù)步驟三和步驟四，處理完步驟一中獲取的所有像素點，便生成了顯示三維 圖像所需要的三維數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維LED旋轉(zhuǎn)屏的實時三維數(shù)據(jù)生成方法，其特征 在于，所述步驟一中，對三維模型進行均勻采樣來獲取三維圖像的像素點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維LED旋轉(zhuǎn)屏的實時三維數(shù)據(jù)生成方法，其特征 在于，所述步驟二中，二維數(shù)組用于存儲三維數(shù)據(jù)，二維數(shù)組所有數(shù)據(jù)元素初始值為〇,圖像 幀是圍繞旋轉(zhuǎn)軸處于不同角度上的用于組成三維圖像的二維圖像，圖像幀由LED燈矩陣構(gòu) 成，圖像幀上的每個LED燈具有一個二維坐標(biāo)，每個圖像幀具有一個圖像幀編號η并且控制 該圖像幀的三維數(shù)據(jù)存儲在二維數(shù)組的第一維下標(biāo)為η的數(shù)據(jù)元素中，第一維下標(biāo)為η的 數(shù)據(jù)元素的每一個二進制數(shù)據(jù)位控制該圖像幀上的一個LED燈的亮滅，二維LED旋轉(zhuǎn)屏每 次可以同時顯示位于同一平面的兩個圖像幀，二維數(shù)組第二維的長度L2計算公式為：
其中L2是二維數(shù)組第二維的長度，Num是二維LED旋轉(zhuǎn)屏的LED燈數(shù)，Len是二維數(shù)組 數(shù)據(jù)類型對應(yīng)的二進制位數(shù)，CEILO表示向上取整函數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維LED旋轉(zhuǎn)屏的實時三維數(shù)據(jù)生成方法，其特征 在于，所述步驟三中，圖像幀的二維坐標(biāo)系以其旋轉(zhuǎn)軸為縱軸，正方向豎直向上，以圖像幀 最下方一行水平方向的LED燈所在直線為橫軸，正方向從旋轉(zhuǎn)中心指向外，該像素點對應(yīng) 的圖像幀編號η的計算公式如下：
其中X，y分別為所選像素點在三維直角坐標(biāo)系中沿X軸和Y軸方向的坐標(biāo)值，1為該 像素點在三維直角坐標(biāo)系XOY面的投影到原點的長度，α為圖像幀與X軸正方向的夾角，β 為相鄰兩個圖像幀的夾角，η為該像素點所在的圖像幀編號，F(xiàn)L00R0表示向下取整函數(shù)； 該像素點在其所在圖像幀上的二維坐標(biāo)（a，b)的計算公式如下： a = 1 ； b = z ； 其中a，b分別為該像素點在其所在圖像幀上沿橫軸和縱軸的坐標(biāo)值，1為該像素點在 三維直角坐標(biāo)系XOY面的投影到原點的長度，z為該像素點在三維直角坐標(biāo)系中沿Z軸的 坐標(biāo)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二維LED旋轉(zhuǎn)屏的實時三維數(shù)據(jù)生成方法，其特征 在于，所述步驟四中，二進制數(shù)據(jù)位為二維數(shù)組數(shù)據(jù)元素的一個二進制位，步驟四所得LED 燈由二維數(shù)組中第一維下標(biāo)為η的數(shù)據(jù)元素的哪一個二進制數(shù)據(jù)位控制與二維LED旋轉(zhuǎn)屏 具體的硬件結(jié)構(gòu)有關(guān)，硬件結(jié)構(gòu)不同則對應(yīng)關(guān)系不同，但對于確定的硬件結(jié)構(gòu)，總有唯一的 一種對應(yīng)關(guān)系，如果步驟一所取像素點需要點亮，則對應(yīng)的二維數(shù)組的二進制數(shù)據(jù)位的值 修改為1，如果該像素點需要熄滅，則對應(yīng)的二維數(shù)組的二進制數(shù)據(jù)位的值修改為0。
【專利摘要】一種基于二維LED旋轉(zhuǎn)屏的實時三維數(shù)據(jù)生成方法，屬于三維圖像顯示技術(shù)領(lǐng)域，包含以下步驟：獲取三維圖像所有像素點在三維直角坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)，根據(jù)三維坐標(biāo)將不同的像素點映射到一個二維數(shù)組不同的二進制數(shù)據(jù)位上，顯示系統(tǒng)根據(jù)二維數(shù)組的二進制數(shù)據(jù)位來控制顯示不同的圖像幀。隨著二維LED旋轉(zhuǎn)屏的轉(zhuǎn)動，顯示的圖像幀依次變化，在視覺暫留現(xiàn)象的作用下，人們便可以看到所顯示的三維立體影像。該方法的優(yōu)點是生成三維數(shù)據(jù)的計算量小，可以獲得流暢的動態(tài)顯示效果。
【IPC分類】G06F3-14, G06T19-00
【公開號】CN104732592
【申請?zhí)枴緾N201510159600
【發(fā)明人】徐超
【申請人】徐超
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月3日