專利名稱：一種用于投影式三維顯示的仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維顯示的仿真方法，尤其涉及一種用于投影式三維顯示的仿真方法。
背景技術(shù)：
三維顯示技術(shù)是指通過一定技術(shù)手段，在空間內(nèi)重現(xiàn)三維物體信息。近些年來，三維顯示技術(shù)雖然發(fā)展非常迅速，但總體上講目前還處于一個非常初級的階段。三維顯示技術(shù)通過幾十年的發(fā)展，理論部分已相對成熟，但受制于制造水平，目前還沒有出現(xiàn)一套較完美的三維顯示設(shè)備。無論何種顯示原理，制約三維顯示設(shè)備的產(chǎn)生概括講有兩方面信息處理的能力和呈現(xiàn)信息的能力。由于精細的三維信息量是二維的幾何次方，需要超高速信息處理系統(tǒng)和顯示能力是目前顯示設(shè)備幾何次方的超高分辨率的空間光調(diào)制設(shè)備，當前的技術(shù)水平還無法達到如此高要求。因此目前的三維顯示設(shè)備信息量都存在很大壓縮，對比二維顯示設(shè)備明顯感覺到分辨率低及顯示模糊等，這正是目前三維顯示技術(shù)迫切需要解決的問題。在信息量受限的情況下，如何獲得一個更高質(zhì)量的三維顯示效果，也是目前三維顯示技術(shù)的研究熱點。由于目前三維顯示的原理基本上大同小異，只是實現(xiàn)方式各不相同。因此在現(xiàn)有技術(shù)水平上，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計提高三維顯示效果就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有普適性的、可用于投影式三維顯示的仿真系統(tǒng)，主要目的在于為投影式三維顯示系統(tǒng)尋找一組最優(yōu)設(shè)計參數(shù)，并可用于驗證圖像生成原理可行性和顯示效果分析，以及為硬件的搭建提供精度要求。一種用于投影式三維顯示的仿真方法，所述的仿真方法包括對投影式顯示裝置的仿真方法和定向散射屏的仿真方法，其中投影式顯示裝置的模擬包含對投影式顯示裝置中的投影鏡頭和孔闌的模擬，具體步驟包括(I)模擬投影鏡頭組的成像過程，將投影顯示裝置上的圖像投影到定向散射屏上，獲得各投影圖像中各像素在定向散射屏上像點的位置，并根據(jù)投影角度確定此像素像點光線的入射方向；(2)模擬定向散射屏的散射作用，對投影到定向散射屏上的像素像點在縱向大范圍發(fā)散，橫向微發(fā)散，根據(jù)光線入射方向?qū)Τ錾浞较蜻M行調(diào)制，得到與各個視角相對應(yīng)的視角圖；(3)對視角圖中的像素進行判斷，將不屬于當前視角所見的像素刪除得到修正后的視角圖，對所有修正后的視角圖中各像素進行拼接；(4)根據(jù)拼接效果調(diào)整三維顯示系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)，例如調(diào)整投影鏡頭的光闌大小以及定向散射屏的橫向散射角大小等。步驟(3)中，模擬投影鏡頭孔闌大小，根據(jù)視點位置確定此位置視角圖各像素對應(yīng)于投影顯示設(shè)備顯示的圖像中的位置；同時考慮散射屏的橫向散射能力對視角圖拼接的影響；最終各視角視圖由多個投影顯示裝置提供的圖像拼接而成，且由孔闌大小和定向散射屏橫向散射能力決定各部分圖像拼接效果。步驟(3)中，對所有修正后的視角圖中各像素進行拼接前，首先將各像素對應(yīng)至投影顯示設(shè)備顯示的圖像中。所述投影顯示裝置為投影儀陣列；或者，所述投影顯示裝置由二維顯示設(shè)備和鏡頭陣列組成。本發(fā)明的仿真方法實現(xiàn)了將有限個顯示單元的圖像顯示陣列投影到定向散射屏，在任意視點位置獲得其對應(yīng)的顯示視角圖。所述的有限個顯示單元可以NXM個顯示單元規(guī)則或不規(guī)則排布陣列，也可以是單個二維顯示設(shè)備加NXM個鏡頭陣列構(gòu)成。所述投影顯示裝置由二維顯示設(shè)備和鏡頭陣列組成時，步驟(3)中判斷的原則為:假設(shè)二維顯示設(shè)備上一個像素點S(i，j)，且其分射光線方向在[0，π/2)U (3 31 /2, 2 31)范圍內(nèi)；令:函數(shù)h(S) = [O, π/2)υ(3π/2，2π)，即當函數(shù)h()作用于某個向量時對于其方向角；函數(shù)Θ (S) = (31 /2-0)+ (2 -3 /2) = η ；令P(x，y) = ^。，函數(shù)^)表示成像關(guān)系，其中x，y為S(i，j)投影到散射屏上像點的坐標；若定向散射屏橫向散射角為ε，孔闌大小為d，投影鏡頭與散射屏距離為D，視點位置為V,可得:Θ (P) d/D+ ε ；若
權(quán)利要求
1.一種用于投影式三維顯示的仿真方法，其特征在于，包括: (1)將投影顯示裝置上的圖像投影到定向散射屏上，獲得各投影圖像中各像素在定向散射屏上像點的位置，并根據(jù)投影角度確定此像素像點光線的入射方向； (2)模擬定向散射屏的散射作用，對投影到定向散射屏上的像素像點在縱向大范圍發(fā)散，橫向微發(fā)散，根據(jù)光線入射方向?qū)Τ錾浞较蜻M行調(diào)制，得到與各個視角相對應(yīng)的視角圖； (3)對視角圖中的像素進行判斷，將不屬于當前視角所見的像素刪除得到修正后的視角圖，對所有修正后的視角圖中各像素進行拼接； (4)根據(jù)拼接效果調(diào)整三維顯示系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投影式三維顯示的仿真方法，其特征在于，步驟(3)中，對所有修正后的視角圖中各像素進行拼接前，首先將各像素對應(yīng)至投影顯示設(shè)備顯示的圖像中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投影式三維顯示的仿真方法，其特征在于，所述投影顯示裝置為投影儀陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投影式三維顯示的仿真方法，其特征在于，所述投影顯示裝置由二維顯示設(shè)備和鏡頭陣列組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于投影式三維顯示的仿真方法，其特征在于，步驟(3)中判斷的原則為: 假設(shè)二維顯示設(shè)備上一個像素點S(i，j)，且其發(fā)射光線方向在[O，π/2)υ(3π/2，2 η )范圍內(nèi)； 令: 函數(shù)h(S) = [O,作用于某個向量時對于其方向角；函數(shù) Θ (S) = ( η /2-0)+ (2 -3 /2) = η ； 令P(x，y) = €(幻，函數(shù)^)表示成像關(guān)系，其中x，y為S(i，j)投影到散射屏上像點的坐標； 若定向散射屏橫向散射角為ε ,孔闌大小為d，投影鏡頭與散射屏距離為D，視點位置為 V，可得:Θ (P) w d/D+ ε ； 若
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投影式三維顯示的仿真方法，其特征在于，所述定向散射屏為弧面或平面形式置于投影顯示裝置之后，用于呈現(xiàn)投影畫面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投影式三維顯示的仿真方法，其特征在于，步驟(3)修正過程中，同時考慮投影鏡頭位置及投影方向誤差，畸變和圓形孔闌對顯示視角圖亮度均勻性的影響。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于投影式三維顯示的仿真方法，包括根據(jù)三維顯示系統(tǒng)顯示原理設(shè)計系統(tǒng)參數(shù)，模擬在此系統(tǒng)參數(shù)下不同視角視圖，進而驗證圖像生成算法可行性及其顯示質(zhì)量；同時可改變系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)，在顯示的信息量不變的情況下，權(quán)衡視角數(shù)與視角圖像分辨率對最終顯示效果的影響，獲得一個顯示效果最優(yōu)時的視角數(shù)與視角圖像分辨率配比；另外仿真方法中還加入各種系統(tǒng)誤差的模擬，分析各種誤差在物理設(shè)備上對最終顯示效果的影響，給出系統(tǒng)的加工精度要求。本發(fā)明對基于投影式三維顯示系統(tǒng)的設(shè)計與制造具有極大的促進作用，它與顯示設(shè)備具體的圖像生成方式無關(guān)，可使設(shè)計者在搭建硬件之前對顯示結(jié)果進行綜合分析，獲得一個最優(yōu)設(shè)計方案。
文檔編號G06F17/50GK103077266SQ201210576630
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者李海峰, 曹子盛, 劉旭, 彭祎帆, 鐘擎, 夏新星 申請人:浙江大學