专利名称：一种空间立体视频的显示方法及其显示系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及立体视频显示技术领域，特别是一种空间立体视频的显示方法及其显示系统。
背景技术：
随着技术发展，研究领域和消费市场上出现了一些显示立体效果的显示终端，主要有两大类型，其一是通过佩戴立体眼睛，根据人眼的视差在大脑中形成立体画面的显示系统；其二是通过物理光学装置让双眼看到不同的画面从而形成立体视觉效应。这两种方法都是被动式的立体显示方式，即观察者不能自主选择观察视角和距离，并且每个观察者不管处于什么位置和角度都只能看到同样的立体画面，和真实生活中的立体视觉完全不同，因此能够解决上述问题的主动式立体显示就成为该领域研究的新途径。同时，现在大型活动展出，也越来越需要三维的图像显示 ，传统的方式只能进行平面展示或者是三维实物展示，在光线昏暗或者夜晚的时候，三维实物必须借助于外部光源进行展示，但是，展示效果仍然不尽如人意。
发明内容
发明目的本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供空间立体视频的显示方法及其显示系统。为了解决上述技术问题，本发明公开了一种空间立体视频的显示方法，包括以下步骤步骤一，将普通帧率的三维视频数据分割为不同深度的多层普通帧率二维视频数据；所述普通帧率指50 60赫兹的帧率。步骤二，将不同深度的多层普通帧率二维视频数据重新组合成高帧率二维视频数据；所述高帧率一般指高于200赫兹的帧率。步骤三，通过投影的方法将高帧率二维视频数据投射到充满微小颗粒的三维空间；步骤四，从与投射方向垂直的方向向充满微小颗粒的三维空间投射线状光线，同时控制线状光线的投射位置与分割前二维视频数据前后的位置同步变化。将普通帧率的三维视频数据分割为不同深度的多层普通帧率二维视频数据采用平移体扫描方法，依靠平面屏幕平移运动构造出成像空间，根据平面屏幕位置对要显示的三维场景进行切片，在平面屏幕运动的过程中，把二维切片投影到平移的平面屏幕上。本发明中采用OpenGL工具获得二维切片数据，通过设定的远近裁剪平面，使得每次可视空间为三维模型空间内的一个平行于正投影平面的薄切面。本发明中步骤二将不同深度的多层普通帧率二维视频数据重新组合成高帧率二维视频数据，包括以下步骤如果每层二维视频数据帧率为f，共有N层，视频长度为s秒，则每一层都有M帧二维数据，M = fs，将每一层的数据帧编号为Fu，其中i表示层数，从1. . . N取值；i表示帧数， 从1. . . M取值，则排序后的二维图像帧序列的顺序为Fn，F21，...，Fni，F12，F22，... , Fn2，..., Fim, F2m，. . .，Fnm,将上述二维图像帧序列构成帧率为F的二维视频。 本发明中步骤三采用DLP投影机投影。本发明中步骤四所述可控制投影位置的线状光源采用多个固定位置的线状光源群，或者采用一个高帧率二维视频投影设备通过输出视频图像。本发明还公开了一种显示空间立体视频的显示系统，包括高帧率二维视频投影设备、充满微小颗粒的密闭三维空间、可控制投影位置的线状光源以及一套协调系统工作的计算处理装置。高帧率二维视频投影设备、充满微小颗粒的密闭三维空间、可控制投影位置的线状光源呈直角形排列，充满微小颗粒的密闭三维空间位于直角上。所述充满微小颗粒的密闭三维空间包含自由活动的大量微小粉尘状颗粒，当颗粒数量足够多时，颗粒对光线的反射会形成类似漫反射的效果，并且不影响光线的前进，能够形成可视的光亮区域。所述的微小粉尘状颗粒可以为标准大气压下，透光率为85% 95% 的烟雾状颗粒群。本发明中可控投影位置的线状光源为多个固定位置的线状光源群，或者一个高帧率二维视频投影设备。所述高帧率二维视频投影设备可以以普通视频显示帧率N倍的帧率输出视频图像，其中N表示原始三维视频被切面的次数。本发明中当三维空间尺度较大时，还需要在高帧率二维视频投影设备与充满微小颗粒的密闭三维空间之间增加光学透镜以保证在整个显示空间范围内都处于良好的对焦状态。本发明原理是利用高速投影方式将不同视觉深度的图像显示在空间不同位置，构成活动三维影像，观察者可在不同方位看到影像的表面和内部。有益效果本发明主要思想是将实际场景的三维实体以切面的方式离散化，每个切面用一个二维活动视频进行表示，通过在三维空间重建这一系列二维切面从而形成活动的三维实体场景显示效果，由此实现在任意视角观察到场景的真实三维实体活动图形显示。该方法比现有的其他立体视觉产生方法更具可被接受，在医学影像处理、大屏幕视频广告、展览和宣传等方面有重要的应用前景，更有无法估计的市场商业价值，据申请人初步统计，如果公共场所里现有的二维图像显示器中的十分之一转化为本发明所述的三维显示系统，则市场前景巨大。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和 /或其他方面的优点将会变得更加清楚。图Ia和图Ib是本发明系统框架图。图2a和图2b是本发明所涉及的充满微小颗粒的密闭三维空间示意图。图3a、图3b和图3c是本发明显示效果图。
具体实施例方式
如图Ia和图Ib所示，本发明公开了一种空间立体视频的显示系统，包括高帧率二维视频投影设备1、充满微小颗粒的密闭三维空间4、可控制投影位置的线状光源3以及一个协调系统工作的计算机2。高帧率二维视频投影设备、充满微小颗粒的密闭三维空间、可控制投影位置的线状光源呈直角形排列，充满微小颗粒的密闭三维空间位于直角上。所述高帧率二维视频投影设备与充满微小颗粒的密闭三维空间之间设有用于转换投影光焦距的光学透镜5。所述可控制投影位置的线状光源可以由多个固定位置的线状光源群组成，如图Ia所示；也可以由另外一个高帧率二维视频投影设备通过输出特定视频图像构成，如图 Ib所示。本发明公开了一种空 间立体视频的显示方法，包括以下步骤步骤一，将普通帧率的三维视频数据分割为不同深度的多层普通帧率二维视频数据；所述的普通帧率二维视频的帧率为50 60Hz。步骤二，将不同深度的多层普通帧率二维视频数据重新组合成高帧率二维视频数据。步骤三，通过投影的方法将高帧率二维视频数据投射到充满微小颗粒的三维空间。步骤四，从与投射方向垂直的方向向充满微小颗粒的三维空间投射线状光线，同时控制线状光线的投射位置与分割前二维视频数据前后的位置同步变化。步骤一中将普通帧率的三维视频数据分割为不同深度的多层普通帧率二维视频数据可以采用平移体扫描方法，依靠平移运动构造出成像空间。即一个平面屏幕沿着垂直它平面的轴做往复运动，运动的幅度决定了成像空间的景深。在每一个运动的瞬间，屏幕处于一个特定的位置，根据这个位置对要显示的三维场景进行切片，在屏幕运动的过程中，把二维切片投影到平移的屏幕上。具体方法如下首先根据实际物体的相关信息进行三维重建得到由三角面片构成的只有表面信息的三维模型。假定该三维模型大小和实际物体大小是线性放缩关系，设实际物体所乘的线性放缩因子为ξ (ξ < 1)，同时设三维模型x，y，z方向上的体素维数分别是Χ1、Υ1、Ζ1， 为方便三维模型上的像素与mXn颗粒的LED平面阵列对应，制作时保证Xl = m, Yl = η。 为获得其切片数据，首先根据事先制作的三维模型确定成像空间的景深Ζ、切片层数η，设最前面一层的坐标为Z1，则后面每层坐标为Zi = Zl+(n-l)*Z/n，其中满足Zi-Z1 < Ζ，则Zi 对应的实际屏幕的位置为Zi/ξ，如将切片看作位图，则像素在切片上的坐标位置，即为该像素在前述高帧率显示平面上的位置。接着可以依次取一个Zi，作一切平面ζ = Zi，计算其与三维模型每个三角面片的交点，而后进行矩阵映射、纹理插值计算，最后得到整个切片上的图像数据。步骤一中可以采用openGL工具获得二维切片数据，其很好的实现缩放、平移、旋转变换，以及纹理插值、裁剪。获得数据的策略主要是通过设定好需要的远近裁剪平面，使得每次可视空间为三维模型空间内的一个平行于正投影平面的薄切面。步骤1 打开openGL，设置投影方式为正投影，读取三维网格数据，进行纹理贴图， 作图显示。调整视口大小，确保可以容得下整个三维模型。步骤2 调用glOrtho函数设置可视空间。其中，近平面平行于XoY平面，即方程为 ζ = Z1的切面，而远平面为方程为ζ = zi+dz的切面，Z1为切片的位置，dz为切片的厚度，厚度根据实际需要，可取一个或多个像素宽。步骤3 每层切片绘制后，调用glReadPixels函数，读取正投影后屏幕上各个点的像素值，建表，保存每个点的像素值，以及位置坐标，当然很多点是绘图窗口界面的背景点， 步骤1中设定背景点像素值为(255，255，255)。步骤4 合理消隐。从投影方向看去，前面切片上点(Xl，Y1)上出现了三维模型表面上的像素，那么所有后面的切片上对应点(Xl，yi)的像素就该忽略，即从表中剔除。至于如何判断某点像素是来至于三维模型表面，还是窗口界面的白色背景点，方法是，在步骤1 读取三维网格数据时，如果某点像素值是(255，255，255)那么修改为(255，255，244)，显然对纹理显示无大影响，但却方便了判断。步骤5 上述步骤完成后，将一旋转矩阵作用于三维模型以改变视角，绕X，y, ζ轴的旋转矩阵(旋转角Φ)分别为
权利要求
1.一种空间立体视频的显示方法，其特征在于，包括以下步骤步骤一，将普通帧率的三维视频数据分割为不同深度的多层普通帧率二维视频数据；步骤二，将不同深度的多层普通帧率二维视频数据重新组合成高帧率二维视频数据；步骤三，将高帧率二维视频数据投影到充满烟雾状颗粒的三维空间；步骤四，从与投射方向垂直的方向向充满微小颗粒的三维空间投射线状光线，同时控制线状光线的投射位置与分割前二维视频数据前后的位置同步变化。
2.根据权利要求1所述的一种空间立体视频的显示方法，其特征在于，将普通帧率的三维视频数据分割为不同深度的多层普通帧率二维视频数据采用平移体扫描方法，依靠平面屏幕平移运动构造出成像空间，根据平面屏幕位置对要显示的三维场景进行切片，在平面屏幕运动的过程中，把二维切片投影到平移的平面屏幕上。
3.根据权利要求2所述的一种空间立体视频的显示方法，其特征在于，采用openGL工具获得二维切片数据，通过设定的远近裁剪平面，使得每次可视空间为三维模型空间内的一个平行于正投影平面的薄切面。
4.根据权利要求1所述的一种空间立体视频的显示方法，其特征在于，步骤二将不同深度的多层普通帧率二维视频数据重新组合成高帧率二维视频数据，包括以下步骤如果每层二维视频数据帧率为f，共有N层，视频长度为s秒，则每一层都有M帧二维数据，M= fs，将每一层的数据帧编号为Fu，其中i表示层数，从1...N取值；i表示帧数， 从1. . . M取值，则排序后的二维图像帧序列的顺序为Fn，F21，...，Fni，F12，F22，... , Fn2，..., Fim, F2m，. . .，Fnm,将上述二维图像帧序列构成帧率为F的二维视频。
5.根据权利要求1所述的一种空间立体视频的显示方法，其特征在于，步骤三采用DLP 投影机投影。
6.根据权利要求1所述的一种空间立体视频的显示方法，其特征在于，步骤四所述可控制投影位置的线状光源采用多个固定位置的线状光源群，或者采用一个高帧率二维视频投影设备通过输出视频图像。
7.一种实现权利要求1所述的方法的空间立体视频的显示系统，其特征在于，包括高帧率二维视频投影设备、充满微小颗粒的密闭三维空间、可控制投影位置的线状光源以及一个协调系统工作的计算机；高帧率二维视频投影设备、充满微小颗粒的密闭三维空间、可控制投影位置的线状光源呈直角形排列，充满微小颗粒的密闭三维空间位于直角上。
8.根据权利要求7所述的空间立体视频的显示系统，其特征在于，可控投影位置的线状光源为多个固定位置的线状光源群，或者一个高帧率二维视频投影设备。
9.根据权利要求1所述的一种空间立体视频的显示方法，其特征在于，所述高帧率二维视频投影设备与充满微小颗粒的密闭三维空间之间设有用于转换投影光焦距的光学透
全文摘要
本发明公开了一种空间立体视频的显示方法，包括以下步骤将普通帧率的三维视频数据分割为不同深度的多层普通帧率二维视频数据；将不同深度的多层普通帧率二维视频数据重新组合成高帧率二维视频数据；通过投影的方法将高帧率二维视频数据投射到充满微小颗粒的三维空间；从与投射方向垂直的方向向充满微小颗粒的三维空间投射线状光线，同时控制线状光线的投射位置与分割前二维视频数据前后的位置同步变化，则可在上述充满微小颗粒的三维空间中构成三维活动视频影像。本发明还公开了一种空间立体视频的显示系统，包括高帧率二维视频投影设备、充满微小颗粒的密闭三维空间、可控制投影位置的线状光源以及一个协调系统工作的计算机。
文档编号G03B35/18GK102361497SQ20111036036
公开日2012年2月22日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者刘闯文, 袁杰, 郭夏玮, 陈锡显, 顾鹏 申请人:南京大学