专利名称：无眼晕活动立体画的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光学显示技术领域，涉及一种数码合成活动立体画。
光栅立体画合成技术已经发展得比较成熟，这种技术产生的相关产品有立体画、变异画、变形画、动画等。将几幅视差图像抽样后沿水平方向交错排列，合成一幅新的图像，与垂直光栅粘合形成立体画；将两、三幅变异图像，或者序列变形图像，或者序列动画图像抽样后沿垂直方向交错排列，合成新图像，与水平光栅粘合形成变异、变形或动画。在立体合成技术的应用中，光栅板可分为狭缝光栅板和柱镜光栅板，光栅的粘合方向是非常重要的，垂直光栅的作用是让人的左右眼分别看到不同的图像，适合制作立体画；水平光栅的作用是让人的左右眼看到相同的图像，当画面相对于人眼翻转时，双眼同时看到变化了的图像，适合制作变异、变形及动画。如果用垂直光栅设计变异、变形、动画，由于双眼同时看到的是不同且无视差关系的图像，将产生重影及眼晕感。
在立体画领域出现的所谓“4D”技术，就是将动画序列图像融合在立体视差图像之中，抽样合成为立体画，当观察者头部左右移动时，可以看到活动的立体画面，但由于使用的是垂直光栅，动画画面会产生较强烈的重影及眼晕。
中国专利98100939.5描述了一种动态立体画装置，该装置是在立体画的动态区域布置水平光栅，与在其后运动的光栅片一起产生莫尔条纹，通过莫尔条纹的光影变化产生动感。这种装置适合表现瀑布飞泻、流水、云彩等自然景物的运动，就其实质来说，画面中不包含动画，动感是由于静止画面与光影变幻相互叠加模拟出来的。中国专利99211778.X描述了一种立体动画装置，是由数十幅已经合成的立体画，经过再次抽样合成动画，其中包含了几百甚至几千幅单幅图像。这是一种真正的立体动画，其中涉及到双层正交光栅，结构较复杂、设计制作难度大。
本实用新型的目的在于，通过改进“4D”技术，提供一种结构较简单、观看时无眼晕感的活动立体画。
活动立体画主要由狭缝图(1)和它后面的抽样图(2)组成，中间用透明平板(3)隔开，背后用光源(4)照明。根据画面的展示内容将抽样图(2)划分为立体区(5)和动画区(6)，各区域并不要求连成一片。在立体区(5)，多幅视差图象沿水平方向交替抽样排列合成立体图象；在动画区(6)，序列活动图象沿垂直方向交替抽样排列合成动画图象。与抽样图(2)相对应，狭缝图也划分为立体光栅区(7)和动画光栅区(8)，立体光栅区(7)狭缝光栅的栅线方向为垂直方向，动画光栅区(8)狭缝光栅的栅线方向为水平方向。狭缝光栅的作用在于遮挡或透射抽样细条，立体区(5)的视差图像分别进入人的左右眼，形成立体图像，当人的视线与垂直光栅线的夹角发生变化时，动画区(6)的序列图像依次出现，形成活动画面。
下面结合图示说明活动立体画的结构和制作方法。
图1是活动立体画结构示意图，包括狭缝图(1)、透明平板(3)、抽样图(2)以及照明光源(4)，还可以附加运动机构(9)，透明平板(3)可以采用有机玻璃板，光源(4)可以是壁灯、灯箱等。
图2是狭缝图(1)示意图，包括立体光栅区(7)和动画光栅区(8)，光栅的周期与光栅的缝宽(透光部分的宽度)比例称为节距缝宽比，其数值与合成图象的数量大致相同。立体光栅区(7)和动画光栅区(8)的划分与抽样图(2)中立体区(5)和动画区(6)的划分一一对应。
图3是抽样图(2)示意图，包括立体区(5)和动画区(6)，二者主要根据画面要表现的主题来划分。抽样图(2)的设计方法在后面的段落里有详细的叙述。
图4是活动立体画的几种安装方法或展示形式。图4a为垂直安装法，主要安装在自动扶梯的周边，当观察者上下移动时看到活动立体画；也可以安装在高于或低于人眼的位置，观察者前后移动时可看到活动立体画。图4b为水平安装法，主要安装在通道或展厅的地板上，观察者前后移动时可看到活动立体画。图4c为倾斜安装法，主要安装在与人眼高度大致相等的位置，观察者前后移动时可看到活动立体画。图4d是灯箱微转法示意图，灯箱可为单画面或双画面，在垂直位置附近沿水平轴线小角度来回旋转，观察者不需移动即可看到活动立体画。图4e是灯箱旋转法示意图，灯箱可为三画面、四画面，甚至更多画面，沿水平轴线旋转，观察者不需移动即可看到活动立体画。图4f是光栅移动法示意图，在这种结构中，狭缝图(1)用正交的柱镜光栅(10)和狭缝光栅(11)叠合替代，狭缝光栅栅线水平放置，当狭缝光栅上下运动时，观察者不需移动即可看到活动立体画。
下面的段落重点说明抽样图和狭缝图的数码设计与合成方法。
首先，根据要表现的主题内容勾画出立体区(5)和动画区(6)，并分别为立体区(5)和动画区(6)准备素材，包括视差图象和序列活动图象，依据设计要求对素材进行裁剪。视差图象由立体摄影获得，也可以通过3D软件制作出三维模型，敷贴材质、布置光源后，多次平移摄像机进行渲染，生成视差图象。序列活动图象可由摄像机、摄影机、照相机连续拍摄，也可通过截取电影、电视、VCD等片断得到，在观看活动立体画时，其动画(6)部分的主观深度为零，即画面呈现在狭缝图的位置。
第二，由序列视差图象合成立体抽样图。立体抽样图的合成方式主要分为数字图象的象素合成和底片放大狭缝遮挡合成。数字图象的象素合成方法见专利申请98119363.3，用数字方法将序列视差图象的每一列象素抽样后在水平方向重新排列成立体抽样图，立体抽样图与垂直光栅匹配即形成立体画。除数字合成方法外，其它合成方法也可用来制作立体抽样图，再通过图象扫描变成数字图象。利用图象处理软件如PHOTOSHOP等，将立体抽样图填充到立体区(5)中，将落入动画区(6)的图象擦除干净。
第三，由序列活动图象合成动画抽样图。动画抽样图的合成方式与立体抽样图合成基本相似，不同之处在于抽样方向，用数字方法将序列活动图象的每一行象素抽样后在垂直方向重新排列成动画抽样图，动画抽样图与水平光栅匹配即形成活动画。利用图象处理软件，将动画抽样图填充到动画区(6)中，将落入立体区(5)的图象擦除干净。
第四，将立体抽样图与动画抽样图合并成抽样图(2)，使立体区(5)画面由立体抽样图组成，动画区(6)画面由动画抽样图组成，抽样图(2)采用激光数码图象等高质量设备输出。
第五，分别设计垂直光栅和水平光栅的数字图象，如果象素值用一个字节表示，则0表示遮光部分，255表示透光部分。水平光栅、垂直光栅的节距缝宽比相等，才能保证画面亮度均匀，二者的节距还必须与立体抽样图和动画抽样图匹配，匹配要求可参见专利申请98119363.3。光栅图的幅面大小与抽样图(2)一致，将垂直光栅图象填充到立体区(5)中，将水平光栅图象填充到动画区(6)中，多余部分擦除干净，形成狭缝图(1)，数字狭缝图可采用激光照排输出。
狭缝图(1)节距、缝宽、抽样图(2)样条宽度、透明平板(3)的厚度及折射率、观察距离等参数必须满足设计要求，三者之间才能完好匹配。匹配好的狭缝图、透明平板、抽样图粘接固定后，安装在按照图4要求布置的灯箱上。
计算表明，在最佳观看距离处看，立体画的视场角小于40°时，抽样图的样条宽度满足均匀性要求。设P为光栅节距，F为缝宽，N为视差图幅数，T、n分别为透明平板厚度、折射率，H为最佳观看距离，P’为抽样图节距，P’/N为样条宽度，各参数之间由下列条件制约P/H≤3×10-4眼睛的分辨率要求，在观察距离处看不到狭缝，此条件可以放宽。
F≤P/N 合成幅数越多，缝宽越小，要求背后照明越亮。
P’/P＝1+T/(H×n)这是狭缝图和抽样图的匹配要求。
H＝65×N×T/(n×P’)平板厚度、样条宽度和最佳观看距离应满足的要求，该公式不是必须满足的，实际上观看距离H有很大范围。
按各参数之间的制约关系，一个最佳设计的例子是P＝0.6毫米，F＝0.1毫米，N＝5，T＝5.7毫米，n＝1.53，H＝2014毫米，P’＝0.6011毫米。
狭缝图和抽样图的匹配安装是活动立体画制作过程中关键的环节，一些机械和热变形容易引起安装上的困难，狭缝图、透明平板、抽样图之间必须保证很高的平行度。为了安装方便，可在抽样图(2)的左右边界上设置垂直线条作为对位标记。通过对位观察和调节，让左右对位线与垂直光栅平行，然后胶合固定好。
灯箱广告、居室装饰、橱窗展示等对高质量立体画有大量的需求，目前狭缝光栅立体画主要适合展示静止画面，而采用“4D”技术的立体画虽是活动的，但有较强的眼晕感和重影。本实用新型提供的活动立体画优点在于图象清晰、结构简单，且观察较为舒适，可以作为展示品出现在居室、橱窗、展厅及灯箱广告中。
本实用新型的难点在于主题画面的构图上，下面结合具体画面来描述活动立体画的设计及制作过程，但专利的保护范围不局限于下面的具体案例。
实施案例一采用数码像机，通过平移像机法，拍摄一组花卉，拍摄背景在上下方向为渐变色，获取10幅视差图象，输入计算机，将图片上花卉的实体及部分背景设置为立体区(5)，剩余渐变部分设置为动画区(6)，可以采用与专利申请98119363.3相配套的立体画合成软件，将10幅序列视差图象按照立体抽样方式合成为立体画。从VCD上选取10幅蝴蝶飞舞的序列图象，利用Adobe公司的Photoshop软件将蝴蝶从周围背景之中抠出来，用蓝色背景填充蝴蝶周边的空白区，按照动画抽样方式合成后，去除蓝背景，将蝴蝶的抽样合成图以图层方式填充到动画区(6)中，设计好的抽样图(2)采用激光数码设备输出。由于动画区保留了先前的渐变背景，立体区与动画区之间并没有生硬的拼接痕迹，整个画面的立体感没有因为动画的加入而受到破坏。根据立体区(5)和动画区(6)的划分，将与之匹配的垂直光栅填充到立体区，水平光栅填充到动画区，形成狭缝图(1)，用激光照排机输出。狭缝图(1)、透明平板(3)、抽样图(2)以及照明光源(4)按照
图1的位置关系装配，形成活动立体画。
实施案例二除在主题选取上与案例一有所不同，其它制作过程与案例一相同。在获取的多幅序列视差图象之中，有大块的平面或近似平面的物体，该平面正对观察者，如电视、电脑屏幕，墙壁、飞泻直下的瀑布等等，通过调整视差图象的对位点，使这些平面的视差接近于零，立体抽样合成后这些平面正处于狭缝图(1)所在空间的位置，将这些平面的轮廓勾画出来，设定为动画区(6)，其余位置为立体区(5)。把动画素材抽样合成后，填充到动画区(6)，即可获得屏幕动画或瀑布飞泻等效果。
实施案例三对于上述实施案例，狭缝图(1)可以用完整的柱镜光栅板(10)和狭缝光栅板(11)正交搭配来替代。例如将垂直光栅柱镜板与抽样图(2)粘合在一起，水平光栅狭缝板紧贴在柱镜板的前方。该方案最大的优点是，当狭缝光栅(11)上下移动时，人眼的位置不需移动即可看到活动立体画。
本实用新型是狭缝光栅立体画的改进，其实质是将立体与动画分别设计后，有机融合在同一场景之中，使立体与动画部分的光栅方向分开。光栅图和抽样图主要依靠数码设计获得，针对每种不同画面，光栅图均属个性化设计，因此单独采用柱镜光栅无法完成这种活动立体画的制作。一般来说，立体画行业的人士，均制作过立体画和动画卡片，理解和实施本实用新型不是难事，能否设计出高质量活动立体画，关键要看立体部分与动画部分裁剪搭配得是否恰当。
权利要求1.无眼晕活动立体画，由光栅和它后面的抽样图组成，背后用光源照明，其特征在于，抽样图划分为立体区和动画区，立体区抽样图由视差图象沿水平方向交替抽样排列而成，动画区抽样图由序列活动图象沿垂直方向交替抽样排列而成。
2.如权利要求1所述的活动立体画，其特征还在于，光栅是由狭缝图构成的，狭缝图划分为立体光栅区和动画光栅区，立体光栅区栅线为垂直方向，动画光栅区栅线为水平方向。
3.如权利要求1所述的活动立体画，其特征还在于，光栅由柱镜光栅和狭缝光栅正交贴放构成，柱镜光栅栅线垂直置放，与抽样图粘合在一起，狭缝光栅栅线水平放置。
4.如权利要求3所述的活动立体画，其特征还在于，狭缝光栅可上下移动。
5.如权利要求1所述的活动立体画，其特征还在于，活动立体画可在垂直位置附近沿水平轴线小角度来回旋转。
6.如权利要求1所述的活动立体画，其特征还在于，动画区抽样图的背景上每点的颜色值在水平方向具有相似性。
专利摘要本实用新型提供了一种无眼晕活动立体画，活动立体画由狭缝图(1)和它后面的抽样图(2)组成，中间用透明平板(3)隔开，背后用光源(4)照明。抽样图(2)根据画面的展示内容划分为立体区(5)和动画区(6)，在立体区(5)，视差图象沿水平方向交替抽样排列合成立体图象；在动画区(6)，序列活动图象沿垂直方向交替抽样排列合成动画图象。狭缝图(1)也划分为立体光栅区(7)和动画光栅区(8)，立体光栅区(7)栅线为垂直方向，动画光栅区(8)栅线为水平方向。这种活动立体画可以消除动画部分的重影和眼晕感。
文档编号B44D2/00GK2527466SQ01229679
公开日2002年12月25日 申请日期2001年7月4日 优先权日2001年7月4日
发明者邓兴峰 申请人:邓兴峰