一种固态体积式真三维深度抗锯齿算法
【专利摘要】本发明公开了一种固态体积式真三维深度抗锯齿算法，对于深度位于两层相邻的显示体之间的待显示体素，按照算法将其分解为三个或四个分量体素，分别分布在三个或四个相邻的显示体上，增加了分量体素的数量，每一待显示体素的RGB亮度在在更多相关显示体上得到分解，各个分量体素的RGB亮度值与显示体的距离成线性反比关系，且RGB亮度值之和等于待显示体素RGB亮度值的两倍。增大了三维图像在深度连续条件下的偏轴观察角。每一待显示体素分解的分量体素的RGB亮度值之和现有技术相比提高了一倍，有效提升了显示亮度。
【专利说明】一种固态体积式真三维深度抗锯齿算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及固态体积式真三维立体显示技术，尤其涉及一种固态体积式真三维深 度抗锯齿算法。
【背景技术】
[0002] 固态体积式真三维显示是将一组三维物体的切片图像序列通过高速投影装置依 次顺序投影到对应深度的一组层叠显示体上，通过层叠显示体在透明和散射两种状态下的 高速切换从而在三维空间产生具有真实物理深度的立体图像。
[0003] 三维物体的切片图像序列如果不经过处理，直接显示在对应深度的显示体上，虽 然可以生成立体图像，但是只要偏轴观察角稍大，立体图像观看起来就像一组二维图像的 堆叠，而不是一个连续的三维物体。因此，三维物体的切片图像序列在深度方向上必须经过 一定的算法处理，消除或减弱这种视觉缺陷。目前固态体积式真三维中所采用的深度抗锯 齿算法仅有美国Lightspace公司开发的DepthCube真三维显示系统中所采用了一种叫做 多层抗锅齿（multiplanaranti-aliasing)的技术。对于具有N层（编号为第0层至第N-1 层）显示体、显示空间的三维分辨率为XXYX (DX (N-l)) (D为任意两层显示体之间的深度 分辨率）的固态体积式真三维显示系统，多层抗锯齿技术是将深度位于第L(0 = L = N-2) 层与第L+1层显示体之间的、三维坐标为（x，y，DXL+d) (0兰x < X，0兰y < Y，0兰d < D)、RGB亮度值为B的待显示体素 P，在显示时用位于第L层，第L+1层这连续2层显示体 上三维坐标分别为（x，y，DXL)、（x，y，DX (L+1))的2个分量体素 P1，P2等效替代，且P1、 P2的RGB亮度值BP1、BP2分别为： BP1=BX (1-d/D) Bp2=BX (d/D) 多层抗锯齿技术是利用人眼的立体视觉特性：观察者接收到某物体发射或反射的光线 数量与观察者与物体的距离成反比，即人们常认为较亮的物体距离更近。在多层抗锯齿技 术的处理中，深度位于2层显示体之间的待显示体素的RGB亮度值被分解为2个分量体素， 在实际显示时用位于此两层显示体上的分量体素取代。通过分量体素显示时的合成效果， 观察者可以感受到待显示体素原有的深度和亮度信息。
[0004] 通过采用多层抗锯齿技术，在较大的偏轴观察角下，成像的三维物体在深度方向 的过度比较平滑而连续。但是，这仅限于三维物体在平面方向有较大的连续形状的情况。 如果三维物体在平面方向的连续形状的较小，偏轴观察角稍大时深度方向又会产生不连续 感，多层抗锯齿技术不再起作用。
[0005] 此外，多层抗锯齿技术中分量体素的RGB亮度值之和为待显示体素的RGB亮度值 B。而固态体积式真三维显示的一个难题是显示图像的亮度在深度方面被分散，相比平面显 示三维图像亮度要低很多。如何提高显示亮度一直是一个技术瓶颈。
【发明内容】
[0006] 本发明目的是提供一种固态体积式真三维深度抗锯齿算法，以解决现有深度抗锯 齿算法在显示平面方向连续形状较小的三维物体时，偏轴观察角稍大就会在深度方向又会 产生不连续感的问题，同时可以有效提高真三维成像亮度。
[0007] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为： 一种固态体积式真三维深度抗锯齿算法，所述固态体积式真三维显示系统具有N层 (编号为第〇层至第N-1层）显示体、其三维分辨率为XXYX (DX (N-l)) (D为任意两层显 示体之间的深度分辨率）；其特征在于：所述的抗锯齿算法将固态体积式真三维显示系统 中深度位于任意两层相邻显示体之间的待显示体素，分解为分别分布在3个(或4个）相邻 显示体上的3个(或4个）分量体素，具体如下： (1) 、对于深度位于第〇层与第1层显示体之间、三维坐标为（x，y，d)(0 f X < X，〇 = y < Y，〇 = d < D)、RGB亮度值为B的待显示体素 P，在显示时用3个分量体素 Pl，P2, P3等效替代，所述的3个分量体素 Pl，P2, P3分别位于第0层，第1层，第2层 连续3层显示体上，三维坐标分别为（x，y，0)、（x，y，D)、（x，y，2D)的，RGB亮度值分别为 B X (1/2+3 X (D-d)/2D), B X (d/D), B X (d/2D)； (2) 、对于深度位于第M(1 f M f N-3)层与第M+l层显示体之间、三维坐标为 (叉，7,0父皿+(1)(0兰叉<父，0兰 7<￥，0兰（1<0)、1?8亮度值为8的待显示体素？，则 显示时用4个分量体素 Pl，P2, P3, P4等效替代，所述的4个分量体素 Pl，P2, P3, P4分 别位于第M-1层，第Μ层，第M+1层，第M+2层连续4层显示体上，三维坐标分别为 (x，y，DX(M-l))、（x，y，DXM)、（x，y，DX(M+1))、（x，y，DX(M+2))，RGB 亮度值分别为 B X (1-(d+D) /3D)，B X (1-d/D)，B X (d/D)，B X ((d+D)/3D); (3) 对于深度位于第N-2层与第N-l层显示体之间、三维坐标为（x，y，DX (N-2)+d) (〇兰x < X，〇兰y < Y，〇兰d < D)、RGB亮度值为B的待显示体素 P，在显示时用3个分量体 素 P1，P2，P3等效替代，所述的3个分量体素 P1，P2，P3分别位于第N-3层，第N-2层，第N-1 层连续3层显示体上，三维坐标分别为（x，y，DX (N-3))、（x，y，DX (N-2))、（x，y，DX (N-1)) 的，RGB 亮度值分别为 B X ((D-d) /2D)，B X ((D-d) /D)，B X (2-3 X (D-d) /2D)。
[0008] 上述的待显示体素是指从图形源传输到固态真三维显示系统，等待显示的体素， 其数据包含了 RGB亮度值和三维坐标两部分。
[0009] 上述的分量体素是指由待显示体素进行RGB亮度值分解而产生的，位于显示体上 能够实际显示的体素。
[0010] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于： 1、将每一待显示体素在更多相关显示体上进行RGB亮度值分解，增加了分量体素的数 量，增大了三维图像在深度连续条件下的偏轴观察角。
[0011] 2、每一待显示体素分解的分量体素的RGB亮度值之和现有技术相比提高了一倍， 有效提升了显不壳度。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是本发明中固态体积式真三维显示系统显示空间三维坐标示意图； 图2是本发明中一个显示体的三维图像的三视图； 图3是使用现有技术多层抗锯齿算法时的分量体素分布示意图； 图4是使用本发明的深度抗锯齿算法时的分量体素分布示意图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合实施例和附图对本发明进行进一步详细说明。
[0014] 本实施例中固态体积式真三维显示系统具有20层显示体（编号为第0层至第19 层），即N=20。显示空间三维分辨率为1024X768X608,任意2层显示体之间深度分辨率 D=32。
[0015] 如图1所示，固态体积式真三维显示系统具有20层液晶光阀，显示空间三维分辨 率1024X768X608是指X方向（列方向）具有1024体素分辨率，Y方向（行方向）具有 768体素分辨率，方向（深度方向）具有608体素分辨率。编号为第i (0 = i = 19)层的显 示体，在Z轴上深度坐标为32i。
[0016] 如图2所示为固态体积式真三维显示系统一个待显示的三维图像的三视图。这个 三维图像为一个圆锥体，圆锥体底面所在Z轴上深度坐标为0,顶点所在Z轴上深度坐标为 607。
[0017] 如图3所示为使用现有多层抗锯齿算法时待显示体素在显示体上的分量体素分 布情况。可见，两层相邻的显示体之间的每个待显示体素被分解为2个分量体素，分别分布 在这两个相邻的显示体上。当观察者的偏轴观察角为α时，观看到的三维图像的分量体素 有不连续现象，图像在深度方向产生断裂感。
[0018] 如图4为使用本发明的深度抗锯齿算法时待显示体素在显示体上的分量体素分 布情况。
[0019] 对于所显示的圆锥体，深度位于第M(1 f Μ = 17)层与第Μ+1层显示体之间的、三 维坐标为（X，y，DXM+d) (0刍X < 1024, 0刍y < 768, 0刍d < 32)、RGB亮度值为B的待显 示体素 P，在显示时用位于第M-1层，第Μ层，第M+1层，第M+2层这连续4层显示体上 三维坐标分别为（x，y，32X (M-l))、（X，y，32XM)、（x，y，32X (M+l))、（x，y，32X (Μ+1))的 4 个分量体素 Pl，P2, P3, P4等效替代，且Pl，P2, P3, P4的RGB亮度值： BP1=BX (l-(d+32)/96) BP2=BX (l-d/32) BP3=BX (d/32) Bp4=BX ((d+D)/96) 深度位于第〇层与第1层显示体之间的、三维坐标为（x，y，d)、RGB亮度值为B的待显 示体素 P，在显示时用位于第0层，第1层，第2层这连续3层显示体上三维坐标分别为 (x，y，0)、（x，y，32)、（x，y，64)的 3 个分量体素 P1，P2，P3 等效替代，且 P1，P2，P3 的 RGB 亮 度值： BP1=BX (1/2+3 X (32-d)/64) Bp2=BX (d/32) Bp3=BX (d/64) 深度位于第18层与第19层显示体之间的、三维坐标为（x，y，576+d)、RGB亮度值为B 的待显示体素 P，在显示时用位于第17层，第18层，第19层这连续3层显示体上三维坐 标分别为（X，y，544)、（X，y，576)、（X，y，608)的3个分量体素 Pl，P2, P3等效替代，且P1， P2, P3的RGB亮度值： BP1=BX ((32-d)/64) BP2=BX ((32-d)/32) BP3=BX (2-3 X (32-d)/64) 可见，两层相邻的显示体之间的每个待显示体素被分解为3个或4个分量体素，分别分 布在3个或4个相邻的显示体上。当观察者的偏轴观察角为α时，观看到的三维图像的分 量体素依然连续，图像在深度方向过渡平滑。在三种情况下，分量体素的RGB亮度值之和均 为2XB，与现有技术相比所有待显示体素的亮度提高一倍；且各个分量体素的RGB亮度与 待显示体素与显示体的距离成线性反比关系，符合人眼的立体视觉特性，各个分量体素的 RGB亮度值合成结果符合待显示体素的心理深度感受。
【权利要求】
1. 一种固态体积式真三维深度抗锯齿算法，所述固态体积式真三维显示系统具有N层 (编号为第〇层至第N-1层）显示体、其三维分辨率为XXYX (DX (N-l)) (D为任意两层显 示体之间的深度分辨率）；其特征在于：所述的抗锯齿算法将固态体积式真三维显示系统 中深度位于任意两层相邻显示体之间的待显示体素，分解为分别分布在3个(或4个）相邻 显示体上的3个(或4个）分量体素，具体如下： (1) 、对于深度位于第〇层与第1层显示体之间、三维坐标为（x，y，d)(0 f X < X，〇 = y < Y，〇 = d < D)、RGB亮度值为B的待显示体素 P，在显示时用3个分量体素 Pl，P2, P3等效替代，所述的3个分量体素 Pl，P2, P3分别位于第0层，第1层，第2层 连续3层显示体上，三维坐标分别为（x，y，0)、（x，y，D)、（x，y，2D)的，RGB亮度值分别为 B X (1/2+3 X (D-d)/2D), B X (d/D), B X (d/2D)； (2) 、对于深度位于第M(1 f M f N-3)层与第M+l层显示体之间、三维坐标为 (叉，7,0父皿+(1)(0兰叉<父，0兰 7<￥，0兰（1<0)、1?8亮度值为8的待显示体素？，则 显示时用4个分量体素 Pl，P2, P3, P4等效替代，所述的4个分量体素 Pl，P2, P3, P4分 别位于第M-1层，第Μ层，第M+1层，第M+2层连续4层显示体上，三维坐标分别为 (x，y，DX (M-l))、（x，y，DXM)、（x，y，DX (M+l))、（x，y，DX (M+2))，RGB 亮度值分别为 B X (1-(d+D)/3D)，B X (1-d/D)，B X (d/D)，B X ((d+D)/3D); (3) 对于深度位于第N-2层与第N-l层显示体之间、三维坐标为（x，y，DX (N-2)+d) (〇兰x < X，〇兰y < Y，〇兰d < D)、RGB亮度值为B的待显示体素 P，在显示时用3个分量体 素 P1，P2，P3等效替代，所述的3个分量体素 P1，P2，P3分别位于第N-3层，第N-2层，第N-1 层连续3层显示体上，三维坐标分别为（x，y，DX (N-3))、（x，y，DX (N-2))、（x，y，DX (N-1)) 的，RGB 亮度值分别为 B X ((D-d) /2D)，B X ((D-d) /D)，B X (2-3 X (D-d) /2D)。
2. 根据权利1所述的一种固态体积式真三维深度抗锯齿算法，其特征在于，所述待显 示体素是指从图像源传输到固态体积式真三维显示系统，等待显示的体素，其数据包含了 三维坐标和RGB亮度值两部分。
3. 根据权利1所述的一种固态体积式真三维深度抗锯齿算法，其特征在于，所述分量 体素是指由待显示体素进行RGB亮度值分解而产生的，位于显示体上能够实际显示的体 素，其数据包含了三维坐标和RGB亮度值两部分。
【文档编号】G06T5/00GK104123754SQ201410345915
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】方勇, 张应松, 吕国强 申请人:合肥工业大学