基于空间逐层扫描的真三维立体显示系统及其显示方法 .pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN102055996A

(43)申请公布日2011.05.11

(21)申请号CN201010521329.4

(22)申请日2011.02.23

(71)申请人南京航空航天大学

地址210016江苏省南京市御道街29号

(72)发明人邢建芳赵晓庚岳健潘文平王冬翠耿征张赵行龚华军沈春林

(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司

代理人许方

(51)Int.CI

H04N13/00

H04N5/74

H04N9/31

G06T17/00

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称

基于空间逐层扫描的真三维立体显

示系统及其显示方法

(57)摘要

本发明公布了一种基于空间逐层扫

描的真三维立体显示系统及其显示方法，

属于虚拟现实的立体显示技术。系统由控

制主机，光学投影及其控制单元，双螺旋

扫描屏幕和运动伺服单元构成。显示方法

包括三维光栅化、切片图像渲染和光学投

影显示，三维光栅化是利用规则采样栅格

将物体离散成体素集合；切片渲染是确定

体素与某一时刻扫描屏幕的隶属关系；在

光学投影显示阶段，由旋转屏幕逐层扫描

出一个立体空间，采用高速数字投影设备

将三维场景离散后的二维切片图像依次投

影到旋转屏幕上，基于视觉暂留效应，高

速变换的切片图像被人眼融合并感知为连

续完整的三维影像。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1.一种基于空间逐层扫描的真三维立体显示系统，其特征在于包括数据采集装置、

控制主机、DMD（DigitalMicro-mirrorDevice，数字微镜设备）引擎、光学投影装

置、旋转螺旋面和伺服系统，其中数据采集装置的输出端依次串接控制主机、

DMD引擎、光学投影装置后接旋转螺旋面的图像输入端，旋转螺旋面的的位置信

号输出端接伺服系统的反馈输入端，伺服系统的驱动信号输出端接旋转螺旋面的速

度信号输入端，伺服系统的反馈输出端接数据采集装置的输入端。

2.权利要求1所述的基于空间逐层扫描的真三维立体显示系统，其特征在于所述伺

服系统由反馈元件串接驱动电机构成。

3.一种如权利要求1所述的基于空间逐层扫描的真三维立体显示系统的显示方法，

其特征在于包括以下工作步骤：

1）模型的三维光栅化：利用规则采样栅格将物体离散成体素集合；

2）切片图像渲染：确定体素与某一时刻扫描屏幕的隶属关系并渲染该时刻投影所

需要的切片图像；

3）光学投影显示：由旋转屏幕逐层扫描出一个立体空间，采用数字投影设备将三

维场景离散后的二维切片图像依次投影到旋转屏幕上，连续变换的一系列切片图像

被人眼融合并感知为三维影像。

4.根据权利要求3所述的基于空间逐层扫描的真三维立体显示系统的显示方法，其

特征在于所述模型的三维光栅化方法包括：

（1）体素阵列的初始化

设置体素空间的分辨率为n×n×n，其中n为在三个正交方向上的体素数目；体素空

间是一个归一化的正立方体空间，其范围为Ix/I、Iy/I、Iz/I??[-0.5，

0.5]，其中Ix/I、Iy/I、Iz/I是笛卡尔坐标系中的三个坐标轴，坐标原

点位于体素空间的中心位置；体素中心为采样栅格点，体素空间初始化完毕之后，

读取外部网格模型并将读取的模型并映射到体素空间内；

（2）三维光栅化

三维光栅化对步骤（1）所述缩放到体素空间内的三维网格模型的表面进行二值体

素化操作，每个体素只有一个数据值，被映射到集合{0，1}上。

5.根据权利要求3所述的基于空间逐层扫描的真三维立体显示系统的显示方法，其

特征在于所述切片图像渲染方法如下：

把离散好的体素模型转换成为IN/I个沿Iz/I轴的两维投影，其中Iz/I

轴为屏幕的转轴，方向竖直向上，I