基于二维旋转屏的体三维显示系统像素属性分析

介绍了利用视觉暂留效应、高速扫描处于快速旋转中的二维显示屏 ,从而在三维实空间内再现图像的体三维显示系统 体像素是与三维图像空间内的点对应的图像信息的表述单元 ,其形状、位置、数目及密度分布等属性 ,直接影响图像的再现质量和系统的整体性能 对决定体像素属性的屏幕像素尺寸、排列规律及刷新率间的匹配关系进行了建模和量化分析 ,并从实验上说明了体像素的空间密度分布不均匀时 。

基于数字微镜的旋转体三维显示装置研究

体三维显示是实现真正三维立体图像显示的新技术。首次提出了一种基于数字微镜的旋转体三维显示方案,利用人眼视觉暂留的特性,设计完成了一套空间三维显示装置,通过数字微镜设备快速投影一系列连续的二维图像序列,由旋转运动的成像靶屏截获图像流信息,形成了具有空间真实体积的三维立体图像。简要介绍了系统的显示原理及组成,重点阐述显示装置的设计,详细研究了数字微镜的接口能力以及对系统显示性能的影响,实验证明与基于矢量扫描振镜方式相比,基于数字微镜的三维显示装置已完全具备了在真实空间实现复杂三维图像显示的能力,并通过对成像结果的分析给出了进一步提高改进的相应措施。

基于3DS MAX信息源的体三维显示技术

为了在真实的体积空间内重建三维图像,利用高速旋转的发光二极管(LED)面阵列作为显示媒介,以PIC单片机为核心组成控制电路建立了体三维显示系统.采用数字图像处理方法从3DS MAX软件的三维模型中获取离散的特征点信息,以光电触发器提供的外部中断信号为同步信号,单片机向数据存储器和LED专用驱动芯片提供控制信号和工作时序,驱动LED发光,逐行显示获得的二维图像序列.由于人眼的视觉暂留特性,快速显示的二维图像序列被感知为一幅连续的三维图像.再现的三维图像无需辅助设备就可在0°～360°内任意观察,并真实地体现了源图像的三维特性.

360度可环视全屏体三维显示系统

研究了一种全屏体三维显示系统。以数字微镜器件(DMD)作为空间光调制器(SLM),将三维模型的螺旋切片序列投射到高速旋转的螺旋屏上,由于视觉暂留效应,切片序列便被人眼感知为360度可环视的三维立体图像。重点分析了基于全屏的成像空间的性能,研究了基于增强型体心立方(EBCC)采样算法的体素化策略。实验结果表明,增强型BCC采样算法较基于笛卡尔栅格的采样算法减少了30%的体素量,同时避免了体素模型出现空洞;基于全屏的体三维空间超过原来半屏体三维显示系统的4倍,生成的图像亮度均匀;在400mm×300mm×250mm的长方体形成像空间内显示的立体图像,可从360°范围内任意视点裸眼观看。

基于数字微镜器件和旋转螺旋屏的体三维显示系统

研究了一种新型体三维显示系统。利用数字微镜设备(DMD)作为高速空间光调制器(SLM),将三维物体的面片模型经过体素化而获得的螺旋切片序列投射到旋转螺旋屏上,基于视觉暂留效应,按时序高速变化的切片序列被人眼感知为具有真实物理深度的三维图像。重点阐述了基于旋转螺旋屏的成像空间构成方法,分析了基于体立方(BCC)采样策略的体素化方法,设计了针对二值切片图像的DMD控制算法。实验结果表明,BCC采样策略减少了40%以上的体显示数据,DMD的高速响应能力使得原理样机较基于振镜的设计更具显示复杂物体的能力,在500mm×250mm的半圆柱形成像空间内显示的三维图像可以选择任意视点直接观看。

体三维显示系统中静态成像技术的死区研究

目前主要影响体三维成像质量的因素之一是死区,为此,基于体三维静态成像机理,针对国内现有体三维静态成像系统中存在的各种死区问题,如视觉死区、体素重叠死区、体素变形死区等,分析了各种死区成因,并相应给出了一些削弱死区影响的解决措施,如采用一体化背面投影光路结构设计、旋转螺旋屏成像的方式等,以便获得高清晰图像。最后在研究结果的理论支持下,构建了一种体三维显示系统。实验结果表明,该系统可以很好的削弱死区影响,获得高质量成像效果。

面向体三维显示器的图形算法设计

针对一种基于旋转双螺旋屏幕逐层扫描技术的体三维显示系统,设计并实现了一套支持真实空间三维显示的图形算法体系。算法核心主要包括立体图元的体素化,切片图像渲染和投影同步控制等3个环节。图形系统通过离散三维网格模型获取体三维显示需要的体数据,并根据螺旋屏幕的几何特征将物体的体数据集渲染成切片图像序列发送至高速投影单元,在保持投影与屏幕旋转同步的情况下,快速变换的投影图像基于视觉暂留融合成具有真实物理深度的三维影像。算法在体三维显示器样机上进行了验证,显示的三维影像占据真实物理空间,具备全方向观察角度,围绕显示器可直接观察到立体图像各个不同侧面,如同观察真实物体一样。

基于动态手势控制的交互式体三维显示

研究了动态手势的跟踪和识别算法,实现了基于动态手势控制的交互式体三维显示。体三维显示可在真实的三维空间中呈现具有物理深度的三维图像,并且所显示图像可从360°范围内任意角度裸眼观看。采用基于视觉的动态手势控制,可从围绕显示系统的任意视角实现交互式体三维显示。首先从相邻帧帧差图像中检测特定的静态手势获得初始跟踪区域,并针对此区域建立手部肤色的分布模型。然后通过光流法更新跟踪区域内KLT特征点的位置,并按特征点群算法结合手部肤色的分布模型对特征点的位置进行修正。对于跟踪获得的动态手势轨迹,经过坐标变换并按八方向Freeman链码进行量化编码,获得手势观测序列。最后利用经过训练建立的手势隐马尔科夫模型库,实现动态手势的识别。将动态手势控制应用到交互式体三维显示并进行了实验。实验结果表明,手势跟踪和识别算法准确而快速,对不同手势的平均识别正确率超过93%,平均响应时间小于40ms,能从任意视角较好地实现交互式体三维显示。

突泉盆地磁性体重力场剥离的方法技术及岩体三维显示

各地层中赋存的岩体可能形成局部重力异常,对重力资料的密度界面反演计算可靠性产生影响,所以在进行反演计算之前去除岩体引起的异常影响,可增强密度界面反演的可靠性。笔者以突泉盆地重磁异常资料为基础,通过重磁异常特征分析,切取多条剖面进行2.5D正反演计算,进而对磁性岩体形成的重力场进行剥离,增加了重力场密度界面反演计算的可靠性;同时构建岩体的三维地质模型,清晰反映岩体的空间分布,为对目标地质体进行三维地质填图方法做了初步探索。

体三维显示系统的插值和扫描线段映射法

介绍了基于旋转二维发光二极管(LED)阵列的体三维显示系统的数据处理方法.原始三维数据以网格数据形式存储在3DS文件中,采用切割算法实现数据集从笛卡儿坐标系到显示空间的柱坐标系的转化.对切割所得的线段设计了插值映射法和扫描映射法,以完成体素化过程.插值映射法将LED视为理想点光源,扫描映射法则考虑了LED的尺寸.分别用这两种方法对多个实际三维模型进行处理,通过再现处理后的数据结果以及计算体素点的平均位置偏离程度等方法比较它们的优劣.实际表明扫描映射法因为更贴近系统的硬件特点,而产生的体素点位置偏差小、冗余体素点少,处理结果更好.

彩色体三维显示系统中的体素绘制与仿真处理

采用小尺寸、高亮度、全彩色发光二极管(LED)作为体像素建立彩色体三维显示系统,可提供Φ850mm×640mm的柱状显示空间,屏幕分辨率为320×256,体素总数最多可达2亿.为了更好地分析系统的性能及显示效果,建立了相应的数据处理及仿真软件.利用3DSMAX生成具有表面纹理的三维模型,3ds文件及BMP文件作为软件数据源.原始数据被体素化后获得体素点的颜色信息,经换算后可转化为LED驱动电路的电信号用于实际显示.同时运用OpenGL实现体素数据的仿真,仿真结果表明:在系统的硬件水平下对不同彩色模型均可达到较好的显示效果.对相同模型进行体素化处理,其结果表明:提高显示屏的分辨率可明显改善显示质量;在一定的二维截面数范围之内,提高二维截面数可提高显示质量.

关于立体视觉与真三维立体显示技术

真三维立体显示技术是近年来新兴的三维显示技术,文章从人的视觉生理学角度介绍立体显示的相关原理,阐述真三维立体显示的相关概念。然后将目前的立体显示器进行分类,着重介绍目前现有的真三维立体显示以及其最新的技术发展情况。最后,通过比较这几种最新技术的优劣和应用领域,展望了自主开发真三维显示技术的可能性。

彩色体三维显示系统上基于GPU的实时均匀体素化算法

为了使基于旋转屏的彩色体三维显示设备在显示动态场景时实时且高分辨率、高质量地实现圆柱体空间彩色体素化,提出了一种基于GPU的算法.首先在长方体空间内完成对三维场景的实时彩色体素化,将生成的数据保存于多张纹理工作表中;然后采取多对多映射的方法对这些工作表进行重采样,得到该场景在圆柱体空间内均匀的彩色体素化结果.实验结果表明,该算法在GPU内完成,达到了实时性要求,并在基于LED旋转屏的体三维显示设备上获得了令人满意的三维虚拟场景再现效果.

体三维显示中屏幕机械运动误差对显示的影响

研究屏幕的机械运动误差对基于发光二极管(LED)旋转屏体三维显示的影响,主要分析屏幕附加轴向窜动和摆动这2种系统的主要机械误差对显示效果的影响.通过理论研究及数值模拟,给出运动误差幅度与三维显示效果的关系,得出要保证竖直和水平分辨率不下降的情况下的最大窜动和摆动误差,提出简单的适用于体三维显示系统的机械容差计算方法.研究表明,窜动影响体三维竖直分辨率,摆动影响水平分辨率.

三维点云重构和体显示在医学辅助诊断中的应用

为了利用CT、核磁共振成像(MRI)等医学图像确定病变部位的大小、形状与周围组织的空间关系,本文提出一套完整的数据源获取、点云压缩、旋转和显示的方案。以CT、MRI医学图像为数据源,运用Mimics软件对人体组织MRI图像进行分割以及三维重建。针对数据量的大问题,提出基于八叉树均匀化的压缩算法;为了医生多视角观察模型周围情况,提出基于柱坐标系的旋转算法,在点云库中实现上述算法。最后模型在体扫描显示屏上显示,辅助医生准确确定病变部位的情况,为手术规划提供一种模拟平台。

基于FPGA的LED体三维显示方案研究

基于人眼视觉暂留特性及LED的高速发光特性,设计了一套LED体三维显示系统。首先利用Matlab生成三维数据,通过红外模块传输到显示驱动电路;其次快速旋转LED阵列,由角度编码器获取旋转角度值,并根据角度值计算对应的二维截面图形;最后通过调制LED的发光与消隐实现相应的显示。该系统基于24×16二维LED阵列,具有69 120个体像素,实现了空间尺寸为φ94.4 mm×66.8 mm的稳定柱体内三维显示。

体三维显示技术中的空间坐标转换方法研究

体三维显示技术是一种在空间中显示立体图像的技术。简要介绍了这种技术,并针对其中的空间坐标转换方法问题进行了研讨。通过对实际问题进行近似与归纳,得出了相应的几何光学问题;然后对其进行了详细求解,并设计了实验测量的相关参数;最后,根据该求解设计了相关算法并开展了实验。结果表明,该算法的正确性和有效性均得到了验证。

变焦纳米液晶透镜的体三维立体显示器的初步研究

三维(3D)立体显示技术已成为当今一个引人注目的前沿科技领域。本文提出研制基于电动变焦纳米液晶透镜的3D立体显示器。该变焦透镜具有50Hz的高速响应,以达到无闪烁的显示。梯度折射率纳米聚合物分散液晶透镜通过紫外掩模制作,具有透明性好,响应速度快的优点。采用快速阴极射线管作为二维显示器。该体3D立体显示器是一个全新的3D立体显示方案,该显示器的实验工作正在进行中。

基于ADMAS的LED体三维显示系统的动力学分析

在LED体三维显示系统中,体素是由LED屏在旋转过程中瞬时发光形成的,屏幕旋转的位置和屏幕像素点的位置决定了体素的位置属性,但在实现运行情况下,因为机械系统的精度问题和振动问题,很难能保证屏幕在理想的状态下旋转。运用ADMAS对LED体三维显示系统进行仿真分析研究,分析了不同的机械结构的LED体三维显示系统工作时产生的振动及其对显示效果的影响。

LED体三维显示BCC采样体素化

在LED立方体三维显示中,为了减少体素量和提高精度,采用BCC栅格采样方法。以"牛"模型进行实验,对比笛卡尔采样,BCC采样在采样点数量相等的前提下体素量减少27.6%;将BCC栅格的采样点数量降低到笛卡尔栅格采样点数量的70%后,BCC采样得到的体素模型实际体素量要比笛卡尔采样得到的体素量减少43.4%。