[发明专利]基于组合屏幕的俯仰多视角悬浮式全景空间三维显示装置

说明书

技术领域

本发明属于三维显示技术领域，具体涉及基于组合屏幕的俯仰多视角的悬浮式全景空间三维显示装置。

背景技术

目前，传统的二维的平板显示及投影显示已不能满足人们对于显示技术的需求，人们需要能够将客观三维物体真实再现出来的新显示技术。

目前已推向市场相对比较成熟的3D电视和3D电影等多采用让观察者佩戴眼镜等助视工具来提供双目视差图像产生立体视觉。这种三维显示只为观察者提供了两个视角的信息，观察者在不同位置观看到的三维图像是相同的，并且不能随着位置的改变来观察三维场景的不同侧面，长时间观看观察者可能会出现头痛、恶心等反应。

空间三维显示是一种能够在一个真正具有宽度、高度和深度的真实三维空间内进行图像信息再现的技术，是近年来蓬勃兴起的一种显示技术。空间三维显示是通过适当方式来激励位于透明显示体积内的物质，利用可见辐射的产生、吸收或散射而形成体素；或者将要显示三维场景的各个侧面的图像准确地成像到相应的方位。以这样的方法形成的三维图像，就像是一个现实空间三维物体一样，在空间实现三维显示，不仅能自动满足几乎所有的生理和心理深度暗示，可多人、多角度、同时、裸眼观察，无需任何助视仪器，符合人类在视觉观察及深度感知方面的自然生理习惯。

作为空间三维显示的一种，体三维显示近些年来发展较快，并首先进入商用市场。2002年美国Actuality Systems公司研究的Perspecta^TM 3DSystem系统利用高速DLP投影机，将二维截面序列投射到一个快速旋转的散射屏上，利用视觉暂留而融合到空间三维图像。但体三维显示出的三维场景为透明的，不能实现空间消隐。

全景视场空间显示是在全空间的各个方向形成再现物体相应方位的图像，这样三维显示空间周围的观看者就可以像观看自然的三维景物一样看到具有空间遮挡关系的三维场景。近年来，国内外许多研究机构针对这一显示方式做了许多相关研究，并研制了一些原理样机。但现有技术中公开的多数样机只具有水平360°的全景视场，而在垂直方向上没有多个俯仰视角的信息。也即是说，目前的全景视场空间三维显示一般只考虑水平方向的视角信息，没有考虑垂直方向的俯仰视角。这种三维显示是在水平360°方向显示出一周与周围视点位置相对应的视场图像序列，图像经定向散射屏等显示媒介对其发光角度进行限制，来保证每一视点位置对应的图像只能在其视点位置附近的小范围内可见，通过高密度的视点分割，周围观察者的双眼就能看到相对应的不同视角图像，产生立体感。

综上，现有技术中的空间三维显示一般需要显示媒介的运动来实现对水平360°视场的空间扫描，且显示的三维场景的空间位置与显示媒介的运动区域相同或接近，造成显示的三维的场景不能进行触摸等交互操作，不能满足人们对于真实感空间三维显示的需求。

发明内容

本发明提供了一种基于组合屏幕的俯仰多视角悬浮式全景空间三维显示装置，实现了俯仰多视角的悬浮式360°视场空间三维显示，可供多人俯仰多视角、水平360°全视场裸眼同时观看，实现了空间遮挡消隐、且可探入触摸交互，从而克服现有技术的不足。

一种基于组合屏幕的俯仰多视角悬浮式全景空间三维显示装置，包括：透射组合式偏折型散射屏、高速投影机、图像控制模块、转动检测模块、电机和传动机构，所述的透射组合式偏折型散射屏和传动机构相连，通过所述的电机的转动，带动所述的透射组合式偏折型散射屏转动，所述的透射组合式偏折型散射屏的转轴与所述的高速投影机的投影镜头光轴相重合；所述的高速投影机处在所述的透射组合式偏折型散射屏的下方，并往上方投影，投影图像落在所述的透射组合式偏折型散射屏上；所述的高速投影机还依次连接有图像控制模块和转动检测模块；

所述的透射组合式偏折型散射屏由主偏折角度不同的多个透射偏折型散射子屏组合拼接而成，每个透射偏折型散射子屏对应于一个俯仰视角；其中，每个透射偏折型散射子屏由光栅方向互相平行的透射式锯齿型光栅和柱面光栅构成，所述的透射式锯齿型光栅由多个三角柱状结构连续排列构成，每一个透射偏折型散射子屏中的透射式锯齿型光栅中所有三角柱状结构的倾斜角相同；

所述的转动检测模块探测所述的透射组合式偏折型散射屏的转速及每个透射偏折型散射子屏的起始位置，并将其探测的转速和起始位置的信号传给图像控制模块；所述的图像控制模块根据接收到的信号控制所述的高速投影机投影图像序列的初始位置及所述的高速投影机的帧频，实现所述的高速投影机的投影图像序列与所述的透射组合式偏折型散射屏转动的同步。