[发明专利]俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置

说明书

技术领域

本发明属于三维显示技术领域，具体涉及俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置。

背景技术

我们的现实世界是三维世界，二维的平板显示及投影显示已经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。不同于传统二维显示，三维显示在显示传统平面信息的同时，加入了显示图像的深度，增加了一个维度，形成立体显示。与传统的二维显示相比较，三维显示增加了图像的深度信息，因此目前三维显示的主要技术难点在于三维海量数据的获取、处理、传输以及再现。

目前主要的三维显示技术有：体视三维显示、自体视三维显示、全息三维显示以及空间三维显示等。

体视三维显示是通过佩戴眼镜等辅助工具等方式使观察者的左、右眼观察到左、右视图，利用双目视差来产生立体视觉感知。目前市面上已经普及的3D电影和3D电视多采用这种方法来实现三维显示。这种三维显示虽能给观察者带来深度信息，但由于仅仅提供了两个视角的信息，观察者在不同位置观看到的三维场景是相同的，且并不随其位置的改变而变化，长时间观看可能会让观察者出现头痛、恶心等反应。

自体视三维显示不需要佩戴助视工具，通过提供分立的视区来实现有限个数的视点区域，实现裸眼即可观看的三维显示。这种显示方式一般提供的视角数比较少，观察区域不大，不能满足人们对于三维显示的要求。

全息三维显示是利用光的干涉和衍射原理，将由物体发出的特定波面以干涉条纹的形式记录下来，并在一定条件下使其再现，形成原来的物体立体像的显示方式。全息三维显示保留了物光波的全部振幅和位相信息，人们在观察全息三维像时就会得到与观察原物时完全相同的视觉效果，保留了所有的视觉深度暗示，是一种理想的三维显示方式。但全息三维显示所需的信息量巨大，需要海量存储，对空间光调制器等要求很高，因此目前一般无法实现可以动态刷新的全息三维显示。

空间三维显示包括体三维显示以及全景视场空间三维显示等。

体三维显示是模拟三维物体在物理空间上分布，然后在三维空间显示物体各个体素信息，通过显示体素在整个空间扫描同时控制体素的亮度，实现三维图像的显示。虽然这种显示方式可供多人裸眼同时观看，但其显示的三维场景为透明的，不能实现空间消隐。

全景视场空间三维显示是在全空间的各个方向上形成再现物体相应方位的图像的一种空间三维显示。这种三维显示在保证可多人裸眼同时环绕观看的同时，也给出了正确的空间遮拦关系，实现空间消隐。通常，这种三维显示具有较高密度的视角间隔，视角数量较多，需要海量的数据存储和传输。现有技术中的全景视场三维显示是在水平360°方向显示出一周离散的与周围视点位置相对应的视场图像序列，图像经定向散射屏对其发光角度进行限制，来保证每一幅图像只能在其视点位置附近的小范围内可见，位于周围的观察者的双眼就能看到与其双眼位置相对应的不同视场图像，产生立体感。但是，由于全景视场空间三维显示都需要依靠各种屏幕或显示媒介技术来实现，而现有技术中显示的三维场景位于显示屏幕内部，由于屏幕的存在，周围的观察者无法实现可探入式的交互等，真实感不够强。

发明内容

本发明提供了一种俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置，实现了具有垂直方向多个俯仰视角、水平方向360度全景视场的悬浮于空气中的真实空间三维显示，让周围观察者在观看的同时，可探入触摸交互，从而克服现有技术的不足。

一种俯仰多视角的悬浮式360度视场空间三维显示装置，包括：透射复合式偏折型散射屏、高速投影机、图像发生器、探测模块和旋转传动机构，所述的透射复合式偏折型散射屏与所述的旋转传动机构相连接，并由所述的旋转传动机构带动其转动；所述的高速投影机位于所述的透射复合式偏折型散射屏的下方，并且所述的高速投影机还依次连接有所述的图像发生器和探测模块；

所述的透射复合式偏折型散射屏由光栅方向互相平行的透射复合式锯齿形光栅和柱面光栅构成，其中，所述的透射复合式锯齿形光栅为周期性排列的透射式锯齿形光栅，每个周期由多个具有不同倾斜角的三角柱状结构构成，每个周期中的三角柱状结构的个数为俯仰视角的个数，不同周期中具有相同倾斜角的三角柱状结构与同一个俯仰视角相对应；