[发明专利]一种创造自由空间光学反射表面的系统和方法

权利要求书

1.一种基于计算机的设计一个自由空间光学反射表面的方法，适用于头盔式显示器中；其特征在于，所述方法用于制造一个供用户肉眼在预设的空间位置能够观察到的一个虚拟图像；所述方法包括采用一个或多个计算机设备来实现下述步骤：

（a）采用一系列显示对象表示一个显示表面；

（b）采用一系列表面元件表示所述自由空间光学反射表面；每个所述表面元件的特征为：（i）具有相关于所述显示表面、一个标称的用户肉眼以及预设的所述虚拟图像的一个空间位置的一个空间位置；（ii）一个法向量，以及（iii）一个曲率半径；

（c）采用至少一个所述表面元件连接每个所述显示对象，所述表面元件的方向为在使用所述头盔式显示器时位于一个预设的空间位置的显示对象的虚拟图像能够显示在一个标称的用户肉眼的方向，每个所述表面元件只通过一个所述显示对象连接；

（d）对于每个所述表面元件：

定义所述表面元件的一个初始空间位置；

（ii）采用所述表面元件的所述初始空间位置计算所述表面元件的所述法向量的初始方向，所述表面元件连接至的所述显示对象的位置，以及一个标称的用户眼睛（15）的旋转中心（17）的位置，以使从所述显示对象发出并在所述表面元件上反射的光线通过所述旋转中心；以及

（iii）计算使所述显示对象的所述虚拟图像位于预选的空间位置的所述表面元件的一个初始曲率半径；以及

（e）对于每个所述表面元件，计算所述表面元件的一个最终空间位置，所述表面元件的所述法向量的一个最终方向，所述表面元件的一个最终曲率半径，以及迭代调整一系列所述表面元件的空间位置直到出现满足预先设定的标准的误差函数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（e）中，对于至少一个第一表面元件进行的所述迭代调整基于所述曲率半径的至少一部分，以及至少一个第二表面元件的所述法向量，所述第一表面元件是最接近所述第二表面元件的一个所述表面元件。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述第一表面元件进行的所述迭代调整基于对所述表面元件的空间位置的偏差计算；所述表面元件的所述空间位置位于一个球形中；所述球形的半径等于所述第二表面元件的曲率半径；所述球形的圆心位于所述第二表面元件的所述法向量上。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述迭代调整包括的内容少于整个所述偏差计算。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于一系列所述第一表面元件进行的所述迭代调整基于至少一部分所述曲率半径以及至少一个所述第二表面元件的所述法向量，一系列所述第一表面元件中的每个所述第一表面元件作为最接近所述第二表面元件的所述表面元件。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，一系列的所述第一表面元件包括所有最接近于所述第二表面元件的所述表面元件。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对于所述第一表面元件的所述空间位置的所述迭代调整基于对所述表面元件的所述空间位置进行偏差计算；所述空间位置位于一个球形上；所述球形的半径等于所述第二表面元件的所述曲率半径；所述球形的圆心位于所述第二表面元件的所述法向量上。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述迭代调整包含的内容少于整个所述偏差计算。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述误差函数基于所述偏差计算。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述误差函数基于对所述偏差计算的绝对值的求和结果。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述预先设定的标准为数值化的所述绝对值的求和结果。

12.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述第一表面元件的所述空间位置进行的所述迭代调整是加权的，以使对于至少一个所述第一表面元件进行的所述迭代调整大于或小于非加权的迭代调整。

13.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二表面元件是一个边缘表面元件或一个角落表面元件；对于至少一个所述第一表面元件进行的迭代调整是加权的，以使对于至少一个所述第一表面元件进行的所述迭代调整大于或小于非加权的迭代调整。