[发明专利]一种用于投影式三维显示的仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维显示的仿真方法，尤其涉及一种用于投影式三维显示的仿真方法。

背景技术

三维显示技术是指通过一定技术手段，在空间内重现三维物体信息。近些年来，三维显示技术虽然发展非常迅速，但总体上讲目前还处于一个非常初级的阶段。三维显示技术通过几十年的发展，理论部分已相对成熟，但受制于制造水平，目前还没有出现一套较完美的三维显示设备。

无论何种显示原理，制约三维显示设备的产生概括讲有两方面：信息处理的能力和呈现信息的能力。由于精细的三维信息量是二维的几何次方，需要超高速信息处理系统和显示能力是目前显示设备几何次方的超高分辨率的空间光调制设备，当前的技术水平还无法达到如此高要求。因此目前的三维显示设备信息量都存在很大压缩，对比二维显示设备明显感觉到分辨率低及显示模糊等，这正是目前三维显示技术迫切需要解决的问题。

在信息量受限的情况下，如何获得一个更高质量的三维显示效果，也是目前三维显示技术的研究热点。由于目前三维显示的原理基本上大同小异，只是实现方式各不相同。因此在现有技术水平上，优化系统设计提高三维显示效果就显得尤为重要。

发明内容

本发明提供了一种具有普适性的、可用于投影式三维显示的仿真系统，主要目的在于为投影式三维显示系统寻找一组最优设计参数，并可用于验证图像生成原理可行性和显示效果分析，以及为硬件的搭建提供精度要求。

一种用于投影式三维显示的仿真方法，所述的仿真方法包括对投影式显示装置的仿真方法和定向散射屏的仿真方法，其中投影式显示装置的模拟包含对投影式显示装置中的投影镜头和孔阑的模拟，具体步骤包括：

(1)模拟投影镜头组的成像过程，将投影显示装置上的图像投影到定向散射屏上，获得各投影图像中各像素在定向散射屏上像点的位置，并根据投影角度确定此像素像点光线的入射方向；

(2)模拟定向散射屏的散射作用，对投影到定向散射屏上的像素像点在纵向大范围发散，横向微发散，根据光线入射方向对出射方向进行调制，得到与各个视角相对应的视角图；

(3)对视角图中的像素进行判断，将不属于当前视角所见的像素删除得到修正后的视角图，对所有修正后的视角图中各像素进行拼接；

(4)根据拼接效果调整三维显示系统的系统参数，例如调整投影镜头的光阑大小以及定向散射屏的横向散射角大小等。

步骤(3)中，模拟投影镜头孔阑大小，根据视点位置确定此位置视角图各像素对应于投影显示设备显示的图像中的位置；同时考虑散射屏的横向散射能力对视角图拼接的影响；最终各视角视图由多个投影显示装置提供的图像拼接而成，且由孔阑大小和定向散射屏横向散射能力决定各部分图像拼接效果。

步骤(3)中，对所有修正后的视角图中各像素进行拼接前，首先将各像素对应至投影显示设备显示的图像中。

所述投影显示装置为投影仪阵列；或者，所述投影显示装置由二维显示设备和镜头阵列组成。本发明的仿真方法实现了将有限个显示单元的图像显示阵列投影到定向散射屏，在任意视点位置获得其对应的显示视角图。所述的有限个显示单元可以N×M个显示单元规则或不规则排布阵列，也可以是单个二维显示设备加N×M个镜头阵列构成。

所述投影显示装置由二维显示设备和镜头阵列组成时，步骤(3)中判断的原则为：

假设二维显示设备上一个像素点S(i，j)，且其分射光线方向在[0，π/2)U(3π/2，2π)范围内；

令：

函数h(S)＝[0，π/2)U(3π/2，2π)，即当函数h()作用于某个向量时对于其方向角；

函数θ(S)＝(π/2-0)+(2π-3π/2)＝π；

令P(x，y)＝f(S)，函数f()表示成像关系，其中x，y为S(i，j)投影到散射屏上像点的坐标；

若定向散射屏横向散射角为ε，孔阑大小为d，投影镜头与散射屏距离为D，视点位置为V，可得：θ(P)≈d/D+ε；

若则像素点S(i，j)为V位置视图一部分，否则不是。

所述定向散射屏为弧面或平面形式置于投影显示装置之后，用于呈现投影画面。

步骤(3)修正过程中，为提高仿真精度，需要同时模拟三维显示设备中各种精度误差和限制对显示效果的影响，考虑投影镜头位置及投影方向误差，畸变和圆形孔阑对显示视角图亮度均匀性的影响。