[发明专利]三维显示计算系统

说明书

优先权信息

本申请要求2011年8月19日提交的美国临时专利申请61/525,579，题为“三维显示计算系统（Three Dimensional Display Compute System）”的优先权，发明人是Michael B.Doerr，Jan D.Garmany，Michael B.Solka，和Martin A.Hunt，该申请通过引用以其全文结合于此，就如同在此做了充分和完整的阐述一样。

发明领域

本发明总体上涉及三维（3D）图像显示，并更具体地涉及动态3D场景的视频全息显示。

相关技术说明

在视频全息系统中，已渲染的图形物体的视图呈现的方式为使得：观察者通过一个完全三维（3D）的物体的全视差视角感知到该物体，例如当该观察者移动其头部时，呈现到他眼中的图像随之变化，即使该已渲染的物体并没有发生变化。实现此目的一种方法是通过一个全息元素网格或者阵列，简称为“全息元”，这些全息元作为已渲染物体的与视角相关的针孔视图。从屏幕中投射出来的全部光称为4D波场，也称为光场。这个“4D”方面是由该2D全息元阵列、以及来自每个全息元的光的2D角色散或相关性产生的结果。每个全息元以一个立体角——也称为视角——发射光，而从全息元发射出来的辐射被描述为通过立体角均匀分布的离散光束。每个组成光束所对着的小立体角被称为“光束角（anglet）”，并可通过将整个立体角与这个辐射图中的光束角的数量相除计算而得。在一种非正式的使用中，光束角也可以被用于指光束方向。

为从每一个全息元得到规范整个4D波场所必需的辐射图，从已渲染的场景获得辐射图或者从场景中的这些单独切面的贡献值直接计算波场是必要的。在一种4D渲染的蛮力方法中，透视图的2D渲染是每一个全息元所需要的，其界定了渲染的POV。

表1：采用蛮力方法以30帧每秒进行全息元渲染——硬件架构按显示尺寸进行比较

根据表1中的观察，使用蛮力计算法来实现此系统是不现实的。为得到一种可实现的解决方案，要求Nvidia大约20,000倍的性能改善，要求AMD10,000倍的性能改善，而要求Coherent Logix则是1,400倍的性能改善。

我们需要能够改进三维图形显示的方法和机制。

发明概述

提出了一种用于动态3D场景的视频全息显示的系统和方法的多个实施例。

可以接收关于一个二维（2D）全息元阵列（例如：一个全息元阵列）的信息，其中该全息元阵列包括多个全息元孔径。关于2D全息元阵列的信息可限定这些全息元孔径的数量、尺寸、和/或间隔。也可以接收关于一个有待渲染的3D场景的信息，该信息包括将这个3D场景映射到一个3D显示体积上的一个比例因数。针对2D全息元阵列中的全息元的一个稀疏子集中的每一个全息元，从该稀疏子集中的全息元的视点（POV）对这个3D场景进行2D透视渲染，且基于这个2D透视渲染可以生成一个辐射强度图。针对关于这个稀疏子集的这些全息元一个补子集中的每一个全息元，可以生成该稀疏子集的三个或更多全息元在该全息元的一个邻域中的颜色辐射强度图，从而生成补子集中的全息元的一个插值颜色辐射强度图。

基于全息元稀疏子集的颜色辐射强度图与全息元补子集的插值颜色辐射强度图，可以生成这个2D全息元阵列的一个完整的颜色辐射强度图集合。可以存储这个2D全息元阵列的该完整的颜色辐射强度图集合。这个2D全息元阵列的该完整的颜色辐射强度图集合可用于渲染3D场景的一个全息视图。此外，上述方法元素可以通过迭代的方式重复一次或多次来动态地渲染一系列此类场景（例如，呈现一个全息视频，如实时的）。

在一些实施例中，这个2D全息元阵列可以定义在一个表面上（例如，一个可能比较复杂的曲面），而关于这个2D全息元阵列的信息可以进一步限定该表面。因此本方法在实施在此所披露的多项技术时，可以考虑该2D全息元阵列的形状。

对于本领域的普通技术人员来说，通过阅读在此提出的多种方法的以下详细说明可以清楚地了解这些和其他的特征与优点。

附图简要说明

当下面详细说明连同下列附图一起考虑的时候，可以获得对本发明更好的理解，其中：

图1展示了一个计算机系统，该计算机系统被配置成用于实现本发明的实施例；

图2展示了逐全息元的辐射图的角变量的速度与到3D场景中物体上一点的深度的相关性；以及

图3为一种用于动态3D场景的视频全息渲染的方法的流程图。