[发明专利]一种供多人观看的自由视点真三维显示系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于真三维显示领域，尤其涉及一种可供多人同时观看的裸眼三维显示系统和方法。

背景技术

现实世界是一个三维的空间，人类通过双眼能够感知现实世界中三维信息。如图1所示，这些三维信息主要包括：1)双目视差、2)移动视差、3)人眼主动调节。双目视差是由于人眼在水平方向的位置不同，从而左右眼看到的图像也不同；左右眼的不同图像在大脑中合成以后可以感知出物体的远近，越远的物体视差越小，越近的物体视差越大。移动视差是由于人眼与物体的相对位置改变以后能够看到物体的不同侧面，从而能够感知三维物体。人眼的主动调节是基于人眼在观看远近不同的物体时清晰程度不同，人眼会主动调节睫状肌从而改变晶状体曲率使物体尽可能在视网膜上清晰的成像，睫状肌松弛程度的不同可以间接暗示物体的远近距离。然而传统的平面显示器并不能提供上述三种三维信息中的任何一种；传统的平面显示设备只能通过光照、纹理、阴影等心理暗示的方法为观看者提供三维的感觉，而并不能提供物理意义上的三维信息。

真三维显示技术是一种与传统平面显示技术完全不同的显示方法，它可以在不佩戴任何特殊设备的情况下使人眼能够感知上述三种三维信息中的一种或多种。真三维技术在最近十年取得了长足的发展，并逐步走向市场化。目前真三显示技术主要包括三大类：1)体三维显示、2)全息三维显示、3)集成光栅显示。体三维显示由于体积庞大、系统复杂、呈像质量不高等缺点而逐步被淘汰；全息三维显示目前还无法达到实时动态显示，而且对观看环境要求较高，从而也没有被普遍接受；集成光栅显示成本低廉，可以在传统液晶面板显示器上加以改进实现；目前市面中的裸眼三维显示设备主要是基于这种技术。但是集成光栅显示也有其严重的缺陷：1)图像分辨率损失严重、2)视点固定、3)眩晕程度明显、4)缺少垂直视差、5)无法满足多人同时观看、6)提供的三维信息有限。

随着真三维显示技术的发展，亟需一种既能提供全部三种三维信息又不损失分辨率而且能满足多人视点裸眼观看的三维显示技术。但当前现有的显示方法都不能同时满足上述要求。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明的目的是提出一种低廉且易实现的裸眼三维显示系统和方法，避免图像分辨率的损失，允许多人同时获得最佳视点，并提供上述全部三种三维信息。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供一种多人观看的自由视点真三维显示系统，包括方向性背光板、多层液晶面板、人眼跟踪模块、第一偏振膜、第二偏振膜、计算机和多输出端口显卡，其中：

多层液晶面板中的第1层液晶面板靠近背光板、第N层液晶面板靠近观看者，其中n＝1，2，3...N为第n层液晶面板层数的序号，n≤N；每层液晶面板都与背光板平行放置，且每层液晶面板的正面都面向观看者；第一偏振膜与第二偏振膜的偏振极性方向相互垂直；在第1层液晶面板的背面紧密贴置第一偏振膜，用于将背光转变为极性偏振光；在第N层液晶面板的正面紧密贴置第二偏振膜，用于阻偏由第1层液晶面板传来的偏振光；第一偏振膜、第二偏振膜与N层液晶面板共同形成空间光调制器，用于对背光板发出的光线进行调制，调制后多层液晶面板组合产生光线，该光线与人眼连线的光线形成了一个以人眼为顶点的四棱锥光纤束；每只眼睛接收不同的四棱锥光线束，用于保证每个人的双眼都接收不同的图像，从而使人眼感受到三维画面；

人眼跟踪模块放置于第N层液晶面板的上方，并保持人眼跟踪模块与第N层液晶固定连接；人眼跟踪模块实时跟踪位于多层液晶面板前的所有观看者脸部，并实时计算出每个观看者左右眼的空间三维坐标；

计算机与人眼跟踪模块连接，接收所有观看者左右眼的空间三维坐标，并为每个观看者渲染出对应视点下的双目图像；将渲染的双目图像反投影到每层液晶面板，分解得到每层图像；

多输出端口显卡与计算机连接，接收分解得到的每层图像并传输到每层液晶面板上。

为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供一种供多人观看的自由视点真三维显示方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1：确定液晶面板层数，构建多人观看的自由视点真三维显示系统，将所述系统的多层液晶面板前的观看区分成多个显示区，显示区的个数由液晶的最大刷新率来决定；

步骤S2：启动人眼跟踪模块，获取位于多层液晶面板前所有观看者的左右眼空间三维坐标，并根据观看者人眼与多层液晶面板的相对位置将所有观看者划分到对应的显示区；

步骤S3：根据观看者的左右眼空间三维坐标，通过计算机为每个观看者渲染出对应视点的双目图像；