[发明专利]一种基于二维LED旋转屏的实时三维数据生成方法

说明书

所属技术领域

本发明属于三维图像显示技术领域，尤其涉及一种基于二维LED旋转屏的实时三维数据生成方法。

背景技术

人类的视觉系统赋予了人们可以准确地感知现实三维世界图像信息的能力，这使得人们的视觉追求总是趋于真实三维的再现，希望显示装置能够提供更加真实立体、自然舒适，接近于人眼实际观察的三维立体图像信息。因此，三维立体显示技术的发展引起人们的广泛关注。

现有的三维立体显示技术大致可以分为四大类：透视型三维显示、视差型三维显示、光学悬浮显示和真三维立体显示。真三维显示是一种能够实现全视角观察的三维显示技术，是现实景物的最真实的再现，是三维显示的最终目标。真三维显示技术主要包括静态体显示技术和体扫描三维立体显示技术。体扫描三维立体显示，是通过平面或曲面电子扫描与机械扫描相结合的方式构成图形学上的三维空间，实现体空间的像素扫描，利用视觉暂留效应呈现出三维原型图像。

目前，基于体扫描的三维立体显示器主要有两类，一种是采用投影技术；另一种则采用LED作为显示像素。前者的投影设备可以是激光、投影机，具有分辨率高但是亮度低，并且造价昂贵。后者通过高密度LED阵列面板连续显示三维图像切面图像序列的同时，配合机械扫描绕垂直轴旋转，利用视觉暂留效应呈现出三维图像，其主要部件包括电机、电机控制模块、LED旋转屏、显示控制模块、碳刷、铜环、无线通信模块、霍尔传感器等，成本与造价都较低，是体扫描三维立体显示器的主要发展趋势。由于体扫描三维立体显示器旋转速度较快，一般为30r/s左右，每一个三维图像的切面图像显示时间只有200us左右，而在动态显示过程中各个切面的图像数据必须在如此短的时间内不断进行更新，所以三维图像数据的生成方法成为目前体扫描三维立体显示技术的主要研究问题，如发明专利《基于二维LED旋转屏的并行输出真三维显示方法》(CN101594547A)和发明专利申请《一种基于旋转体三维显示器的实时体三维数据生成方法》(CN103295260A)。其中，

中国发明专利说明书CN101594547A于2009年12月2日公开的《基于二维LED旋转屏的并行输出真三维显示方法》，是以旋转轴为中心，利用CAD软件或者扫描工具沿不同角度对三维模型进行径向截面截取图像，然后对获取到的截面图像根据旋转屏的LED分布进行像素化，再对获得的像素点进行均匀化处理，以此生成三维图像数据。但是，该生成方法存在着以下不足：

1)由于采用对模型每隔一定角度沿半径进行截面截取的方法来获取原始截面图像，导致了该方法存在先天的缺陷，即越靠近旋转中心处，截面之间的距离越近，在显示时会使得中心处像素点密度大，亮度高，远离中心处的像素密度小，亮度低。为了解决该问题，该方法提出对像素点进行均匀化处理，因此增加了额外的计算量。

中国发明专利申请公开说明书CN103295260A于2013年9月11日公开的《一种基于旋转体三维显示器的实时体三维数据生成方法》，该方法先获取三维图形的三角面顶点数据，然后取一个图像帧平面，计算该三维图形的所有三角面与该图像帧平面的交点，再取一个三角面产生的交点进行连线后做插值操作获得该图像帧平面上的二维显示坐标，依次插值处理所有的三角面在该图像帧平面上的交线获得所有的二维显示坐标，完成上述操作之后再取下一个图像帧平面与所有的三角面进行同样的运算，直至取完所有的图像帧平面后完成了对一个三维图形的所有计算，获得构成一个三维图像的所有二维显示坐标。该方法存在以下不足：

1)通常一个三维图形可以分解出非常多的三角面，计算一个图像帧平面与所有的三角面的交线并做插值操作需要比较大的计算量，而获取一个三维图像的所有二维显示坐标需要计算所有图像帧平面与所有的三角面的交线并做插值操作，这需要相当巨大的计算量。目前的嵌入式处理器主频普遍低于100MHZ，计算能力有限，很难在很短的时间内完成所有计算，因此该方法只适合静态图像的三维显示，不适合进行动态图像的显示。

发明内容

本发明的目的是要克服现有技术在三维数据生成速度过慢，不能适应三维图像动态显示存在的问题。

为了解决本发明的技术问题，本发明提出了一种基于二维LED旋转屏的实时三维数据生成方法，包括根据三维图像像素点在三维直角坐标系中的三维坐标，将不同的像素点映射到一个二维数组的不同二进制数据位上，具体操作步骤如下：

步骤一，获取三维图像的所有像素点以及像素点在三维直角坐标系中的三维坐标；