[发明专利]基于逆向光线追踪的基元图像阵列生成方法及系统

说明书

本发明提出了一种基于逆向光线追踪的基元图像阵列生成方法及系统，属于三维显示技术领域，通过建立投影阵列光场模型，在模型中设置虚拟EIA平面，并确定EIA中每个像素的采样光线的源点和方向，利用逆向光线追踪算法为EIA每个像素生成光线，通过GPU并行计算直接生成EIA，相较于现有的需要预先对每个投影仪设置多个采样相机并对投影仪发出的光线进行各视角采样光线的采集，并在生成EIA时，在各投影仪对应的众多采样光线中确定视点‑像素‑投影仪连线对应的采样光线的方案，本发明无需进行诸多采样相机的设置以及采样光线的寻找过程，通过光线追踪平面可以一次性确定视点‑像素‑投影仪所有光线，精简了计算流程，提高了实时性。

技术领域

本发明涉及三维显示技术领域，特别是涉及一种基于逆向光线追踪的基元图像阵列生成方法及系统。

背景技术

多投影式光场三维显示技术是一种裸眼真三维显示技术。它无需佩戴眼睛，可提供全视差、色彩逼真、连续视点的真三维图像，并且可以避免多视点自由立体显示中视差图突变所导致的视觉疲劳现象，是一种裸眼3D显示的有效方案。

现有的多投影式光场三维显示系统基元图像阵列生成方法为：在每一个投影仪或每一个视点上建立一个虚拟相机模型，然后对每个虚拟相机采集的一定视角图或一定方向的光场信息(视角图或其中某些像素的光线)，在确定具体的视点后，在视点处的虚拟相机采集的诸多光线中进行二次采样、像素映射等数据处理过程计算得到基元图像阵列(ElementImageArray，EIA)。上述方法虽然能够得到基元图像阵列，但是计算耗时或在视角图采集过程中会出现很多冗余信息，像素映射过程比较耗时，限制观看性能，且不利于实现动态实时显示功能，远远达不到实时动态三维显示每秒24帧的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于逆向光线追踪的基元图像阵列生成方法及系统，精简了基元图像阵列的计算流程，有效提高了基元图像阵列生成的实时性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

基于逆向光线追踪的基元图像阵列生成方法，应用于多投影式光场三维显示系统，所述多投影式光场三维显示系统包括一个全息散射屏和与所述全息散射屏中心距离相同的多个投影仪组成的投影仪阵列；所述基元图像阵列生成方法包括以下步骤：

解析所述多投影式光场三维显示系统的系统参数文件，获取全息散射屏参数和投影仪阵列参数；

分别根据所述全息散射屏参数和所述投影仪阵列参数，确定所述全息散射屏所在平面和所述投影仪阵列所在平面；

建立以所述全息散射屏的中心为中心点O_c，以所述全息散射屏所在平面为X_cO_cY_c，以过点O_c且垂直于所述X_cO_cY_c的直线为Z_c轴的内空间坐标系X_cY_cZ_c；

生成各投影仪对应的虚拟基元图像平面；任一投影仪对应的虚拟基元图像平面垂直于所述投影仪与所述中心O_c的连线；各个虚拟基元图像平面组成基元图像阵列；各虚拟基元图像平面的大小取决于对应投影仪的成像分辨率；

根据所述投影仪阵列所在平面、所述全息散射屏所在平面、光线追踪平面、多个虚拟基元图像平面和所述内空间坐标系建立投影阵列光场模型；所述光线追踪平面平行于X_cO_cY_c平面，所述光线追踪平面用于计算光线源点和光线方向；

计算基元图像阵列各像素在所述光线追踪平面的光线源点和光线方向，为每个像素生成光线；

使用逆向光线追踪算法并行渲染所有光线，生成基元图像阵列。