[发明专利]一种基于场景分层的光场渲染方法

说明书

本发明涉及一种基于场景分层的光场渲染方法，以解决现有技术中对3D场景大深度部分进行较高分辨率渲染导致的算力浪费的问题。本发明包括：使用模型渲染工具进行实验获得三维光场显示中感知分辨率随光场显示深度的变化曲线；根据感知分辨率随光场显示深度的变化曲线，选定深度阈值，将场景划分为不同层级；对不同层级的3D场景进行渲染；确定不同层级间的遮挡关系，得到低分辨率的视差图像；对视差图像进行超分辨率重建与像素编码，得到高分辨率的合成图像。通过仿真实验获得理想状态下光场显示深度与人眼感知到的显示分辨率的变化关系，结合深度学习超分辨率方法提高合成图像的显示分辨率，从而实现高质量且算力损耗小的显示效果。

技术领域

本发明本属于三维显示领域，尤其是涉及一种基于场景分层的光场渲染方法。

背景技术

三维光场显示技术通过生理因素或心理因素产生立体视觉。常见的三维显示方法，如光栅3D显示、集成成像3D显示、体三维显示等3D显示技术运用双目视差等生理以及心理因素使视差图像显示在2D显示屏上，从而使观众可以感受到屏幕中物体的深度信息，呈现立体感。三维图像的清晰度不仅与光场显示系统的显示分辨率、透镜阵列到LCD的距离、扩散膜到透镜阵列的距离等因素有关，也与光场显示系统的显示深度有关。对于出入屏距离小的显示内容，图像的渲染分辨率与显示分辨率越高，三维图像的清晰度越高，人眼观看的效果越好；对于出入屏距离大的显示内容，如果图像的分辨率过高，会由于体像素较大导致重影和模糊的现象，降低图像的显示清晰度，同时也是对算力不必要的浪费。

公开号为CN110956689A，公开日为2020-04-03的发明专利文献公开了一种三维悬浮光场显示系统及显示方法，参阅其[0048]至[0089]段，在本发明的一个实施例中提供一种三维悬浮光场显示系统，图1为本发明实施例提供的三维悬浮光场显示系统结构示意图，所述显示系统包括Web端、云端和双屏悬浮显示端，云端包括云端服务器和云端数据库……本发明实施例提供一种三维悬浮光场显示系统及显示方法，提供了一套实现三维悬浮光场显示的管理系统，能够实现对多用户悬浮显示的有序管理，保证产品三维悬浮显示的效果。

其虽然能够实现对产品三维悬浮显示的效果，但其对于出入屏距离大的显示内容，如果图像的分辨率过高，会由于体像素较大导致重影和模糊的现象，降低图像的显示清晰度，同时也是对算力不必要的浪费的问题无法得到有效解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于场景分层的光场渲染方法，以解决现有技术中对3D场景大深度部分进行较高分辨率渲染导致的算力浪费的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于场景分层的光场渲染方法的具体技术方案如下：

步骤1：实验获得三维光场显示中感知分辨率随光场显示深度的变化曲线。

所述光场显示深度，光栅三维显示器的显示深度指的是光栅三维显示器显示3D图像的出屏和入屏范围；集成成像三维显示器的显示深度指的是观看到的3D图像离开零视差面的间距。

所述实验使用模型渲染工具实现。首先放置3D场景，设置环境光照，然后确定虚拟相机阵列的数量与位置，设置输出视差图的分辨率；为了取得理想的渲染效果，使用光线追踪算法对3D场景进行渲染；通过调整场景零平面的位置，使虚拟相机阵列在不同深度平面上采集3D模型的图像，并采用计算成像技术再现3D图像；测量人眼观看到的图像分辨率，从而获得感知分辨率与显示深度的变化曲线。

步骤2：选择3D场景的零平面，根据获得的分辨率变化曲线，选择多个出屏与入屏深度作为阈值对场景实现分层，得到多个场景层级；

所述零平面，是指在光场显示成像系统中，光线汇聚平面是成像清晰度最佳的平面，呈现的重建三维场景最为清晰，该平面称为零平面，或零视差面。