體三維顯示系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、本文的主要研究是在國家863高技術(shù)項(xiàng)目——支持人機(jī)交互的真三維體元式顯示技術(shù)（2006AA01Z327）、國防預(yù)研基金項(xiàng)目——真三維立體顯示技術(shù) （K1601060109）支持下完成的。 體三維顯示是近階段實(shí)現(xiàn)真三維顯示主要的可行技術(shù)途徑。本文介紹了體三維的視覺顯示機(jī)理，研究了系統(tǒng)構(gòu)建，圖像引擎、死區(qū)分析等關(guān)鍵技術(shù)，提出了一種快速數(shù)據(jù)生成算法，并給出了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)果。本文的研究內(nèi)容主要包括如下幾個(gè)方面： 體三維顯示技術(shù)的視

2、覺機(jī)理。視覺現(xiàn)象是形成體三維顯示的基礎(chǔ)。本文著重討論了基于體三維顯示的視覺機(jī)制，提出基于視覺暫留和似動現(xiàn)象的雙重成因。前者用于靜態(tài)顯示，后者用于動態(tài)顯示。它們共同構(gòu)成體三維顯示原理。相關(guān)視覺理論的研究，提供了體三維顯示成像計(jì)算與分析的理論依據(jù)。 系統(tǒng)構(gòu)建和圖像引擎是實(shí)現(xiàn)體三維顯示系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，其中要解決的技術(shù)問題有：成像空間構(gòu)建、發(fā)光體素激活、以及圖像引擎設(shè)計(jì)等。在成像空間構(gòu)建方面，本文著重討論了兩種主要的成像介質(zhì)，發(fā)光平面介

3、質(zhì)與漫射螺旋介質(zhì)。由轉(zhuǎn)動螺旋介質(zhì)提供的成像空間，克服了平面介質(zhì)中體素空間分布不均導(dǎo)致圖像畸變的問題。在發(fā)光體素激活方面，通過線性和并行兩種體素激活模式的研究，利用空間光調(diào)制技術(shù)的并行投影方法，極大程度上提高了空間可見體素光點(diǎn)的個(gè)數(shù)。結(jié)合兩者的優(yōu)勢求解，給出利用快速轉(zhuǎn)動螺旋屏幕，配合以高速的投影顯示技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空間體三維顯示的優(yōu)化技術(shù)方案。并提出與之匹配的三維圖像引擎設(shè)計(jì)和成像死區(qū)改善方案，取得了較為成功的理論研究結(jié)果。 體三維顯示

4、的數(shù)據(jù)生成是本文研究的另外一個(gè)重點(diǎn)。海量數(shù)據(jù)是體三維數(shù)據(jù)快速生成所面臨的關(guān)鍵問題，本文提出將三維重建領(lǐng)域的體心立方柵格理論運(yùn)用到體三維顯示中，以解決海量數(shù)據(jù)問題。詳細(xì)論述了運(yùn)用體素化進(jìn)行體心立方采樣和體心立方體素轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)驗(yàn)證明，該方法能夠有效地降低海量數(shù)據(jù)，減少存儲空間，加速體素生成，用于體三維顯示還可提高三維圖像的局部顯示精度。 本文最后給出體三維顯示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。介紹了體三維顯示系統(tǒng)的的軟硬件平臺設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)論述了

5、基于數(shù)字微鏡設(shè)備的空間光調(diào)制技術(shù)和旋轉(zhuǎn)投影技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)了三維數(shù)據(jù)表示方法，提出了一種與螺旋介質(zhì)硬件特點(diǎn)相匹配的映射算法，從而完成了空間三維圖像投影顯示。結(jié)果表明，本文研制的體三維顯示系統(tǒng)，在表述復(fù)雜圖像信息和圖像清晰度方面取得了實(shí)質(zhì)性突破，部分性能指標(biāo)已接近國際先進(jìn)水平。 本文的核心成果是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的Helix-3D體三維顯示系統(tǒng)樣機(jī)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，是體三維顯示技術(shù)的理論研究與工程實(shí)踐的重要驗(yàn)