CN106056656A - 一种三维显示数据获取方法 - Google Patents

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Abstract

一种三维显示数据获取方法。本发明公开了一种光场重建式三维显示器的显示数据生成方法，包括：读入三维图形数据，在世界坐标系中使用相机获取三维图形数据的不同角度的平面映射，并将获取的平面图像序列编组。在观察坐标系中，将获取的平面图像序列编组围绕Z轴顺时针旋转一定角度。依次对序列各幅图像做对应的畸变校正处理和二值化处理。最后，根据图像数据对应的光场重建式三维显示器屏幕分屏数量，将平面图像序列编组拼接合并为最终图像数据源。光场重建式三维显示器与传统技术相比具有图像逼真，多角度，多人同时观察等优点。本发明公开的一种三维显示数据生成方法具有效率高，操作便捷，最终成像效果优秀，成像质量高等优点，将有效推动体三维显示的发展与应用。

Description

一种三维显示数据获取方法
技术领域
本发明属于体三维显示技术领域和计算机图形领域，具体涉及一种光场重建式三维显示器的显示数据生成方法。
背景技术
作为未来显示技术重要发展方向之一的三维显示技术,越来越受到人们的青睐。但是目前的三维显示技术大多是基于平面的视差型三维显示***，很少出现真正意义上的三维显示器。
目前主要的三维显示技术主要有：视差型三维显示，全息三维显示，体三维显示与光场重建式三维显示。
光场重建技术是在空间中的各个方向上记录并再现三维物体相应方位图像的一种三维显示技术。此种显示技术可以围绕物体实现360度连续视差显示，并且不需要佩戴任何辅助工具，实现多人观看。同时正确的反映物象的空间遮挡关系。
然而目前的光场重建技术的图像源获取方式一直是一个繁琐复杂的技术难题，无论是计算机三维片源还是真实物体三维片源的获取都十分困难，极大的限制了光场重建技术的应用与发展。
发明内容
本发明提出了一种光场重建式三维显示器的显示数据生成方法，其特点在于高效便捷，最终成像效果优秀，成像质量高。这对于需要进行超大规模数据处理的三维显示技术来说意义重大，意味着使用者可以更加方便的制作三维显示图像数据，将有效推动三维显示行业的发展与应用。
本发明提出了一种光场重建式三维显示器的显示数据生成方法，包括：
步骤一：模型数据获取模块读取并显示三维模型数据。
步骤二：在世界坐标系中使用相机获取三维图形数据的所在角度的平面映射，将相机环绕三维物体Z轴中心依次取得每一个不同角度位置的平面映射图像；并将获取的平面图像序列编组(n,n+1,n+2...)。
步骤三：在观察坐标系中，将获取的平面图像序列编组(n,n+1,n+2...)各自围绕Z轴中心顺时针旋转对应角度(P,P+1,P+2...)。
步骤四：依次对序列各幅图像做对应的畸变校正处理，并作统一二值化处理。
步骤五：根据图像数据对应的光场重建式三维显示器屏幕分屏数量，将平面图像序列编组(n,n+1,n+2...)拼接合并为最终的图像序列（N，N+1，N+2…）。
步骤六：所述图像数据传输至显示器。
如权利要求1所述的光场重建式三维显示器的显示数据生成方法，其特征在于，所述步骤一中，所述数据获取模块获取数据的方法为以下任意一种方法：
方法A1：当所述三维图像为计算机三维图象时，如3D建模软件描述的三维数据，逆向扫描三维点云数据等。
方法A2：当所述三维图像为实物对象时，利用一台可以与所重建物体相对做圆周运动的摄像机拍摄所述的实物对象以采集光场数据。
如权利要求1所描述的平面映射图像数据采集方法依次包括：
步骤B1：将识别的三维模型数据K置于世界坐标系中的原点位置并显示。
步骤B2：摄像机围绕三维模型依次旋转R个角度并采集三维模型所对应角度的平面映射图像。其中角度R=360/NIPR。所述的NIPR为用户设定的光场重建的三维图像角分辨率。
步骤B3：将采集到的第一幅图像标记为序号n，第二幅为序号n+1，并依次将所采集的图像编排序列。
如权利要求1步骤三所述的各自绕Z轴中心顺时针旋转对应角度P，其特征在于，所述的对应角度P为360/NIPR*n,所以旋转系数P可以以如下公式表示
P=360/NIPR*n
P+1=360/NIPR*n+1
P+2=360/NIPR*n+2
此关系式中，NIPR为用户设定的光场重建的三维图像角分辨率，n为对应的图像序列编号。
如，当NIPR=40，n=0时，P=360/40*0=0，则采集的图像n就围绕其所在的观察坐标系Z轴旋转角度0度。
如权利要求1步骤三所述的畸变校正处理，其特征在于使用高精度的立方卷积插值法进行插值计算，每一点的校正像素值由插值法算法得到，之后将变换后的点的灰度信息赋给投影图像中对应的像素点，即可得到要投影的像素值。
如权利要求1步骤三所述的二值化处理，其特征在于，将所截取的连续色调图像编码为二值图像，即产生一幅二值图像使它看起来与原始多阶色调图像相似。在此我们一般采用抖动算法，误差扩散法，点扩散算法和迭代算法。
如权利要求1步骤三所述的对应多个分屏的图像拼接，其特征在于，当分屏数量为S时，我们就将S组图像合并放入最终的图像序列N，N+1，N+2...并且第N，N+1，N+2...幅图像以画面中心为中点，将画面均分为S份，将平面图像序列n与n+360/s各自对应S份的画面中心点放置拼合成最终的图像序列（N，N+1，N+2...）。
如权利要求1所述的一种光场重建式三维显示器的显示数据生成方式，其特征在于，生成的图像数据最终通过USB或者PCI-E接口发往投影设备。
本发明的有益效果包括，本发明提出了一种光场重建式三维显示器的显示数据生成方法。其特点在于高效便捷，最终成像效果优秀，成像质量高。意味着使用者可以更加方便的制作三维显示图像数据，将有效推动三维显示行业的发展与应用
附图说明
图1为光场重建式三维显示器的显示数据生成方法流程示意图（流程图）。
图2为本发明所述的坐标系示意（坐标系示意）。
图3为本发明所述的畸变校正原理图（校正变换示意）。
图4为用于畸变校正的立方卷积插值法的取值范围 （立方卷积插值法的取值范围）
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明的具体实施方式进一步详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的一种光场重建式三维显示器的显示数据生成方法，包括但不限于如下两种。
步骤一：模型数据获取模块读取并显示三维模型数据。
步骤二：在世界坐标系中使用相机获取三维图形数据的所在角度的平面映射，将相机环绕三维物体Z轴中心依次取得每一个不同角度位置的平面映射图像；并将获取的平面图像序列编组(0,1,2...)。
步骤三：在上位机软件中设定三维图像显示角分辨率为360.在观察坐标系中，将获取的平面图像序列编组(0,1，2...)各自围绕Z轴中心顺时针旋转对应角度(0°,1°,2°...)。
步骤四：依次对序列各幅图像做对应的畸变校正处理，并作统一二值化处理。
步骤五：根据图像数据对应的光场重建式三维显示器屏幕分屏数量，将平面图像序列编组(0,1,2...)拼接合并为最终的图像序列（0，1，2...）。
步骤六：将所述图像数据传输至显示器。
步骤一中，模型数据获取模块获取源数据的方法包括两种获取方法：
（1）对于计算机三维模型数据，大部分采用成熟的三维建模软件绘制三维模型，如3DMAX，Rhino，Maya，Solidworks，UG ,Pro-E，Catia等等计算机辅助设计软件。建好一个模型后生成一种名为STL或者OBJ为后缀名的文件，是一种说明性的脚本文件，包含网格顶点数目，网格顶点坐标，网格纹理顶点坐标，对应渲染的贴图，网格法向量坐标等。本发明所述的模型数据获取模块从中读取网格数据，并将其显示。
（2）对于对于显示真实的对象，例如一个茶壶或者一个人，也可以使用逆向重建的方式重建真实物体的计算机三维图形。常见的逆向重建手段有三维激光扫描，照片重建等。
所述的步骤一与步骤二，数据获取模块获取源数据的方法也可以用以下方式代替，直接进入步骤三。对于显示真实的对象，例如一个茶壶或者一个人。本发明实施例使用1台摄相机相对围绕物体旋转拍摄，采集三维物体的每一个角度的对应图像，并将获取的平面图像序列编组(0,1,2...)。
结果显示，本发明取得了较好的实施效果，三维图像成像品质优秀，稳定，细节还原丰富，数据处理效率高，使用者可以更加方便的制作用于三维显示的图像数据。
以上仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。对本领域的技术人员来讲显而易见的是，在不脱离本发明的实质和范围的情况下可作出许多其他的改变和变型。因此，所附权利要求中旨在包括属于本发明范围内的所有这些改变和变型。

Claims (9)

1.一种光场重建式三维显示器的显示数据生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：模型数据获取模块读取并显示三维模型数据；
步骤二：在世界坐标系中使用相机获取三维图形数据的所在角度的平面映射，将相机环绕三维物体Z轴中心依次取得每一个不同角度位置的平面映射图像；并将获取的平面图像序列编组(n,n+1,n+2...)；
步骤三：在观察坐标系中，将获取的平面图像序列编组(n,n+1,n+2...)各自围绕Z轴中心顺时针旋转对应角度(P,P+1,P+2...)；
步骤四：依次对序列各幅图像做对应的畸变校正处理，并作统一二值化处理；
步骤五：根据图像数据对应的光场重建式三维显示器屏幕分屏数量，将平面图像序列编组(n,n+1,n+2...)拼接合并为最终的图像序列（N，N+1，N+2）；
步骤六：所述图像数据传输至显示器。
2.如权利要求1所述的光场重建式三维显示器的显示数据生成方法，其特征在于，所述步骤一中，所述数据获取模块获取数据的方法为一下任意一种方法：
方法A1：当所述三维图像为计算机三维图象时，如3D建模软件描述的三维数据，逆向扫描三维点云数据等；
方法A2：当所述三维图像为实物对象时，利用一台可以与所重建物体相对做圆周运动的摄像机拍摄所述的实物对象以采集光场数据。
3.如权利要求1所描述的平面映射图像数据采集方法依次包括以下步骤：
步骤B1：将识别的三维模型数据K置于世界坐标系中的原点位置并显示；
步骤B2：摄像机围绕三维模型依次旋转R个角度并采集三维模型所对应角度的平面映射图像；
其中角度R=360/NIPR，所述的NIPR为用户设定的光场重建的三维图像角分辨率；
步骤B3：将采集到的第一幅图像标记为序号n，第二幅为序号n+1...并依次将所采集的图像编排序列。
4.如权利要求1步骤三所述的各自绕Z轴中心顺时针旋转对应角度P，其特征在于，所述的对应角度P为360/NIPR*n,所以旋转系数P可以以如下公式表示：
P=360/NIPR*n
P+1=360/NIPR*n+1
P+2=360/NIPR*n+2
此关系式中，NIPR为用户设定的光场重建的三维图像角分辨率，n为对应的图像序列编号，如，当NIPR=40，n=0时，P=360/40*0=0，则采集的图像n就围绕其所在的观察坐标系Z轴旋转角度0度。
5.如权利要求1步骤三所述的畸变校正处理，其特征在于使用高精度的立方卷积插值法进行插值计算，每一点的校正像素值由插值法算法得到，之后将变换后的点的灰度信息赋给投影图像中对应的像素点，即可得到要投影的像素值。
6.如权利要求1步骤三所述的二值化处理，其特征在于，将所截取的连续色调图像编码为二值图像，即产生一幅二值图像使它看起来与原始多阶色调图像相似。
7.在此我们一般采用抖动算法，误差扩散法，点扩散算法和迭代算法。
8.如权利要求1步骤三所述的对应多个分屏的图像拼接，其特征在于，当分屏数量为S时，我们就将S组图像合并放入最终的图像序列N，N+1，N+2...并且第N，N+1，N+2...幅图像以画面中心为中点，将画面均分为S份，将平面图像序列n与n+360/s各自对应S份的画面中心点放置拼合成最终的图像序列(N，N+1，N+2...)。
9.如权利要求1所述的一种光场重建式三维显示器的显示数据生成方式，其特征在于，生成的图像数据最终通过USB或者PCI-E接口发往投影设备。
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