基于阵列式LED三维显示系统的体素解析及软件设计

摘要

真三维显示作为各国大力发展的下一代新型显示技术，已成为一个引人注目的前沿科技领域。在政策方面，我国已将该技术纳入国家中长期科学和技术发展规划纲要中；在实际运用中，近年来，该技术在电视广播、视频游戏、医疗教育等领域的应用逐渐广泛；在理论研究方面，国内外高校及研究机构也经过多年研究与实践，取得众多突破性进展。但是之前受计算机存储容量及数据处理能力的限制，前人所设计的真三维显示系统多依赖于硬件的复杂设计，在技术实现上，存在体素分布不均匀、硬件系统过于复杂且扩展难度大、系统自身存在噪音、系统成本过高难以量产及投入使用等缺点，亟待解决。 随着现在计算机存储容量的增大及数据处理能力的增强，本论文使用了一种新的三维模型体素化算法，并设计出基于阵列式可扩展LED三维显示系统。该系统以一种全新视角提出新的真三维显示解决方案，降低了对真三维显示硬件系统的依赖，从而可以实现大尺寸、高分辨率商用真三维显示动画的显示。主要工作内容如下： 首先，研究基于阵列式LED三维显示系统STL三维模型的体素化算法和真三维动态显示算法。其中体素化算法的实现过程主要分为：STL模型文件的导入、拓扑重构、STL模型的切片处理、扫描线填充。真三维动态显示算法实现了真三维显示中的移动、旋转和放缩。移动和旋转方法是在体素数据的基础上，通过矩阵变换实现众多体素点的变换来实现真三维显示下的动态显示。放缩则采用边界体素的递归增删来实现真三维意义上的放大和缩小。 其次，构建真三维显示系统，主要包括硬件系统的构建和控制软件的开发。其中硬件系统中，三维模型体素化数据依次通过PC端传送到控制器，通过数据传输协议控制三维LED灯阵中真三维模型的显示。在控制软件开发中，又主要分为模型处理模块、仿真显示模块和控制模块，控制模块中包含单点调试。运动控制等功能。 最后，分别通过计算机仿真显示及实验测试平台验证算法及软件的可行性。该算法及三维显示系统规避了前人研究系统中出现的体素分布不均匀、硬件系统复杂及有噪声等瓶颈性问题，且大大降低了系统成本，有望实现量产及商用。目前，项目处于大型真三维显示系统硬件搭建阶段，不日，可在该大型系统中呈现大尺寸、高分辨率真三维复杂模型，证实该课题的实用价值及意义。

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