裸眼可周视立体显示设备上的三维图像生成

摘要

把三维物体显示在空间中，让观察者能够真实自然地观看其立体影像，是现代显示技术的一个发展目标。本文的研究工作聚焦于浙江大学自主研发的两款360°可视三维立体显示系统上的三维图像生成相关软件技术研究。这两套系统分别为基于二维LED旋转屏的彩色体三维显示系统和彩色全景视场三维显示系统。
　　 基于LED旋转屏的彩色体三维显示系统利用高刷新率的平面LED屏高速旋转来扫掠圆柱体空间，显示三维体素。这些体素通过人眼的视觉暂留融合形成三维影像。实时体素化是该系统显示三维动态几何场景的关键算法之一。本文提出一个基于GPU的两步法来实现圆柱体空间的实时均匀彩色体素化：算法首先在长方体空间内进行实时彩色体素化，并将中间结果保存在多张纹理工作表中；然后采取多对多映射的方法对这些工作表进行重采样，最终得到三维场景在圆柱体空间内的均匀彩色体素化结果。进而，利用动态场景的时空连续性，提出了增量体素化策略，以进一步加速体素化。体素化算法在GPU内完整地完成，达到了实时性要求，并在实际设备上获得了令人满意的三维虚拟场景的再现效果。
　　 彩色全景视场三维显示系统通过高速投影仪将一系列的彩色投影图像投射到旋转的定向反射双面屏上，把不同的投射光线反射到特定的方向，从而使观察者获得具有正确的水平双目视差及遮挡关系的立体图像。本文在基于几何和基于图像这两种方式上设计并实现了投影图像的生成算法，在实验设备上得到了正确的立体显示效果。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2三维显示技术的分类

1.2.1视差型三维显示

1.2.2全息空间三维显示

1.2.3体空间三维显示

1.3基于LED旋转屏的彩色体三维显示系统

1.3.1体图像的显示原理

1.3.2关键技术难点

1.4 360°可视的全景视场三维显示系统

1.5本论文的研究工作

第2章彩色体三维显示系统上的实时均匀体素化

2.1相关工作

2.2圆柱体空间体素的不均匀性特性

2.3圆柱体空间实时均匀体素化两步法

2.3.1两步法算法框架

2.3.2圆柱体空间体素与长方体空间体素的多对多映射关系

2.3.3圆柱体空间体素与长方体空间体素之间映射关系的建立

2.4基于GPU的“两步法”实现

2.4.1长方体空间彩色体素化

2.4.2圆柱体空间均匀体素化

2.4.3多对多映射在GPU中的实现

2.5动态场景增量体素化

2.6实验结果

2.6.1 OpenGL仿真渲染

2.6.2体三维显示设备的显示结果

2.7本章小结

第3章彩色全景视场三维显示技术

3.1系统架构

3.2三维显示原理

3.2.1光场绘制相关技术

3.2.2三维显示的3D光场

3.2.3新视图的合成

3.3投影图像的生成算法

3.3.1投射光线的对应视点的计算

3.3.2基于虚拟几何物体的投影图像生成

3.3.3基于现实物体图像采样集的投影图像生成

3.4同步控制机制

3.4.1 DMD投影设备的控制

3.4.2定向散射屏的转动控制与LED灯颜色切换控制

3.4.3同步控制软件的用户界面

3.5系统实现与实验结果

3.6本章小结

第4章总结与展望

4.1本文工作的总结

4.2未来的工作

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢

作者简历