一種固態(tài)體積式真三維深度抗鋸齒算法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固態(tài)體積式真三維深度抗鋸齒算法，對于深度位于兩層相鄰的顯示體之間的待顯示體素，按照算法將其分解為三個或四個分量體素，分別分布在三個或四個相鄰的顯示體上，增加了分量體素的數(shù)量，每一待顯示體素的RGB亮度在在更多相關(guān)顯示體上得到分解，各個分量體素的RGB亮度值與顯示體的距離成線性反比關(guān)系，且RGB亮度值之和等于待顯示體素RGB亮度值的兩倍。增大了三維圖像在深度連續(xù)條件下的偏軸觀察角。每一待顯示體素分解的分量體素的RGB亮度值之和現(xiàn)有技術(shù)相比提高了一倍，有效提升了顯示亮度。
【專利說明】一種固態(tài)體積式真三維深度抗鋸齒算法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及固態(tài)體積式真三維立體顯示技術(shù)，尤其涉及一種固態(tài)體積式真三維深 度抗鋸齒算法。

【背景技術(shù)】
[0002] 固態(tài)體積式真三維顯示是將一組三維物體的切片圖像序列通過高速投影裝置依 次順序投影到對應深度的一組層疊顯示體上，通過層疊顯示體在透明和散射兩種狀態(tài)下的 高速切換從而在三維空間產(chǎn)生具有真實物理深度的立體圖像。
[0003] 三維物體的切片圖像序列如果不經(jīng)過處理，直接顯示在對應深度的顯示體上，雖 然可以生成立體圖像，但是只要偏軸觀察角稍大，立體圖像觀看起來就像一組二維圖像的 堆疊，而不是一個連續(xù)的三維物體。因此，三維物體的切片圖像序列在深度方向上必須經(jīng)過 一定的算法處理，消除或減弱這種視覺缺陷。目前固態(tài)體積式真三維中所采用的深度抗鋸 齒算法僅有美國Lightspace公司開發(fā)的DepthCube真三維顯示系統(tǒng)中所采用了一種叫做 多層抗鍋齒（multiplanaranti-aliasing)的技術(shù)。對于具有N層（編號為第0層至第N-1 層）顯示體、顯示空間的三維分辨率為XXYX (DX (N-l)) (D為任意兩層顯示體之間的深度 分辨率）的固態(tài)體積式真三維顯示系統(tǒng)，多層抗鋸齒技術(shù)是將深度位于第L(0 = L = N-2) 層與第L+1層顯示體之間的、三維坐標為（x，y，DXL+d) (0蘭x < X，0蘭y < Y，0蘭d < D)、RGB亮度值為B的待顯示體素 P，在顯示時用位于第L層，第L+1層這連續(xù)2層顯示體 上三維坐標分別為（x，y，DXL)、（x，y，DX (L+1))的2個分量體素 P1，P2等效替代，且P1、 P2的RGB亮度值BP1、BP2分別為： BP1=BX (1-d/D) Bp2=BX (d/D) 多層抗鋸齒技術(shù)是利用人眼的立體視覺特性：觀察者接收到某物體發(fā)射或反射的光線 數(shù)量與觀察者與物體的距離成反比，即人們常認為較亮的物體距離更近。在多層抗鋸齒技 術(shù)的處理中，深度位于2層顯示體之間的待顯示體素的RGB亮度值被分解為2個分量體素， 在實際顯示時用位于此兩層顯示體上的分量體素取代。通過分量體素顯示時的合成效果， 觀察者可以感受到待顯示體素原有的深度和亮度信息。
[0004] 通過采用多層抗鋸齒技術(shù)，在較大的偏軸觀察角下，成像的三維物體在深度方向 的過度比較平滑而連續(xù)。但是，這僅限于三維物體在平面方向有較大的連續(xù)形狀的情況。 如果三維物體在平面方向的連續(xù)形狀的較小，偏軸觀察角稍大時深度方向又會產(chǎn)生不連續(xù) 感，多層抗鋸齒技術(shù)不再起作用。
[0005] 此外，多層抗鋸齒技術(shù)中分量體素的RGB亮度值之和為待顯示體素的RGB亮度值 B。而固態(tài)體積式真三維顯示的一個難題是顯示圖像的亮度在深度方面被分散，相比平面顯 示三維圖像亮度要低很多。如何提高顯示亮度一直是一個技術(shù)瓶頸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的是提供一種固態(tài)體積式真三維深度抗鋸齒算法，以解決現(xiàn)有深度抗鋸 齒算法在顯示平面方向連續(xù)形狀較小的三維物體時，偏軸觀察角稍大就會在深度方向又會 產(chǎn)生不連續(xù)感的問題，同時可以有效提高真三維成像亮度。
[0007] 為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為： 一種固態(tài)體積式真三維深度抗鋸齒算法，所述固態(tài)體積式真三維顯示系統(tǒng)具有N層 (編號為第〇層至第N-1層）顯示體、其三維分辨率為XXYX (DX (N-l)) (D為任意兩層顯 示體之間的深度分辨率）；其特征在于：所述的抗鋸齒算法將固態(tài)體積式真三維顯示系統(tǒng) 中深度位于任意兩層相鄰顯示體之間的待顯示體素，分解為分別分布在3個(或4個）相鄰 顯示體上的3個(或4個）分量體素，具體如下： (1) 、對于深度位于第〇層與第1層顯示體之間、三維坐標為（x，y，d)(0 f X < X，〇 = y < Y，〇 = d < D)、RGB亮度值為B的待顯示體素 P，在顯示時用3個分量體素 Pl，P2, P3等效替代，所述的3個分量體素 Pl，P2, P3分別位于第0層，第1層，第2層 連續(xù)3層顯示體上，三維坐標分別為（x，y，0)、（x，y，D)、（x，y，2D)的，RGB亮度值分別為 B X (1/2+3 X (D-d)/2D), B X (d/D), B X (d/2D)； (2) 、對于深度位于第M(1 f M f N-3)層與第M+l層顯示體之間、三維坐標為 (叉，7,0父皿+(1)(0蘭叉<父，0蘭 7<￥，0蘭（1<0)、1?8亮度值為8的待顯示體素？，則 顯示時用4個分量體素 Pl，P2, P3, P4等效替代，所述的4個分量體素 Pl，P2, P3, P4分 別位于第M-1層，第Μ層，第M+1層，第M+2層連續(xù)4層顯示體上，三維坐標分別為 (x，y，DX(M-l))、（x，y，DXM)、（x，y，DX(M+1))、（x，y，DX(M+2))，RGB 亮度值分別為 B X (1-(d+D) /3D)，B X (1-d/D)，B X (d/D)，B X ((d+D)/3D); (3) 對于深度位于第N-2層與第N-l層顯示體之間、三維坐標為（x，y，DX (N-2)+d) (〇蘭x < X，〇蘭y < Y，〇蘭d < D)、RGB亮度值為B的待顯示體素 P，在顯示時用3個分量體 素 P1，P2，P3等效替代，所述的3個分量體素 P1，P2，P3分別位于第N-3層，第N-2層，第N-1 層連續(xù)3層顯示體上，三維坐標分別為（x，y，DX (N-3))、（x，y，DX (N-2))、（x，y，DX (N-1)) 的，RGB 亮度值分別為 B X ((D-d) /2D)，B X ((D-d) /D)，B X (2-3 X (D-d) /2D)。
[0008] 上述的待顯示體素是指從圖形源傳輸?shù)焦虘B(tài)真三維顯示系統(tǒng)，等待顯示的體素， 其數(shù)據(jù)包含了 RGB亮度值和三維坐標兩部分。
[0009] 上述的分量體素是指由待顯示體素進行RGB亮度值分解而產(chǎn)生的，位于顯示體上 能夠?qū)嶋H顯示的體素。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于： 1、將每一待顯示體素在更多相關(guān)顯示體上進行RGB亮度值分解，增加了分量體素的數(shù) 量，增大了三維圖像在深度連續(xù)條件下的偏軸觀察角。
[0011] 2、每一待顯示體素分解的分量體素的RGB亮度值之和現(xiàn)有技術(shù)相比提高了一倍， 有效提升了顯不殼度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明中固態(tài)體積式真三維顯示系統(tǒng)顯示空間三維坐標示意圖； 圖2是本發(fā)明中一個顯示體的三維圖像的三視圖； 圖3是使用現(xiàn)有技術(shù)多層抗鋸齒算法時的分量體素分布示意圖； 圖4是使用本發(fā)明的深度抗鋸齒算法時的分量體素分布示意圖。

【具體實施方式】
[0013] 下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0014] 本實施例中固態(tài)體積式真三維顯示系統(tǒng)具有20層顯示體（編號為第0層至第19 層），即N=20。顯示空間三維分辨率為1024X768X608,任意2層顯示體之間深度分辨率 D=32。
[0015] 如圖1所示，固態(tài)體積式真三維顯示系統(tǒng)具有20層液晶光閥，顯示空間三維分辨 率1024X768X608是指X方向（列方向）具有1024體素分辨率，Y方向（行方向）具有 768體素分辨率，方向（深度方向）具有608體素分辨率。編號為第i (0 = i = 19)層的顯 示體，在Z軸上深度坐標為32i。
[0016] 如圖2所示為固態(tài)體積式真三維顯示系統(tǒng)一個待顯示的三維圖像的三視圖。這個 三維圖像為一個圓錐體，圓錐體底面所在Z軸上深度坐標為0,頂點所在Z軸上深度坐標為 607。
[0017] 如圖3所示為使用現(xiàn)有多層抗鋸齒算法時待顯示體素在顯示體上的分量體素分 布情況?？梢?，兩層相鄰的顯示體之間的每個待顯示體素被分解為2個分量體素，分別分布 在這兩個相鄰的顯示體上。當觀察者的偏軸觀察角為α時，觀看到的三維圖像的分量體素 有不連續(xù)現(xiàn)象，圖像在深度方向產(chǎn)生斷裂感。
[0018] 如圖4為使用本發(fā)明的深度抗鋸齒算法時待顯示體素在顯示體上的分量體素分 布情況。
[0019] 對于所顯示的圓錐體，深度位于第M(1 f Μ = 17)層與第Μ+1層顯示體之間的、三 維坐標為（X，y，DXM+d) (0芻X < 1024, 0芻y < 768, 0芻d < 32)、RGB亮度值為B的待顯 示體素 P，在顯示時用位于第M-1層，第Μ層，第M+1層，第M+2層這連續(xù)4層顯示體上 三維坐標分別為（x，y，32X (M-l))、（X，y，32XM)、（x，y，32X (M+l))、（x，y，32X (Μ+1))的 4 個分量體素 Pl，P2, P3, P4等效替代，且Pl，P2, P3, P4的RGB亮度值： BP1=BX (l-(d+32)/96) BP2=BX (l-d/32) BP3=BX (d/32) Bp4=BX ((d+D)/96) 深度位于第〇層與第1層顯示體之間的、三維坐標為（x，y，d)、RGB亮度值為B的待顯 示體素 P，在顯示時用位于第0層，第1層，第2層這連續(xù)3層顯示體上三維坐標分別為 (x，y，0)、（x，y，32)、（x，y，64)的 3 個分量體素 P1，P2，P3 等效替代，且 P1，P2，P3 的 RGB 亮 度值： BP1=BX (1/2+3 X (32-d)/64) Bp2=BX (d/32) Bp3=BX (d/64) 深度位于第18層與第19層顯示體之間的、三維坐標為（x，y，576+d)、RGB亮度值為B 的待顯示體素 P，在顯示時用位于第17層，第18層，第19層這連續(xù)3層顯示體上三維坐 標分別為（X，y，544)、（X，y，576)、（X，y，608)的3個分量體素 Pl，P2, P3等效替代，且P1， P2, P3的RGB亮度值： BP1=BX ((32-d)/64) BP2=BX ((32-d)/32) BP3=BX (2-3 X (32-d)/64) 可見，兩層相鄰的顯示體之間的每個待顯示體素被分解為3個或4個分量體素，分別分 布在3個或4個相鄰的顯示體上。當觀察者的偏軸觀察角為α時，觀看到的三維圖像的分 量體素依然連續(xù)，圖像在深度方向過渡平滑。在三種情況下，分量體素的RGB亮度值之和均 為2XB，與現(xiàn)有技術(shù)相比所有待顯示體素的亮度提高一倍；且各個分量體素的RGB亮度與 待顯示體素與顯示體的距離成線性反比關(guān)系，符合人眼的立體視覺特性，各個分量體素的 RGB亮度值合成結(jié)果符合待顯示體素的心理深度感受。
【權(quán)利要求】
1. 一種固態(tài)體積式真三維深度抗鋸齒算法，所述固態(tài)體積式真三維顯示系統(tǒng)具有N層 (編號為第〇層至第N-1層）顯示體、其三維分辨率為XXYX (DX (N-l)) (D為任意兩層顯 示體之間的深度分辨率）；其特征在于：所述的抗鋸齒算法將固態(tài)體積式真三維顯示系統(tǒng) 中深度位于任意兩層相鄰顯示體之間的待顯示體素，分解為分別分布在3個(或4個）相鄰 顯示體上的3個(或4個）分量體素，具體如下： (1) 、對于深度位于第〇層與第1層顯示體之間、三維坐標為（x，y，d)(0 f X < X，〇 = y < Y，〇 = d < D)、RGB亮度值為B的待顯示體素 P，在顯示時用3個分量體素 Pl，P2, P3等效替代，所述的3個分量體素 Pl，P2, P3分別位于第0層，第1層，第2層 連續(xù)3層顯示體上，三維坐標分別為（x，y，0)、（x，y，D)、（x，y，2D)的，RGB亮度值分別為 B X (1/2+3 X (D-d)/2D), B X (d/D), B X (d/2D)； (2) 、對于深度位于第M(1 f M f N-3)層與第M+l層顯示體之間、三維坐標為 (叉，7,0父皿+(1)(0蘭叉<父，0蘭 7<￥，0蘭（1<0)、1?8亮度值為8的待顯示體素？，則 顯示時用4個分量體素 Pl，P2, P3, P4等效替代，所述的4個分量體素 Pl，P2, P3, P4分 別位于第M-1層，第Μ層，第M+1層，第M+2層連續(xù)4層顯示體上，三維坐標分別為 (x，y，DX (M-l))、（x，y，DXM)、（x，y，DX (M+l))、（x，y，DX (M+2))，RGB 亮度值分別為 B X (1-(d+D)/3D)，B X (1-d/D)，B X (d/D)，B X ((d+D)/3D); (3) 對于深度位于第N-2層與第N-l層顯示體之間、三維坐標為（x，y，DX (N-2)+d) (〇蘭x < X，〇蘭y < Y，〇蘭d < D)、RGB亮度值為B的待顯示體素 P，在顯示時用3個分量體 素 P1，P2，P3等效替代，所述的3個分量體素 P1，P2，P3分別位于第N-3層，第N-2層，第N-1 層連續(xù)3層顯示體上，三維坐標分別為（x，y，DX (N-3))、（x，y，DX (N-2))、（x，y，DX (N-1)) 的，RGB 亮度值分別為 B X ((D-d) /2D)，B X ((D-d) /D)，B X (2-3 X (D-d) /2D)。
2. 根據(jù)權(quán)利1所述的一種固態(tài)體積式真三維深度抗鋸齒算法，其特征在于，所述待顯 示體素是指從圖像源傳輸?shù)焦虘B(tài)體積式真三維顯示系統(tǒng)，等待顯示的體素，其數(shù)據(jù)包含了 三維坐標和RGB亮度值兩部分。
3. 根據(jù)權(quán)利1所述的一種固態(tài)體積式真三維深度抗鋸齒算法，其特征在于，所述分量 體素是指由待顯示體素進行RGB亮度值分解而產(chǎn)生的，位于顯示體上能夠?qū)嶋H顯示的體 素，其數(shù)據(jù)包含了三維坐標和RGB亮度值兩部分。
【文檔編號】G06T5/00GK104123754SQ201410345915
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】方勇, 張應松, 呂國強 申請人:合肥工業(yè)大學