專利名稱：體三維顯示中體素均勻分布的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及體三維顯示(volumetric three-dimensional display，是一種能夠在具有真實(shí)體積的顯示空間中對(duì)圖像信息進(jìn)行再現(xiàn)的三維顯示)，特別是涉及基于旋轉(zhuǎn)顯示屏的體三維顯示中的體素(voxel--volumetric picture element，是三維空間中構(gòu)成三維圖像的最小組成要素)均勻分布的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
體三維顯示有別于那些將圖像信息再現(xiàn)在僅具有兩個(gè)可測(cè)量維度的表面上的三維顯示，它將圖像信息再現(xiàn)在真正具有三個(gè)可測(cè)量維度的顯示空間中。在已公知的現(xiàn)有體三維顯示中，有一種通過二維顯示屏的快速旋轉(zhuǎn)將含有原始圖像不同位置截面信息的一系列二維點(diǎn)陣圖像按順序顯示在不同空間位置上，利用視覺暫留效應(yīng)使這些點(diǎn)陣圖像序列看似同時(shí)浮現(xiàn)在顯示空間中，進(jìn)而使其所對(duì)應(yīng)形成的那些分散在不同空間位置上、具備原始圖像局部三維特征的體素被融合感知為一幅浮現(xiàn)在顯示空間中的三維圖像。所述顯示空間以及位于其中的體素可以利用空間直角坐標(biāo)、柱面坐標(biāo)或球面坐標(biāo)予以描述。
在上述基于旋轉(zhuǎn)顯示屏的體三維顯示中，無論是利用旋轉(zhuǎn)中的二維發(fā)光屏主動(dòng)顯示二維點(diǎn)陣圖像(參見US4160973，1979.7.10；“基于旋轉(zhuǎn)二維發(fā)光二極管陣列的體三維顯示系統(tǒng)”，林遠(yuǎn)芳、劉旭、劉向東、張曉潔，光學(xué)學(xué)報(bào)，第23卷第10期，第1158～1162頁，2003年10月)，還是利用旋轉(zhuǎn)中的二維投影屏被動(dòng)顯示二維點(diǎn)陣圖像(參見US6554430，2003.4.29)，所對(duì)應(yīng)形成的體素都不是均勻分布在可構(gòu)成空間直角坐標(biāo)系三根坐標(biāo)軸的三個(gè)相互垂直的方向上。造成這一問題的原因是點(diǎn)陣圖像序列因屏幕旋轉(zhuǎn)而分散在顯示空間中，相當(dāng)于將該空間分割成包含轉(zhuǎn)軸且夾角相同的多個(gè)扇區(qū)，一方面，在平行于轉(zhuǎn)軸的豎直方向上，每幅二維點(diǎn)陣圖像所對(duì)應(yīng)形成的相同離軸距離的體素都是等間距排列，另一方面，在垂直于轉(zhuǎn)軸的水平面上，不同離軸距離的體素分散在半徑各異的一組同心圓上，相鄰二維點(diǎn)陣圖像所對(duì)應(yīng)形成的體素在圓周方向上角間距相同，線間距分別成正比于體素自身與轉(zhuǎn)軸間的徑向距離，離轉(zhuǎn)軸越近的體素在圓周方向上的線間距越小，反之越大，即，從轉(zhuǎn)軸附近的中央顯示區(qū)域到遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸的邊緣顯示區(qū)域逐漸由密變疏。綜上所述可知基于旋轉(zhuǎn)顯示屏的體三維顯示中體素分布特點(diǎn)在顯示空間中平行于轉(zhuǎn)軸的豎直方向上疏密一致，垂直于轉(zhuǎn)軸的水平面上疏密不一(內(nèi)密外疏)，每個(gè)水平面上的分布都相同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種體三維顯示中體素均勻分布的實(shí)現(xiàn)方法，用于使體三維顯示中的體素在經(jīng)過取舍之后按照所要求方式均勻分布在顯示空間中；進(jìn)一步的目的是，提供一種基于旋轉(zhuǎn)顯示屏的體三維顯示中體素均勻分布實(shí)現(xiàn)方法，用于使此類體三維顯示中的體素在經(jīng)過取舍之后按照空間直角坐標(biāo)均勻分布在顯示空間中，以克服現(xiàn)有此類體三維顯示中的體素僅在顯示空間中平行于轉(zhuǎn)軸的豎直方向上疏密一致地分布，而在顯示空間中垂直于轉(zhuǎn)軸的水平面上疏密不一地分布這一不足，或者至少給公眾提供一個(gè)有用的選擇。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種體三維顯示中體素均勻分布的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟1)分析待處理的顯示空間的形狀、大小以及位于其中的體素的分布特點(diǎn)；2)根據(jù)所要求體素均勻分布于其中的顯示空間的范圍、形狀以及所要求體素均勻分布方式，構(gòu)造具有合適范圍和形狀的模板空間，以及位于該模板空間中的、由按照所要求體素均勻分布方式排列的參考點(diǎn)組成的三維參考點(diǎn)陣；3)定義用于計(jì)算體素與相應(yīng)參考點(diǎn)之間空間距離的位置偏差求取函數(shù)，逐一判斷體素與相應(yīng)參考點(diǎn)之間的位置偏差是否落在規(guī)定的容許范圍內(nèi)，若是，則保留體素，否則，舍棄體素。
所述的步驟2)包含以下情形如果要求體素在呈圓柱體形狀的顯示空間中按照空間直角坐標(biāo)均勻分布，則構(gòu)造內(nèi)接于該顯示空間的、呈長(zhǎng)方體形狀并且具有正方形底面的模板空間，以及位于該模板空間中的、由均勻分布在可構(gòu)成空間直角坐標(biāo)系三根坐標(biāo)軸的三個(gè)相互垂直方向上的參考點(diǎn)組成的三維參考點(diǎn)陣；如果要求體素在呈球體形狀的顯示空間中按照空間直角坐標(biāo)均勻分布，則構(gòu)造內(nèi)接于該顯示空間的、呈立方體形狀的模板空間，以及位于該模板空間中的、由均勻分布在可構(gòu)成空間直角坐標(biāo)系三根坐標(biāo)軸的三個(gè)相互垂直方向上的參考點(diǎn)組成的三維參考點(diǎn)陣；如果要求體素按照柱面坐標(biāo)或球面坐標(biāo)均勻分布，則應(yīng)按照所要求的柱面坐標(biāo)或球面坐標(biāo)均勻分布方式來構(gòu)造相應(yīng)的三維參考點(diǎn)陣。
所述的步驟3)具體為假設(shè)體素與參考點(diǎn)在空間中的位置偏差最大容許值為e，任意一個(gè)體素和任意一個(gè)參考點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)分別為(xvoxel，yvoxel，zvoxel)、(xref，yref，zref)，則可定義位置偏差求取函數(shù)
f=(xvoxel-xref)2+(yvoxel-yref)2+(zvoxel-zref)2]]>在得到位置偏差求取函數(shù)值f后，逐一判斷f≤e是否成立，若是，則說明所述體素與所述參考點(diǎn)之間的位置偏差落在規(guī)定的容許范圍內(nèi)，認(rèn)為兩者在空間上重合，體素予以保留，否則，舍棄體素。
本發(fā)明所述的方法中所述體三維顯示為基于旋轉(zhuǎn)顯示屏的體三維顯示。
所述顯示屏包括矩形屏和圓形屏，用于顯示具有按行列方式等間距排列的像素(pixel--picture element，是二維圖像的最小組成要素)的二維點(diǎn)陣圖像。
所述顯示屏呈矩形形狀，用于顯示具有按行列方式等間距排列的像素的二維點(diǎn)陣圖像；所述待處理的顯示空間呈圓柱體形狀；所述待處理的體素的分布特點(diǎn)是，在所述顯示空間中平行于轉(zhuǎn)軸的豎直方向上疏密一致，在垂直于轉(zhuǎn)軸的水平面上疏密不一，每個(gè)水平面上的體素分布都相同；所要求體素均勻分布方式是，按照空間直角坐標(biāo)均勻分布在圓柱形顯示空間中。
所述的步驟2)具體為構(gòu)造內(nèi)接于所述圓柱形顯示空間的、呈長(zhǎng)方體形狀并且具有正方形底面的模板空間，以及位于該模板空間中的、由均勻分布在可構(gòu)成空間直角坐標(biāo)系三根坐標(biāo)軸的三個(gè)相互垂直方向上的參考點(diǎn)組成的三維參考點(diǎn)陣，該點(diǎn)陣中的參考點(diǎn)在水平面橫、縱方向上的相鄰間距相同，且至少等于該模板空間中待處理的體素在水平面圓周方向上的最大相鄰間距，參考點(diǎn)在豎直方向上的相鄰間距等于該模板空間中待處理的體素在豎直方向上的相鄰間距。
所述的步驟3)具體為假設(shè)體素與參考點(diǎn)在Θ、R方向上的位置偏差最大容許值分別為e1、e2，水平面上的任意一個(gè)體素和任意一個(gè)參考點(diǎn)的柱面坐標(biāo)分別為(rvoxel，θvoxel，z)、(rref，θref，z)，首先判斷|θvoxel-θref|≤e1是否成立，如果是，則說明所有具有θvoxel坐標(biāo)的體素與所述參考點(diǎn)在Θ方向上的位置偏差都落在容許范圍內(nèi)，接著判斷|rvoxe-rref|≤e2是否成立，若是，則說明坐標(biāo)為(rvoxel，θvoxel，z)的所述體素與所述參考點(diǎn)在R方向上的位置偏差也落在容許范圍內(nèi)，可認(rèn)為兩者在空間上重合，因此該體素予以保留；若|θvoxel-θref|≤e1不成立，則不必再進(jìn)行后續(xù)操作，而是逐個(gè)以其它參考點(diǎn)為基準(zhǔn)重復(fù)上述過程，得到另一些需要保留的體素。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及積極效果能使體三維顯示中的體素在經(jīng)過取舍之后按照所要求方式均勻分布在顯示空間中，具有簡(jiǎn)單易行、普適性好、應(yīng)用靈活的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于現(xiàn)有的基于旋轉(zhuǎn)顯示屏的體三維顯示系統(tǒng)，無需改動(dòng)硬件就能實(shí)現(xiàn)體素按照空間直角坐標(biāo)均勻分布，克服現(xiàn)有此類體三維顯示中的體素僅在顯示空間中平行于轉(zhuǎn)軸的豎直方向上疏密一致地分布，而在顯示空間中垂直于轉(zhuǎn)軸的水平面上疏密不一地分布這一不足。由于體素是三維空間中構(gòu)成三維圖像的最小組成要素，其分布均勻與否直接影響到三維圖像再現(xiàn)效果的好壞，因此本發(fā)明更進(jìn)一步的有益效果是，能有效地消除體素分布不均勻給三維圖像再現(xiàn)帶來的后續(xù)不利影響。
應(yīng)用了本發(fā)明的基于旋轉(zhuǎn)顯示屏的體三維顯示系統(tǒng)相比于現(xiàn)有的此類體三維顯示系統(tǒng)，將在克服由于體素分布不均勻引起的那些不盡如人意的問題、改善三維再現(xiàn)效果方面具有顯著的進(jìn)步。更具體地說，在現(xiàn)有的此類體三維顯示中，體素在垂直于轉(zhuǎn)軸的水平面上分布疏密不一，從轉(zhuǎn)軸附近的中央顯示區(qū)域到遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸的邊緣顯示區(qū)域逐漸由密集變?yōu)橄∈?，這會(huì)使不同顯示區(qū)域內(nèi)的同一幅原始三維圖像具有不同的再現(xiàn)效果，此外，轉(zhuǎn)軸附近只有較小空間可以用來分散體素，可能會(huì)因?yàn)轶w素過于密集而導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)再現(xiàn)信息模糊不清；而應(yīng)用了本發(fā)明的此類體三維顯示中的體素在整個(gè)顯示空間中都是按空間直角坐標(biāo)均勻分布，這種疏密一致性能夠使顯示空間中不同顯示區(qū)域內(nèi)的同一幅原始圖像始終具有相同的三維再現(xiàn)效果，無論將它平移到哪個(gè)區(qū)域，那些用來構(gòu)成再現(xiàn)圖像的體素個(gè)數(shù)及相互關(guān)系都不會(huì)改變，此外，轉(zhuǎn)軸附近的體素密集情況得到改善，能使該區(qū)域內(nèi)的再現(xiàn)信息清晰可辨。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1是體三維顯示中體素均勻分布的實(shí)現(xiàn)方法所包括的步驟；圖2是利用旋轉(zhuǎn)顯示屏提供顯示空間和二維點(diǎn)陣圖像序列的示意性圖解；圖3是分散于空間中的二維點(diǎn)陣圖像序列所形成的三維體素點(diǎn)陣側(cè)視圖；圖4是空間直角坐標(biāo)系XYZ和柱面坐標(biāo)系RΘZ中的一幅二維點(diǎn)陣圖像；圖5是用于取舍三維體素點(diǎn)陣以使其分布均勻的三維參考點(diǎn)陣側(cè)視圖；圖6是顯示空間中待處理的三維體素點(diǎn)陣與模板空間中的三維參考點(diǎn)陣相互疊加之后的俯視圖，其中，模板空間外切于顯示空間；圖7是顯示空間中待處理的三維體素點(diǎn)陣與模板空間中的三維參考點(diǎn)陣相互疊加之后的俯視圖，其中，模板空間內(nèi)接于顯示空間；圖8是利用模板空間中的參考點(diǎn)來取舍顯示空間中的體素的示意性圖解；圖9是三維體素點(diǎn)陣被一較佳實(shí)施例三維參考點(diǎn)陣取舍之后的俯視圖；圖10是三維體素點(diǎn)陣被另一較佳實(shí)施例三維參考點(diǎn)陣取舍之后的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
下面以基于旋轉(zhuǎn)顯示屏的體三維顯示為例，參照?qǐng)D2至圖8詳細(xì)解釋圖1體三維顯示中體素均勻分布的實(shí)現(xiàn)方法所包括的步驟101、102和103。
1)分析待處理的顯示空間的形狀、大小以及位于其中的體素的分布特點(diǎn)；圖2中，矩形顯示屏3繞著其自身豎直邊線4快速旋轉(zhuǎn)，在形成具有一定直徑和高度的圓柱形三維顯示空間5的同時(shí)，能在不同空間位置上按順序顯示具有按行列方式等間距排列的像素2的多幅二維點(diǎn)陣圖像。為清晰起見，圖中只示出其中的兩幅301和302，并且放大了像素的尺寸和相鄰間距。由于人眼的視覺暫留效應(yīng)，分散在空間中的所有像素都會(huì)被對(duì)應(yīng)看成是在它們被顯示時(shí)“駐留”在空間中的體素，并且，同一行不同列像素所對(duì)應(yīng)形成的體素將分布在高度相同但半徑不同的圓上，同一列不同行像素所對(duì)應(yīng)形成的體素將分布在半徑相同但高度不同的圓上，它們共同構(gòu)成一個(gè)三維體素點(diǎn)陣。
假設(shè)圖2中的屏幕3在顯示空間5中依次顯示了16幅在旋轉(zhuǎn)方向上夾角相同的二維點(diǎn)陣圖像，則會(huì)形成圖3中的分辨率為3×5×16的三維體素點(diǎn)陣6，它包含3個(gè)在豎直方向上等間距分布的二維體素點(diǎn)陣601、602和603，它們的分辨率均為5×16并具有相同的體素分布，只是體素不以矩陣方式排列，而是夾角相等地分布在5個(gè)半徑各異的同心圓圓周上，每個(gè)圓周各包含16個(gè)體素(圖中的白色小矩形)，這里只標(biāo)出位于二維體素點(diǎn)陣601中半徑最大的那個(gè)圓周上的體素6011～6018。由此可知，三維體素點(diǎn)陣6中的體素在豎直方向上疏密一致，而在水平面上疏密不一，呈現(xiàn)出內(nèi)密外疏的分布特點(diǎn)。
在參照?qǐng)D2、圖3所做的上述示例分析基礎(chǔ)上，根據(jù)顯示空間中二維點(diǎn)陣圖像的總幅數(shù)L及分辨率M×N，可獲知待處理的分辨率為M×N×L的三維體素點(diǎn)陣的分布特點(diǎn)，這里對(duì)此不再贅述，而是利用圖4中的柱面坐標(biāo)系RΘZ來表述二維點(diǎn)陣圖像301和體素6011的空間位置。一方面，顯示屏在Θ方向上每轉(zhuǎn)過2π/L，就在RZ平面上提供1幅二維點(diǎn)陣圖像，每轉(zhuǎn)過2π就提供L幅二維點(diǎn)陣圖像，這些圖像在空間中的位置可利用它們各自所對(duì)應(yīng)的面索引號(hào)l標(biāo)識(shí)，其中l(wèi)＝1，2，…，L；另一方面，每幅二維點(diǎn)陣圖像都對(duì)應(yīng)形成M×N個(gè)排成矩陣的體素，這些體素在矩陣中的位置也可利用它們各自所對(duì)應(yīng)的列索引號(hào)m和行索引號(hào)n標(biāo)識(shí)，其中m＝1，2，…，M；n＝1，2，…，N。綜合以上兩方面分析可推知顯示空間中第l幅二維點(diǎn)陣圖像301上的、第m列第n行體素6011的柱面坐標(biāo)為(rm，θl，zn)，其中，rm、θl、zn分別表示它與轉(zhuǎn)軸之間的距離、與顯示屏起始位置之間的夾角以及它所處的高度。
2)根據(jù)所要求體素均勻分布于其中的顯示空間的范圍、形狀以及所要求體素均勻分布方式，構(gòu)造具有合適范圍和形狀的模板空間，以及位于該模板空間中的、由按照所要求體素均勻分布方式排列的參考點(diǎn)組成的三維參考點(diǎn)陣；就基于旋轉(zhuǎn)顯示屏的體三維顯示中的體素分布而言，通常不希望如步驟1)所述僅在平行于轉(zhuǎn)軸的豎直方向上疏密一致，在垂直于轉(zhuǎn)軸的水平面上卻疏密不一，而是希望體素在整個(gè)顯示空間中按照空間直角坐標(biāo)均勻分布。因?yàn)橹挥羞@樣，才能保證無論原始圖像被再現(xiàn)在顯示空間中哪一區(qū)域內(nèi)，都會(huì)有相同的三維再現(xiàn)效果。為此，可以構(gòu)造如圖5所示的、由均勻分布在可構(gòu)成空間直角坐標(biāo)系XYZ三根坐標(biāo)軸的三個(gè)相互垂直方向上的參考點(diǎn)(圖中的黑色小圓點(diǎn))組成的三維參考點(diǎn)陣7作為基準(zhǔn)，它包含五個(gè)在豎直方向上等間距分布且布局相同的二維參考點(diǎn)陣701～705，當(dāng)然，圖中的參考點(diǎn)相鄰間距和點(diǎn)數(shù)總量?jī)H僅是示意性的，它們的取值可以視具體情況而變化。
接下來參照?qǐng)D6和圖7，進(jìn)一步說明如何根據(jù)所要求體素均勻分布于其中的顯示空間的范圍、形狀以及所要求體素均勻分布方式，構(gòu)造合適的模板空間和三維參考點(diǎn)陣。圖6、圖7都以俯視方式示意了顯示空間5中待處理的三維體素點(diǎn)陣6與模板空間8中的三維參考點(diǎn)陣7相互疊加后的情形。其中，三維體素點(diǎn)陣6在水平面上都包含40個(gè)同心圓，并且每個(gè)圓周各包含128個(gè)體素；顯示空間5具有相同范圍和形狀，由于圖6中的模板空間8外切于顯示空間5，圖7中模板空間8內(nèi)接于顯示空間5，因此兩圖中三維參考點(diǎn)陣7在水平面上的分辨率有所不同，分別為40×40和28×28。
對(duì)照兩圖可以發(fā)現(xiàn)，在以三維參考點(diǎn)陣7為基準(zhǔn)對(duì)三維體素點(diǎn)陣6取舍時(shí)，圖6四個(gè)邊角處有許多用不上的參考點(diǎn)，其計(jì)算成本高于圖7，所保留的體素雖然疏密一致，但其整體布局仍可能呈同心圓弧狀，利用圖7則能使體素疏密一致且整體布局呈方格狀。因此，如果要求體素在呈圓柱體形狀的顯示空間中按照空間直角坐標(biāo)均勻分布，則所構(gòu)造的模板空間應(yīng)內(nèi)接于該顯示空間、呈長(zhǎng)方體形狀并具有正方形底面，所構(gòu)造的三維參考點(diǎn)陣中的參考點(diǎn)應(yīng)均勻分布在空間直角坐標(biāo)系的橫軸、縱軸和豎軸上，其橫縱向的相鄰間距相同，并且至少等于所述模板空間中待處理的體素在水平面圓周方向上的最大相鄰間距，豎向相鄰間距等于所述模板空間中待處理的體素的豎向相鄰間距。
3)定義用于計(jì)算體素與相應(yīng)參考點(diǎn)之間空間距離的位置偏差求取函數(shù)；逐一判斷體素與相應(yīng)參考點(diǎn)之間的位置偏差是否落在規(guī)定的容許范圍內(nèi)，若是，則保留體素，否則，舍棄體素。
除了如步驟2)所述構(gòu)造合適的模板空間及三維參考點(diǎn)陣作為基準(zhǔn)外，還應(yīng)當(dāng)考慮到參考點(diǎn)的位置和體素的位置在空間上可能無法精確重合，并且它們不重合的程度沒有明確的規(guī)律可循這一事實(shí)，這樣才不失一般性。為此，假設(shè)體素與參考點(diǎn)在空間中的位置偏差最大容許值為e，任意一個(gè)體素和任意一個(gè)參考點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)分別為(xvoxel，yvoxel，zvoxel)、(xref，yref，zref)，定義用于計(jì)算體素與相應(yīng)參考點(diǎn)之間空間距離的位置偏差求取函數(shù)f=(xvoxel-xref)2+(yvoxel-yref)2+(zvoxel-zref)2]]>在得到位置偏差求取函數(shù)值f后，判斷f≤e是否成立，若是，則說明所述體素與所述參考點(diǎn)之間的位置偏差落在規(guī)定的容許范圍內(nèi)，可以認(rèn)為兩者在空間上重合，體素予以保留，否則，舍棄體素。
上述通過判斷f≤e是否成立來取舍體素的方法具有普適意義，在基于旋轉(zhuǎn)顯示屏的體三維顯示中同樣適用，不過還可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化。由圖3和圖5分析得知，三維體素點(diǎn)陣和三維參考點(diǎn)陣在豎直方向上都可對(duì)應(yīng)分解成若干個(gè)具有相同布局并且等間距排列的二維體素點(diǎn)陣和二維參考點(diǎn)陣，因此只需說明如何以處于某一高度的水平面上的二維參考點(diǎn)陣為基準(zhǔn)來取舍與之具有相同高度的水平面上的二維體素點(diǎn)陣即可，至于豎直方向上處于其它高度的水平面上的二維體素點(diǎn)陣取舍方法則完全相同。進(jìn)一步地，每個(gè)水平面上二維參考點(diǎn)陣中各個(gè)參考點(diǎn)都是規(guī)則排列的，只需說明如何以某個(gè)參考點(diǎn)的位置為基準(zhǔn)，根據(jù)位置偏差容許范圍來取舍處于相同水平面上的體素即可，至于其它參考點(diǎn)只需逐點(diǎn)重復(fù)上述處理過程。下面參照?qǐng)D8作進(jìn)一步說明。
圖8中的數(shù)字7011表示三維參考點(diǎn)陣7所包含的位于某水平面上的一個(gè)參考點(diǎn)，數(shù)字301表示顯示空間5中的一幅二維點(diǎn)陣圖像，數(shù)字6011表示由二維點(diǎn)陣圖像301形成的與參考點(diǎn)7011處于相同水平面上的一個(gè)體素。顯然，體素601 1與參考點(diǎn)7011的位置偏差只可能出現(xiàn)在Θ、R方向上，故假設(shè)它們的柱面坐標(biāo)分別為(rvoxel，θvoxel，z)、(rref，θref，z)，體素與參考點(diǎn)在Θ、R方向上的位置偏差最大容許值分別為e1、e2。首先判斷|θvoxel-θref|≤e1是否成立，若是，說明所有具有θvoxel坐標(biāo)的二維點(diǎn)陣圖像301中的體素與參考點(diǎn)7011在Θ方向上的位置偏差都落在容許范圍內(nèi)，式子(θvoxel-e1≤θref≤θvoxel+e1)在圖8中的對(duì)應(yīng)意義是參考點(diǎn)7011位置落在(θvoxel-e1)所對(duì)應(yīng)的301′和(θvoxel+e1)所對(duì)應(yīng)的301″之間，可認(rèn)為該點(diǎn)處于θvoxel所對(duì)應(yīng)的二維點(diǎn)陣圖像301上；進(jìn)一步判斷|rvoxel-rref|≤e2是否成立，若是，說明體素6011與參考點(diǎn)7011在R方向上的位置偏差也落在容許范圍內(nèi)，體素6011就是二維點(diǎn)陣圖像301的所有體素中與參考點(diǎn)7011位置最接近的那個(gè)體素，可認(rèn)為兩者在空間上重合，因此體素6011予以保留。若|θvoxel-θref|≤e1不成立，則不必再進(jìn)行后續(xù)操作，而是逐個(gè)以其它參考點(diǎn)為基準(zhǔn)重復(fù)上述過程，得到另一些需要保留的體素。這樣，當(dāng)三維參考點(diǎn)陣中的所有參考點(diǎn)都被作為基準(zhǔn)判斷過一次后，三維體素點(diǎn)陣中各個(gè)體素是舍棄還是保留也就有了答案，最終保留下來的那些體素與跟它們各自最接近的參考點(diǎn)間的位置偏差都會(huì)落在容許范圍內(nèi)，可認(rèn)為在空間上對(duì)應(yīng)重合，意味著經(jīng)過一番取舍后，體素分布將由原先的疏密不一變成疏密一致。
實(shí)施例利用我們本身已建立的基于旋轉(zhuǎn)二維發(fā)光二極管陣列的體三維顯示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了校驗(yàn)，結(jié)果表明取得了很好的實(shí)施效果。圖9、圖10所示即是同一個(gè)三維體素點(diǎn)陣被兩個(gè)較佳實(shí)施例的三維參考點(diǎn)陣取舍之后的俯視圖。兩圖中，所構(gòu)造的模板空間都內(nèi)接于具有相同范圍和形狀的顯示空間，取向均為XY平面，三維體素點(diǎn)陣在該平面上的分辨率均為32×32，三維參考點(diǎn)陣在該平面上的分辨率分別為17×17、11×11，參考點(diǎn)相鄰間距分別是體素徑向相鄰間距的2倍和3倍，均大于體素在圓周方向上的最大相鄰間距，體素與參考點(diǎn)在Θ、R方向上的位置偏差最大容許值e1、e2分別為π/1024、0.5。
雖然這里是通過示意和舉例的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述的，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，前面的描述只被認(rèn)為是說明性的而非限制性的，只要沒有離開所附權(quán)利要求中所確立的范圍和精神實(shí)質(zhì)，可做出多種變換或修改，凡是對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式具體條件的變化、替換，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。比如，顯示屏并不局限于矩形屏，也可以是圓形屏，由此形成的顯示空間將對(duì)應(yīng)變成球形，而不是這里所描述的圓柱形；當(dāng)只要求體素均勻分布在顯示空間中的某一局部區(qū)域而非整個(gè)顯示空間時(shí)，模板空間的范圍將對(duì)應(yīng)變成內(nèi)接于所述局部區(qū)域，而不是這里所描述的內(nèi)接于整個(gè)顯示空間；本實(shí)施例中所提及的參數(shù)實(shí)際上也可以取其它一些值，其所影響的只是那些被舍棄的體素的位置和個(gè)數(shù)，而不會(huì)影響被保留下來的體素所呈現(xiàn)出的均勻布局，也就是說，無論每次會(huì)舍棄哪些位置的體素、舍棄的個(gè)數(shù)會(huì)有多少，最終得到的體素分布總是可以看作是均勻的，其原因在于，體素的取舍仍是通過以一個(gè)由按照空間直角坐標(biāo)方式均勻分布的參考點(diǎn)組成的三維參考點(diǎn)陣為基準(zhǔn)來完成的。另外，如果要求取舍之后所保留下來的體素不是按直角坐標(biāo)，而是按柱面坐標(biāo)、球面坐標(biāo)或其它空間坐標(biāo)均勻分布，同樣可以借鑒本發(fā)明，按柱面坐標(biāo)、球面坐標(biāo)或其它空間坐標(biāo)均勻分布方式來構(gòu)造相應(yīng)的三維參考點(diǎn)陣。
權(quán)利要求
1.一種體三維顯示中體素均勻分布的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟1)分析待處理的顯示空間的形狀、大小以及位于其中的體素的分布特點(diǎn)；2)根據(jù)所要求體素均勻分布于其中的顯示空間的范圍、形狀以及所要求體素均勻分布方式，構(gòu)造具有合適范圍和形狀的模板空間，以及位于該模板空間中的、由按照所要求體素均勻分布方式排列的參考點(diǎn)組成的三維參考點(diǎn)陣；3)定義用于計(jì)算體素與相應(yīng)參考點(diǎn)之間空間距離的位置偏差求取函數(shù)，逐一判斷體素與相應(yīng)參考點(diǎn)之間的位置偏差是否落在規(guī)定的容許范圍內(nèi)，若是，則保留體素，否則，舍棄體素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種體三維顯示中體素均勻分布的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述的步驟2)包含以下情形如果要求體素在呈圓柱體形狀的顯示空間中按照空間直角坐標(biāo)均勻分布，則構(gòu)造內(nèi)接于該顯示空間的、呈長(zhǎng)方體形狀并且具有正方形底面的模板空間，以及位于該模板空間中的、由均勻分布在可構(gòu)成空間直角坐標(biāo)系三根坐標(biāo)軸的三個(gè)相互垂直方向上的參考點(diǎn)組成的三維參考點(diǎn)陣；如果要求體素在呈球體形狀的顯示空間中按照空間直角坐標(biāo)均勻分布，則構(gòu)造內(nèi)接于該顯示空間的、呈立方體形狀的模板空間，以及位于該模板空間中的、由均勻分布在可構(gòu)成空間直角坐標(biāo)系三根坐標(biāo)軸的三個(gè)相互垂直方向上的參考點(diǎn)組成的三維參考點(diǎn)陣；如果要求體素按照柱面坐標(biāo)或球面坐標(biāo)均勻分布，則應(yīng)按照所要求的柱面坐標(biāo)或球面坐標(biāo)均勻分布方式來構(gòu)造相應(yīng)的三維參考點(diǎn)陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種體三維顯示中體素均勻分布的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述的步驟3)具體為假設(shè)體素與參考點(diǎn)在空間中的位置偏差最大容許值為e，任意一個(gè)體素和任意一個(gè)參考點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)分別為(xvoxel，yvoxel，zvoxel)、(xref，yref，zref)，則可定義位置偏差求取函數(shù)f=(xvoxel-xref)2+(yvoxel-yref)2+(zvoxel-zref)2]]>在得到位置偏差求取函數(shù)值f后，判斷f≤e是否成立，若是，則說明所述體素與所述參考點(diǎn)之間的位置偏差落在規(guī)定的容許范圍內(nèi)，可以認(rèn)為兩者在空間上重合，體素予以保留，否則，舍棄體素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種體三維顯示中體素均勻分布的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述體三維顯示為基于旋轉(zhuǎn)顯示屏的體三維顯示。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種體三維顯示中體素均勻分布的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述顯示屏包括矩形顯示屏和圓形顯示屏，用于顯示具有按行列方式等間距排列的像素的二維點(diǎn)陣圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種體三維顯示中體素均勻分布的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述顯示屏呈矩形形狀，用于顯示具有按行列方式等間距排列的像素的二維點(diǎn)陣圖像；所述待處理的顯示空間呈圓柱體形狀；所述待處理的體素的分布特點(diǎn)是，在所述顯示空間中平行于轉(zhuǎn)軸的豎直方向上疏密一致，在垂直于轉(zhuǎn)軸的水平面上疏密不一，每個(gè)水平面上的體素分布都相同；所要求體素均勻分布方式是，按照空間直角坐標(biāo)均勻分布在圓柱形顯示空間中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種體三維顯示中體素均勻分布的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述的步驟2)具體為構(gòu)造內(nèi)接于所述圓柱形顯示空間的、呈長(zhǎng)方體形狀并且具有正方形底面的模板空間，以及位于該模板空間中的、由均勻分布在可構(gòu)成空間直角坐標(biāo)系三根坐標(biāo)軸的三個(gè)相互垂直方向上的參考點(diǎn)組成的三維參考點(diǎn)陣，該點(diǎn)陣中的參考點(diǎn)在水平面橫、縱方向上的相鄰間距相同，且至少等于該模板空間中待處理的體素在水平面圓周方向上的最大相鄰間距，參考點(diǎn)在豎直方向上的相鄰間距等于該模板空間中待處理的體素在豎直方向上的相鄰間距。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種體三維顯示中體素均勻分布的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述的步驟3)具體為假設(shè)體素與參考點(diǎn)在Θ、R方向上的位置偏差最大容許值分別為e1、e2，水平面上的任意一個(gè)體素和任意一個(gè)參考點(diǎn)的柱面坐標(biāo)分別為(rvoxel，θvoxel，z)、(rref，θref，z)，首先判斷|θvoxel-θref|≤e1是否成立，如果是，則說明所有具有θvoxel坐標(biāo)的體素與所述參考點(diǎn)在Θ方向上的位置偏差都落在容許范圍內(nèi)，接著判斷|rvoxel-rref|≤e2是否成立，若是，則說明坐標(biāo)為(rvoxel，θvoxel，z)的所述體素與所述參考點(diǎn)在R方向上的位置偏差也落在容許范圍內(nèi)，可認(rèn)為兩者在空間上重合，因此該體素予以保留；若|θvoxel-θref|≤e1不成立，則不必再進(jìn)行后續(xù)操作，而是逐個(gè)以其它參考點(diǎn)為基準(zhǔn)重復(fù)上述過程，得到另一些需要保留的體素。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種體三維顯示中體素均勻分布的實(shí)現(xiàn)方法，包括步驟分析待處理的顯示空間的形狀、大小以及位于其中的體素的分布特點(diǎn)；根據(jù)所要求體素均勻分布于其中的顯示空間的范圍、形狀以及所要求體素均勻分布方式，構(gòu)造具有合適范圍和形狀的模板空間，以及位于所述模板空間中的、由按照所要求體素均勻分布方式排列的參考點(diǎn)組成的三維參考點(diǎn)陣；定義用于計(jì)算體素與相應(yīng)參考點(diǎn)之間空間距離的位置偏差求取函數(shù)；逐一判斷體素與相應(yīng)參考點(diǎn)之間的位置偏差是否落在規(guī)定的容許范圍內(nèi)，若是，則保留體素，否則，舍棄體素。本發(fā)明能夠使體三維顯示中的體素在經(jīng)過取舍之后按照所要求方式均勻分布在顯示空間中，具有簡(jiǎn)單易行、普適性好、應(yīng)用靈活的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04N15/00GK101022565SQ20071006736
公開日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月15日
發(fā)明者林遠(yuǎn)芳, 劉旭, 姚奕 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)