[发明专利]真三维显示系统

说明书

技术领域

本发明主要涉及三维（3D）显示领域。更具体地，本发明涉及基于多投影机旋转屏的真三维（Real3D）显示的系统和方法，其中真三维也被称之为体三维（Volumetric3D）。适合于真三维显示系统应用有：图形处理中的粒子系统计算和显示，有限元计算和显示，空气动力学和流体力学等物理模拟和显示，气象分析、地球系统模拟和显示，太空模拟和显示，医学成像中的层析图像处理（CT或MR）和显示，分子动力学模拟和显示，空中交通控制和显示等领域。

背景技术

目前三维（3D）显示技术主要三种：立体三维显示（Stereo3D）,体三维显示（Volumetric3D）,全息三维显示（Holographic3D）。

全息显示技术能够完整地再现物体的波光场的振幅和位相信息，所以再现影像与原物体有着完全相同的三维特性。从这种意义上来说，全息像才是真正的三维像。其代表了立体显示技术的未来发展方向。但由于太大的海量数据传输和存储，全息动态显示在目前的技术水平上还不现实。

类似于立体声是基于人的双耳双声道立体听觉原理，立体三维显示是基于人的双目双画面的立体视觉原理。借助于眼镜或者斜光栅屏幕的立体三维显示能提供有限的三维视觉，但人眼在观察时，画面没有真实的景深，聚焦和调节不能匹配，长时间观看容易疲劳。立体三维显示在技术实现和显示效果上都有实际意义，目前已经开始了市场推广，用于立体电视和计算机立体显示器。

体三维显示技术在真实的三维空间显示，也被称之为一种真三维，是一种直接可视、全角度可视、真实景深可视和多人可视的三维空间显示技术。在技术实现和显示效果上都比较有优势。但是，目前基于旋转屏的真三维显示技术也有局限性，主要是由于需要高速旋转，屏幕尺寸和重量不能太大；另外由于是空间显示，效果是一种透明的或半透明的图像，不适合通用显示场合。因此，真三维显示技术比较适合于一些专用场合，例如透视图像的显示，气体和液体图像的显示。这些专用场合应用最好是：图形处理中的粒子系统计算，空气动力学和流体力学等物理模拟，气象分析、地球系统模拟，太空模拟，医学成像中的三维透视图像处理，空中交通控制等领域。

自上世纪40年代起，发明家们在真三维显示方面已经做出了重大的努力。如以下部分基于旋转屏的真三维显示技术的相关专利记录：

1940,usa2189374,ApparatusForFormingThreeDimensionalImages

1961,usa2967905,ThreeDimensionalDisplayApparatus

1964,usa3140415,Three-DimensionalDisplayCathodeRayTube

1965,usa3204238,CathodeRayTubeForThree-DimensionalPresentations

1997,usa5703606，Threedimensionaldisplaysystem

2003，usa6554430，Volumetricthree-dimensionaldisplaysystem

2007，cn200710107887，基于多投影机旋转屏的体三维显示系统

2008，cn200810114457，基于多投影机旋转屏三维影像可触摸的真三维显示方法

现有比较成熟的真三维显示技术包括：基于美国德州仪器的数字微镜器件（DMD）的投影机，投影到旋转盘屏幕上实现一种球体或圆柱体的真三维显示(现实系统公司，ActualitySystemInc.)。该技术已经形成商用产品，有了市场和销售。该技术和系统如图12现实系统公司的专利示意图所示。

现实系统公司这种显示技术是基于单投影机旋转屏的体三维显示装置。所使用的基于DMD技术的三片式投影机的帧频可以达到5KHz，体像素达到100M（一亿多体像素），体刷新率25Hz。体分辨率目前达到768×768×198，是其中二维分辨率是768×768，旋转角度分辨率是198。单投影机帧频与旋转角度分辨率和体刷新率关系是：

单投影机帧频=旋转角度分辨率x体刷新率

由于受到投影机帧频5KHz的限制，体分辨率特别是旋转角度分辨率很难进一步提高。单投影机的DMD芯片长时间处于强光照射下的发热问题导致照明光源的功率受到限制，显示图像的亮度也受到了限制。更严重的是数据量和处理器的运算量都成三次方或更高地增长，而且芯片处理器过于集中，难以实现实时动态处理和实时动态的真三维显示。