[发明专利]用于三维显示和交互的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维显示技术，更具体地讲，涉及一种能够进行三维显示和交互的设备和方法。

背景技术

三维(3D)技术在多个领域(诸如消费电子领域，医疗成像领域等)中已显示出巨大的发展潜力。目前，已出现了多种3D显示技术，例如，使用眼镜的3D显示技术和无需眼镜的3D显示技术。考虑到使用眼镜的3D显示技术容易引起用眼疲劳，因此，无需眼镜的3D显示技术由于其便利性引起了更多的关注。

无需眼镜的3D显示技术包括全息摄影、自动立体成像、全景成像等。全息摄影的方法需要相干光，并且在记录和再现放置在一定距离处的较大对象方面有一些困难。自动立体成像方法是一种使用柱状透镜或视差屏障来实现3D显示的方式，然而，在这种方法中，仅能够实现水平透视差。此外，观看图像的双眼会聚角和图像的焦点可能不同，使得会存在用眼疲劳的现象。对于具有水平透视差和垂直透视差两者的3D图像而言，一般采用全景成像的3D显示方法，在该方法中，真实的3D对象被重构，并且观看3D对象的双眼会聚角与所述对象的焦点保持相同，因而不会造成用眼疲劳。

除了以上描述的3D显示技术以外，3D交互技术也是3D技术的一种应用。3D交互是一种人机交互的形式，在3D交互中，用户可在3D空间中移动并执行交互。用于交互的3D空间可以是真实的物理空间、在计算机中模拟的虚拟空间、或者是两者的组合，当真实的空间被用于输入交互数据时，用户通常做出一些动作来对使用检测用户的交互动作的3D位置的装置的机器发布命令。当使用模拟的虚拟空间时，模拟的3D虚拟空间可通过输出装置被投影到真实的环境中。

无需眼镜的3D显示技术对于3D交互非常有用，这是因为用户会更倾向于不使用任何眼镜来操纵3D对象。此外，使双眼的会聚角与对象的焦点保持相同对于避免眼部不适也非常重要。而全景成像技术提供了一种在不会产生用眼疲劳的情况下可实现实际的3D交互的可能性，其中，实际的3D显示对象可由交互装置(例如，可以是用户的手部或者是任何其他由用户进行操纵的装置)来操纵，并且所述交互装置的运动可以是深度感知的并且能够被对3D交互进行处理的装置分析和处理。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种用于三维显示和交互的设备，所述设备包括：显示与捕捉单元，被配置为将控制单元提供的三维显示内容转换为三维虚拟对象并在三维空间中显示三维虚拟对象，以及获取用户使用交互装置在三维空间中做出的交互姿态的深度信息；控制单元，被配置为从所述显示与捕捉单元获取所述交互姿态的深度信息并产生与所述交互姿态相应的深度图，基于产生的深度图分析三维虚拟对象与所述交互装置之间的碰撞，根据对碰撞的分析结果更新三维显示内容并将更新的三维显示内容提供给所述显示与捕捉单元，以在三维空间中更新三维虚拟对象的显示。

所述显示与捕捉单元可包括：图像显示单元，被配置为显示控制单元提供的三维显示内容；三维成像单元，布置在图像显示单元的前面，被配置为将图像显示单元显示的三维显示内容转换为在三维空间中显示的三维虚拟对象；捕捉单元，布置在三维成像单元的背面，被配置为通过三维成像单元获取用户使用交互装置在三维空间中做出的交互姿态的深度信息。

所述用于三维显示和交互的设备还可包括：照明单元，布置在图像显示单元的背面，用于为图像显示单元提供照明光。

三维成像单元可以是柱状透镜或微透镜阵列，或者是在控制单元的控制下显示为栅栏、针孔阵列、或栅栏和针孔阵列的组合的液晶显示LCD面板。

所述照明单元可包括：背光单元，与图像显示单元相平行地布置在图像显示单元的背面，从而将照明光直接提供给图像显示单元。

所述照明单元可包括：背光单元，与图像显示单元相垂直地布置在图像显示单元背面的顶部或底部；光反射单元，布置在图像显示单元的背面，用于将垂直布置的背光单元发出的光反射至图像显示单元，以为图像显示单元提供照明光。

所述光反射单元可以是半透射反射器件。

所述捕捉单元可布置在半透射反射器件的背面，从做出交互姿态的交互装置发出并透过三维成像单元的光可穿过所述半透射反射器件到达捕捉单元，从而捕捉单元可获取交互姿态的深度信息。

所述半透射反射装置可以是分光器。

所述光反射单元可以是用于反射光的全反射器件。

所述捕捉单元和背光单元可与图像显示单元相垂直地布置在图像显示单元的背面，其中，所述全反射器件将从做出交互姿态的交互装置发出并透过三维成像单元的光反射至捕捉单元，从而捕捉单元获取交互姿态的深度信息。