[发明专利]360度可视的直接交互式真三维虚拟显示系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种360度可视的直接交互式真三维虚拟显示系统，属于三维空间人机交互技术领域。

背景技术

真三维显示技术(True3DVolumetricDisplayTechnique)是裸眼立体显示中最新的研究方向。观察者无需佩戴任何特殊的装置即可在任意角度观察到具有物理景深的立体图像，它符合人们观察世界的真实感受，满足所有生理和心理的深度暗示。真三维显示技术能提供360度裸视立体成像，在此基础上的人机交互技术也引起了研究人员的关注。交互式真三维显示技术在计算机辅助设计、多媒体展示、教学推演和医学影像等众多领域具有广阔的应用前景和重大战略价值。

国内外对于360度可视的真三维显示已经进行了很多研究，这类显示系统一般都包括这几个特点：1提供视点校正；2可以向用户实时显示立体三维图像；3可视范围为360度4不需要佩戴额外的辅助设备。并且这些显示技术正逐步趋向于提供深度提示和校正眼睛调节的视差以及水平运动视差。实践证明，360度可视的真三维显示相比于那些仅仅含有立体效果的显示可以给观看者提供更加逼真的三维感觉。

然而目前大多数的显示系统都无法让用户和显示对象进行直接交互，一般来说这些系统都会用玻璃罩或别的透明塑料罩把用户和显示对象隔开，这主要是因为显示对象中有一部分是处于运动的状态，或者某些器件对用户有危险性，因此它们的研究方向主要集中于显示对象外围的交互，无法让用户直接与显示对象交互，这样就会妨碍用户对三维对象的真实感受。

发明内容

鉴于以上现有技术存在的问题和不足，本发明提供一种360度可视的直接交互式真三维显示系统，可以让用户直接触摸显示对象。

为达到上述目的，本发明设计一种360度可视的直接交互式真三维虚拟显示系统，包括支架、两个相同的抛物面反射镜、光学旋转同步监测器、DMD高速投影仪、视觉限制发散器、电机传动带、转动台、红外热反射镜、电机、150mm凸透镜、目标物体和Kinect设备；其中：

所述支架包含一个框式底座和一个上部吊杆；

所述Kinect设备安置于所述支架的上部吊杆且对准正下方；

所述两个相同的抛物面反射镜位于所述Kinect设备正下方，放置在所述框式底座的上端；其中一个抛物面反射镜的开口向上，另一个抛物面反射镜置于其上端，即呈蛤壳状对合放置，并使每个抛物面反射镜的中心处于另外一个反射镜的焦点上；

所述视觉限制发散器、目标物体放置在下方的抛物面反射镜的下凹处，其中视觉限制发散器与水平面呈度角，目标物体放置在所述视觉限制发散器下方；

下方的抛物面反射镜的下端通过支架固定在中空的转动台上，电机通过电机传动带驱动转动台，所述转动台还与光学旋转同步监测器连接；

所述红外热反射镜放置在转动台的下方，所述150mm凸透镜放置在所述红外热反射镜下方；所述DMD高速投影仪位于框式底座的最下方，并使DMD高速投影仪的镜头中心对准所述两个相同大小的抛物面反射镜的中心。

本发明还提供一种基于上述装置的手势识别方法，其特征在于包含如下步骤：

(一)对手势动作进行预定义；

(二)深度数据转换：用Kinect设备发射出镭射光，通过其红外发射器镜头前的光栅均匀地投射到目标物体上，目标物体反射形成随机的散斑，再通过红外发射器镜头记录空间的每个散斑，通过计算便得到3D深度图像；

(三)前景提取：通过Kinect设备获取的深度数据，分割成前景和背景数据；然后直接使用前景数据，即把用户的手从背景中提取出来；

(四)轮廓描绘:通过peak-and-valley算法，从前景数据中勾画出手指的轮廓；

(五)手指检测：通过循环执行卡尔曼滤波算法，识别出手指运行的具体动作。

本发明与现有技术相比，利用两个同等大小的抛物面反射镜呈蛤壳状对合放置，并使每个反射镜的中心处于另外一个反射镜的焦点上时，此时把任何一个目标物体放在处于低处的150mm凸透镜的中心区域，就能在处于高处的抛物面反射镜的上方看到该物体的立体成像，从而实现了用户与成像物体的直接交互，增强了真三维立体显示与应用中的用户体验感。本发明运行可靠，结构紧凑，稳定性高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为实施例的原理说明图。

具体实施方式