[发明专利]用于显示三维对象的方法和系统

说明书

一种用于使用同时提供至少双目视差和运动视差的效果的二维可视化构件来显示三维对象的系统，所述系统包括：至少一个显示器，所述至少一个显示器被配置来显示图像序列；至少一副眼镜，所述至少一副眼镜被配置来提供图像的立体分隔，所述眼镜包括至少两个光学快门和至少两个标记；至少两个光学传感器阵列；至少两个读取和处理装置，所述至少两个读取和处理装置被配置来从所述光学传感器阵列的区域读取数据并确定所述标记的2D坐标；至少一个标记坐标预测装置，所述至少一个标记坐标预测装置被配置来推断所述标记的坐标，以使得有效总体延迟不超过5ms；标记3D坐标计算装置；3D场景形成装置；以及至少一个图像输出装置。本发明还包括一种显示三维对象并为一名或多名观察者提供三维对象的真实表示的对应方法。

技术领域

本发明涉及用于显示现实三维对象的多用户构件，且具体地，其涉及基于空间视觉感知的单目和双目机制的构件，所述单目和双目机制使用可视化构件以在屏幕表面上提供图像。

背景技术

用于显示三维对象的构件被用于科学、工业、教育、游戏目的等的各种虚拟现实系统中。当使用传统的可视化构件(即，用于在屏幕表面上而不是在一定体积的介质中形成图像的构件)时，例如基于基本平坦面板(如液晶显示器(LCD)、等离子面板、投影屏幕)的构件，使用利用尽可能多的空间视觉感知机制的方法是得当的。

视觉感知机制分为单目和双目机制，并且分为生理和心理机制。单目机制包括遮挡、已知对象尺寸的可辨认性、运动视差、线性透视、纹理梯度、阴影和调节。双目机制包括会聚和双目视网膜像差。生理机制包括可以通过数学和物理学(运动视差、调节、会聚和双目视网膜像差)的概念和公式手段来定义的生理机制，而心理机制包括基于人类感知经验(所有其他机制)的心理机制。一般而言，生理空间感知机制在空间可视化中占主导地位，而心理空间感知机制则是补充性的。

遮挡(也称为插入)是在一个对象阻碍另一个对象的视图的情况下确保深度感知的机制。

当观察者和在观察中的对象的相互位置改变时，运动视差是图像部分相对于彼此移位的效果，其中角速度与图像部分和观察者之间的距离差成比例。这种效果对于相对于观察者在静止环境中移动靠近观察者定位的对象而言是最明显的。

尺寸的可辨认性基于人类感知经验中对象大小的概念，其允许使用对象的可见大小的信息来理解对象相对于观察者究竟有多远。

线性透视是对象的可见尺寸和它们之间的距离根据与观察者的距离成比例地减小的效果；这种效果在二维图像中提供了一些景深印象。

当由于观察者与纹理表面之间的距离变化而使感知的纹理图案连同纹理成分的可见尺寸一起修改时，纹理梯度是光学效果。

阴影是根据对象与光源之间的距离的增加而减少对象的照明以及由图像的另一部分遮蔽图像的某些部分的效果。阴影是深度感知的重要标志，因为它允许观察者通过比较对象投射阴影的表面的形状、阴影本身的形状以及关于光源的信息来判断对象的形状和大小，而不直接观察对象本身。

调节是深度感知的机制，其中人类大脑使用一定程度的背景模糊(当眼睛光学系统聚焦在针对所述背景观察到的对象上时发生背景模糊)，以评估与对象的距离。观察者注意到的对象定位得越靠近，眼睛晶状体的曲率越大并且发生背景模糊。当观察者与对象之间的距离较小或很小时，通常可能通过调节来获得信息。

会聚是在观察位于观察者附近的对象时眼睛将其瞳孔聚集在一起的趋势。另一方面，以视力线趋于平行的方式观察远程对象。

双目视差是在两只眼睛中形成的图像之间的一些差异。这种效果也称为双目视差或体视。正是视网膜图像的双目视差主要促成了图像的3D体积的深刻印象。