[发明专利]一种基于增强现实的3D交互显示系统

说明书

技术领域

本发明涉及3D显示技术领域，特别是涉及一种基于增强现实的3D交互显示系统。

背景技术

在当今时代，信息技术爆炸发展。以LCD的显示系统技术也得到了飞速发展，但是，即使触摸屏技术高速发展的今天，我们的人机交互水平仍旧停留在数字信号之外。虚拟世界和现实世界仍旧隔着一层数厘米的屏幕，甚至更远。在此情形下，我们利用自动立体显示技术和显示增强技术开发直接用手指深入显示系统内部来控制显示的3D显示系统，使用户直接用双手与虚拟物体交互，从而给用户带来一种全新的人机交互体验。比如：用户可以用手在立体显示系统内部直接进行反转、放大、缩小三维立体物体，当然可以放大、缩小以及关闭窗口、浏览图片等二维操作。

传统的人机交互方式在使用过程中确定性比较强，比如按下键盘的按钮或者点击鼠标的左右键，那么计算机都己将此关联到一定的系统事件，而此过程这两个事件是存在一定的关系，方式较为单一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于增强现实的3D交互显示系统，给用户提供一种类似于操控真实物体一样的最自然的立体的人机交互方式。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于增强现实的3D交互显示系统，包括3D立体显示部分和人机交互部分，所述3D立体显示部分包括：立体摄像机，用于获取场景；图像处理装置，用于对获取场景的左右画面进行像素隔列化处理，并渲染到透明显示器上；所述透明显示器上的光栅将隔列化处理的图像分别投射到用户的左右眼中；所述人机交互部分包括：人体感应控制器，用于获得手指位置、速度和姿势的信息，并且提供位置跟踪算法；所述3D立体显示部分和人机交互部分实现虚拟空间和现实空间的统一。

所述图像处理装置通过OpenGL投射矩阵渲染到透明显示器。

所述3D立体显示部分通过立体建模得到和真实世界等比例的模拟空间，同时将立体摄像机的位置调整到和人眼等比例的位置，将比例系数调整到最佳状态，从而实现虚拟空间和现实空间的统一。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明给用户提供一种类似于操控真实物体一样的最自然的立体的人机交互方式，用户可以直接用双手操控被操控对象，代替原来鼠标单一的左右键点击或者触摸屏的二维交互方式，将人机交互水平提到了一个新的阶段，为未来的人机交互提供了一种可能。该系统在未来的可穿戴、未来家居、会展、教育和医疗等产业有着广泛的应用前景。

附图说明

图1是perspective视角示意图；

图2是本发明的系统硬件图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种基于增强现实的3D交互显示系统，包括3D立体显示部分和人机交互部分。

3D立体显示方面，我们先通过立体摄像机获取场景，然后使用shader中的CG语言对所得左右画面进行像素隔列化处理，通过OpenGL渲染到22’透明显示器上。最后，在透明显示器上光栅将通过隔列化处理的图像分别投射到用户的左右眼中。由于人眼的双眼效应，图像经过大脑的合成，就会在屏幕后方的交互空间内形成一个与现实世界交融的虚拟的场景空间。当用户使用本系统进行交互，即当用户将双手插入立体交互空间时，由于上述的立体视觉效应，用户将会透过透明屏观察到手和虚拟物体同时存在于立体交互空间。用户也因此会有更加准确的深度定位。

所述图像处理装置通过OpenGL投射矩阵渲染到透明显示器。OpenGL的全称是：Open Graphics Library.是个定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口的规格，它用于三维图像(二维的亦可)。OpenGL是一个专业的图形程序接口，是一个功能强大，调用方便的底层图形库。图形程序员利用这些指令可以创建高质量的交互式三维应用。OpenGL是一个与硬件无关的软件接口，可以在不同的平台如Windows 95、Windows NT、Unix、Linux、MacOS、OS/2之间进行移植。因此，支持OpenGL的软件具有很好的移植性，可以获得非常广泛的应用。

OpenGL投射矩阵的分析：人眼看到的空间是一个截锥体，我们需要把这个空间映射到一个标准化设备坐标系中，如图1所示。