一種基於納米發光晶體材料的三維顯示系統的製作方法

2023-09-21 12:44:30

專利名稱：一種基於納米發光晶體材料的三維顯示系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種三維顯示系統，尤其是涉及一種基於納米發光晶體材料的三維顯示系統。
背景技術：
製造出真正意義上的三維顯示技術，一直是科學家們努力的方向，這種技術又被稱作空間三維顯示。與傳統的平面三維顯示不同的是，空間三維顯示的物體，在物理空間三個維度上都佔用空間。這種新型的顯示技術在工業設計與製造、娛樂、教育、醫學、視聽藝術和軍事等方面都有應用需求，並且對這些領域的發展將會起到不可思議的重要作用。傳統的三維顯示是在平面上通過一定的構圖方式，使得圖像在深度上有變化，從而給觀測者造成視覺上的假象，產生立體的印象，例如利用視差屏障的裸眼3D技術。但是這些平面三維顯示技術實際上是不佔據真正的物理空間的，它們的好處在於節省物理空間，構成元素簡單(點、線、面都是二維元素)等；其缺點也很明顯，不如空間三維顯示的表現力強，無法表現帶有空腔的物體，觀察者視角狹窄、不能全方位觀測等。針對傳統平面三維顯示的缺陷，近年來，國外研究人員已經開發出了不少空間三維顯示器。例如1958年第一個嚴格意義上的3D顯示器是由美國麻薩諸塞州貝德福德市的實境系統公司(Actuality Systems)開發的Perspecta 3D System。它的設計靈感來源於試圖將一系列2D斷層圖像在一個紡錘表面上面固定成為3D圖形。此外由美國康乃狄克州諾沃克市的LightSpace科技公司研製的D印thCube則是另一種交互式立體顯示器。它實際上是一臺背投顯示器，屏幕由20塊垂直的透明玻璃平板層層疊合而成，厚度達4英寸。但是它顯示的影響厚度看上去深達12英寸。這些三維顯示器都有其缺點例如Perspecta不適用於構建動態圖形，且造價昂貴。DepthCube規定觀察者的觀察角度有限，並不是360度全方位的。

發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基於納米發光晶體材料的三維顯示系統。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種基於納米發光晶體材料的三維顯示系統，其特徵在於，包括依次連接的用戶界面模塊、成像算法模塊、顯示控制模塊、體素陣列尋址模塊和顯示單元成像模塊；所述的用戶界面模塊用於接收用戶輸入的目標物體信息，並將其傳輸給成像算法模塊，所述的成像算法模塊根據接收的目標物體信息，生成用於顯示器成像的體素數據並傳輸給顯示控制模塊，該顯示控制模塊分析體素數據並翻譯成顯示單元地址數據，並將其傳輸給體素陣列尋址模塊，該體素陣列尋址模塊根據顯示單元地址數據來驅動顯示單元成像模塊進行顯示。所述的用戶界面模塊設有用戶指定的場景數據，該場景數據包括光源、物體個數、模型、位置、材質、紋理、視角和運動路徑。所述的成像算法模塊採用圖形學算法將用戶輸入的目標物體信息轉化成顯示器成像的體素數據。所述的圖形學算法具體為將物體模型分割為許多基本的小立方體，即體素；對於每個小立方體，確定其是在物體表面還是在內部；那些位於表面的體素，根據光源位置和物體本身材質或紋理，用相應的顏色來顯示；判斷場景是靜態還是動態的，若為靜態的，計算出場景中光線反射和折射信息，並將其轉化為具體的顯示數據；若為動態的，根據絕場景的變化方式，變換體素的發光狀態， 實時的顯示每一時刻的場景。所述的顯示單元成像模塊包括多個顯像體素並排排列而成。所述的顯像體素中布滿RGB三色發光二極體，通過下部的導線控制，使得二極體能夠發出指定顏色的光。與現有技術相比，本發明具有以下優點1、體素級別的顯示單元能夠更加精確地顯示三維物體特徵，包括物體的外部和內部結構，且體素表示場景切合已有的許多成熟的圖形學算法，使得成像控制和軟體開發較為容易，降低了開發成本；2、本三維顯示器的不限制任何視角，可以從各個角度觀察物體成像；3、納米級發光材料可以明顯提高顯示器的解析度和色彩級別。


圖1為本發明的結構框圖；圖2為本發明三維顯示器實體結構示意圖；圖3為本發明顯像體素示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例如圖1所示，一種基於納米發光晶體材料的三維顯示系統，包括依次連接的用戶界面模塊1、成像算法模塊2、顯示控制模塊3、體素陣列尋址模塊4和顯示單元成像模塊5 ； 所述的用戶界面模塊1用於接收用戶輸入的目標物體信息，並將其傳輸給成像算法模塊2， 所述的成像算法模塊2根據接收的目標物體信息，生成用於顯示器成像的體素數據並傳輸給顯示控制模塊3，該顯示控制模塊3分析體素數據並翻譯成顯示單元地址數據，並將其傳輸給體素陣列尋址模塊4，該體素陣列尋址模塊4根據顯示單元地址數據來驅動顯示單元成像模塊5進行顯示。圖2是三維顯示器的外觀示意圖。顯示器外觀形狀設計為球形穹頂，這樣方便用戶全角度觀察，避免視點的不連續。球形中間的立方體是顯示器成像的主體，由最基本的顯示單元一顯像體素組成。球形穹頂下部為顯像控制和尋址電路，由一旁的PC機控制。
本實施例中所述的用戶界面模塊1，是三維顯示器的輸入部分，可以藉由軟體編程實現。用戶通過訪問和操作界面上的功能元件，指定需要顯示的場景。用戶界面模塊包括一切需要有用戶指定的場景數據。例如光源、物體個數、模型和位置、材質、紋理、視角和運動路徑等。本實施例中所述的成像算法模塊2，是結合三維顯示器基本特徵，利用現有的圖形學算法，開發的專門用於本顯示器的成像算法。許多圖形學算法將三維場景看作無限多體素的累積，利用體素的特徵實現場景表示，管理和維護。具體而言，成像算法模塊2負責將用戶輸入的場景基本信息，例如光源、物體個數、模型和位置、材質、紋理、視角和運動路徑等，轉化成可以驅動顯示器的數據。成像算法模塊2將物體模型分割為許多基本的小立方體一體素。對於每個小立方體，要確定是在物體表面還是在內部。那些位於表面的體素， 需根據光源位置和物體本身材質或紋理，用正確的顏色來顯示。如果場景是靜態的，算法還需要計算出場景中光線反射和折射信息，轉化為具體的顯示數據。如果是該場景是動態的， 則算法還需要根據絕場景的變化方式，變換體素的發光狀態，實時的顯示每一時刻的場景。本實施例中的顯示控制模塊3和體素陣列尋址模塊4，是與三維顯示器硬體架構直接相關的。當上層的成像算法模塊2生成顯示用數據後，顯示控制模塊3需要分析這些數據，翻譯成顯示單元地址，將這些地址傳給體素陣列尋址模塊4。體素陣列尋址模塊4即根據需要發光的顯示單元的地址，驅動顯示器成像。由於一個顯示器可能有數萬個基本體素組成，所以起計算量相當大。但是，所有體素的發光是獨立的，其狀態早在成像算法模塊中就已確定。因此可以利用現有的並行計算技術，例如GPU計算，來實現並行的尋址。這樣就能夠同時控制數萬個體素的發光狀態。本實施例中的顯示單元成像模塊5，即顯示器最基本的組成構件。現有的納米發光材料技術，已經能夠製造出納米晶體發光二極體。由這些納米晶體發光二極體，組成三維顯示器基本顯示單元。圖3是三個並排排列的顯示單元。圖中的立方體即為顯示器的最小單元——顯像體素。顯像體素是有無色透明的材質填充的，其對光的吸收必須小，避免光的損失。顯像體素中布滿了 RGB三色發光二極體，通過下部的導線控制，使得二極體能夠發出指定顏色的光。各顯示器單元之間也必須用類似材質填充，以避免光路在不同媒介之間穿梭時，光路發生改變。
權利要求
1.一種基於納米發光晶體材料的三維顯示系統，其特徵在於，包括依次連接的用戶界面模塊、成像算法模塊、顯示控制模塊、體素陣列尋址模塊和顯示單元成像模塊；所述的用戶界面模塊用於接收用戶輸入的目標物體信息，並將其傳輸給成像算法模塊，所述的成像算法模塊根據接收的目標物體信息，生成用於顯示器成像的體素數據並傳輸給顯示控制模塊，該顯示控制模塊分析體素數據並翻譯成顯示單元地址數據，並將其傳輸給體素陣列尋址模塊，該體素陣列尋址模塊根據顯示單元地址數據來驅動顯示單元成像模塊進行顯示。
2.根據權利要求1所述的一種基於納米發光晶體材料的三維顯示系統，其特徵在於， 所述的用戶界面模塊設有用戶指定的場景數據，該場景數據包括光源、物體個數、模型、位置、材質、紋理、視角和運動路徑。
3.根據權利要求1所述的一種基於納米發光晶體材料的三維顯示系統，其特徵在於， 所述的成像算法模塊採用圖形學算法將用戶輸入的目標物體信息轉化成顯示器成像的體素數據。
4.根據權利要求3所述的一種基於納米發光晶體材料的三維顯示系統，其特徵在於， 所述的圖形學算法具體為將物體模型分割為許多基本的小立方體，即體素；對於每個小立方體，確定其是在物體表面還是在內部；那些位於表面的體素，根據光源位置和物體本身材質或紋理，用相應的顏色來顯示；判斷場景是靜態還是動態的，若為靜態的，計算出場景中光線反射和折射信息，並將其轉化為具體的顯示數據；若為動態的，根據絕場景的變化方式，變換體素的發光狀態，實時的顯示每一時刻的場景。
5.根據權利要求1所述的一種基於納米發光晶體材料的三維顯示系統，其特徵在於， 所述的顯示單元成像模塊包括多個顯像體素並排排列而成。
6.根據權利要求5所述的一種基於納米發光晶體材料的三維顯示系統，其特徵在於， 所述的顯像體素中布滿RGB三色發光二極體，通過下部的導線控制，使得二極體能夠發出指定顏色的光。
全文摘要
本發明涉及一種基於納米發光晶體材料的三維顯示系統，包括依次連接的用戶界面模塊、成像算法模塊、顯示控制模塊、體素陣列尋址模塊和顯示單元成像模塊；所述的用戶界面模塊用於接收用戶輸入的目標物體信息，並將其傳輸給成像算法模塊，所述的成像算法模塊根據接收的目標物體信息，生成用於顯示器成像的體素數據並傳輸給顯示控制模塊，該顯示控制模塊分析體素數據並翻譯成顯示單元地址數據，並將其傳輸給體素陣列尋址模塊，該體素陣列尋址模塊根據顯示單元地址數據來驅動顯示單元成像模塊進行顯示。與現有技術相比，本發明具有更加精確地顯示三維物體特徵等優點。
文檔編號H04N13/04GK102572497SQ20111045790
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者陳嘉華, 馬利莊 申請人:上海仙夢軟體技術有限公司