专利名称：立体显示器多视点像素发光仿真方法
技术领域：
本发明涉及一种多视点对不同的立体显示器的像素发光进行仿真的方法，分别针对从柱镜和光栅类型的立体显示器，从两视点，四视点，和八视点分别进行了模拟。
背景技术：
视觉信息是人类感知外部客观世界的最主要信息来源。传统图像只是一种二维信息的载体，其表现忽略了物体的远近位置等深度信息。随着科学技术的飞速发展，传统图像已经越来越不能满足众多领域对“深度层次”的要求，因此包含三维信息的立体显示技术得到了人们的极大关注。20世纪90年代，人们将目光投向无需借助辅助视具就能观看到立体显示效果的自由立体显示技术，并在世界范围内掀起了新一轮立体显示技术研究热潮。所谓立体显示技术，就是指观众无需借助任何辅助设备(如偏光眼镜，头盔显示器等)，就可以在较大角度内的多个位置用裸眼自由清晰的观看到屏幕上的立体图像。本方法所研究的立体显示器使用的是基于柱镜光栅的自由立体显示技术。其原理是利用柱透镜单元的折射作用，引导光线进入特定的观察区，产生对应左右眼的立体图像对，并最终在大脑的融合下产生立体视觉。由于柱镜光栅是透射式的，因此利用这种技术生产的LCD自由立体显示器的最大优点是不遮挡画面，不影响显示亮度，立体显示效果比较好。
立体显示器作为一种新型的显示设备，使人机交互更加直观，给观众带来了传统显示器所不能比拟的高度临场感，身临其境的逼真感觉和无与伦比的立体视觉享受。随着微电子技术，光学技术和液晶显示技术的发展。立体显示器将不断进步及实用化，并在生产，生活各领域发挥独特而重要的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在多种视点条件下对立体显示器的像素发光进行模拟的方法，以便对立体显示器的立体效果做光学上的分析与参考。本发明的技术方案如下—种立体显示器多视点像素发光仿真方法，其特征在于，具体包括以下步骤(I)选择要仿真的立体显示器类型，可以选择柱镜，或者光栅。(2)如果上一步选择了柱镜，自动打开柱镜参数面板，并根据需要设置参数；(3)在“lens radius”中设置柱镜曲面的半径，默认参数为0. 7546 ；(4)在“lens thickness”中设置柱镜的厚度，默认参数为2. 2638 ；(5)在“lens Width”中设置柱镜的宽度，两视点推荐设置为0. 1959，四视点推荐设置为0. 3918，八视点推荐设置为0. 7836 ；(6)在“refraction”中设置柱镜曲面的反射率，默认参数为I. 5 ；(7)在“lens amount”中设置柱镜的数量，默认参数为1000 ；(8)在“select views”中选择视点的数目，可以选择两视点，四视点，八视点；
(9)在“choose color”中选择要显示的像素颜色，分别勾选在对应颜色前面的选项框，两视点下可选颜色为两种，四视点下可显示四种颜色，八视点下可选择八种颜色；(10)如果第I步中选择的是柱镜，此时可直接转至第16步，否则，自动打开光栅参数面板“Grating Param”,并进行相应的参数设置,相应参数设置如下(11)在“grating interval”中设置光栅之间的间距，默认参数为0. 1957 ；(12)在“space”中设置光栅到像素的距离，默认参数为I. 5405 ；(13)在“ratio”中设置单个光栅透明区间与单个光栅宽度的比例，默认参数为
0.4 ；(14)在“pernum”中设置每个像素通过每个光栅的光线数量，默认参数为9 ；
(15)在“amount”中设置单个光栅的数量，默认参数为1200 ；(16)在“Common arguments”选框下选择公共参数,这里可以对像素的属性设置
参数；(17)在“pixel width”中设置像素宽度，默认值为0. 0981 ；(18)在“pixel amount”中设置像素的数量。默认值为1000。(19)在“center x position”中设置像素对中心点的x轴横坐标,默认值为0. 0 ;(20)在“alpha”中设置光线的颜色透明度，因为在不透明情况下，当像素多光线多时，光线的重叠能把多种颜色自动混合为白色，难以查看和分析距离位置的光线通过情况，当设置了透明度以后，混合光线的颜色得以淡化，显示出原有的颜色，有益于我们观察与分析整体的发光情况；(21)在“View Setting ”中选择我们想要分析的观察面的坐标，“From X”为该面的X轴起始坐标，“To X”为该面的X轴终点坐标，“Y”为该观察面的Y轴坐标。(22)选择“Start Render”选择按钮开始渲染场景,选择“Clear All”用来清除整个屏幕；(23)按下“Start Render”按钮后，用户界面上设定的参数数据将传入程序的核心模块；(24)程序开始绘制显示器元器件，如选择的是柱镜，则绘制根据参数定制柱镜，否则将绘制用户需要的光栅； (25)程序开始根据像素对的个数，逐一计算每个像素对中每个像素点的位置，颜色，发光情况；(26)程序得到每个像素点的基本信息，并根据多视点立体显示器的光学原理逐一计算每根光线的起点，发射方向，颜色，反射等信息；(27)当所有光线和光源点的发光情况都计算完成以后，程序开始调用OpenGL的直线绘图接口依次绘制每根光线，并将叠加的光线进行颜色的混合；(28)仿真图像绘制完成后，程序还将绘制观察面，并据此观察面内光线通过的总数量以及各种颜色的光线分别对应的数量生成一份“result, txt”文档，存放在该程序所在的文件夹目录下；用户可查看或分析仿真实验结果；(29)显示区下方的面板上有三个按钮，移动横向箭头“Object X”用于在水平位置上移动场景，移动垂直箭头“Object Y”用于在竖直方向上移动场景，移动第三个箭头“Object Z”用于场景的缩放；
(30)同时，用户还可以按键“w” “s”实现场景竖直移动，按键“a” “z”实现场景水平移动，按键“z” “x”实现场景的缩放，程序将根据水平，竖直移动的值以及缩放值重新计算所有光线并绘制于屏幕上，至此，程序结束。作为本发明的进一步改进，所述步骤(I)、(29)中，程序使用GLUI库编写用户界面，并根据程序需要的数据编写相应的控件。该方法使GLUT程序窗口可以直接与用户交互，接收用户输入的参数，并随着用户的输入实时改变显示区域的仿真图像。过程直观，操作方便。作为本发明的进一步改进，步骤(20)中，使用“alpha”参数处理大量光线叠加的情况。当设置了透明度以后，光线将以该系数进行混合，不会造成遮挡与简单叠加，有益于我们直观的观察与分析整体的发光情况。作为本发明的进一步改进，步骤(25)、(26)中，先计算每个像素点的信息，再以像素点位置为起点，以像素点发出的光线数目为循环次数，依次计算每根光线。然后在计算光 线的一个循环内，依次计算每根光线的光学折射或者穿透情况。作为本发明的进一步改进，步骤(27)中，用OpenGL的直线绘图接口依次绘制每根光线，并使用OpenGL混合函数将叠加的光线进行颜色的混合。本发明的优点在于利用本发明立体显示器多视点像素发光模拟方法生产的LCD自由立体显示器的最大优点是不遮挡画面，不影响显示亮度，立体显示效果比较好。
图I是本发明立体显示器多视点像素发光模拟方法的程序流程图。
具体实施例方式参见图1，立体显示器多视点像素发光模拟方法，具体包括以下步骤(I)选择要仿真的立体显示器类型，可以选择柱镜，或者光栅。(2)如果上一步选择了柱镜，自动打开柱镜参数面板，并根据需要设置参数；(3)在“lens radius”中设置柱镜曲面的半径，默认参数为0. 7546 ；(4)在“lens thickness”中设置柱镜的厚度，默认参数为2. 2638 ；(5)在“lens Width”中设置柱镜的宽度，两视点推荐设置为0. 1959，四视点推荐设置为0. 3918，八视点推荐设置为0. 7836 ；(6)在“refraction”中设置柱镜曲面的反射率，默认参数为I. 5 ；(7)在“lens amount”中设置柱镜的数量，默认参数为1000 ；(8)在“select views”中选择视点的数目，可以选择两视点，四视点，八视点；(9)在“choose color”中选择要显示的像素颜色，分别勾选在对应颜色前面的选项框，两视点下可选颜色为两种，四视点下可显示四种颜色，八视点下可选择八种颜色；(10)如果第I步中选择的是柱镜，此时可直接转至第16步，否则，自动打开光栅参数面板“Grating Param”,并进行相应的参数设置,相应参数设置如下(11)在“grating interval”中设置光栅之间的间距，默认参数为0. 1957 ；(12)在“space”中设置光栅到像素的距离，默认参数为I. 5405 ；(13)在“ratio”中设置单个光栅透明区间与单个光栅宽度的比例，默认参数为0.4 ；(14)在“pernum”中设置每个像素通过每个光栅的光线数量，默认参数为9 ；(15)在“amount”中设置单个光栅的数量，默认参数为1200 ；(16)在“Common arguments”选框下选择公共参数,这里可以对像素的属性设置
参数；(17)在“pixel width”中设置像素宽度，默认值为0.0981 ；(18)在“pixel amount”中设置像素的数量。默认值为1000。(19)在“center x position”中设置像素对中心点的x轴横坐标，默认值为0. 0 ； (20)在“alpha”中设置光线的颜色透明度，因为在不透明情况下，当像素多光线多时，光线的重叠能把多种颜色自动混合为白色，难以查看和分析距离位置的光线通过情况，当设置了透明度以后，混合光线的颜色得以淡化，显示出原有的颜色，有益于我们观察与分析整体的发光情况；(21)在“View Setting ”中选择我们想要分析的观察面的坐标，“From X”为该面的X轴起始坐标，“To X”为该面的X轴终点坐标，“Y”为该观察面的Y轴坐标。(22)选择“Start Render”选择按钮开始渲染场景,选择“Clear All”用来清除整个屏幕；(23)按下“Start Render”按钮后，用户界面上设定的参数数据将传入程序的核心模块；(24)程序开始绘制显示器元器件，如选择的是柱镜，则绘制根据参数定制柱镜，否则将绘制用户需要的光栅；(25)程序开始根据像素对的个数，逐一计算每个像素对中每个像素点的位置，颜色，发光情况；(26)程序得到每个像素点的基本信息，并根据多视点立体显示器的光学原理逐一计算每根光线的起点，发射方向，颜色，反射等信息；(27)当所有光线和光源点的发光情况都计算完成以后，程序开始调用OpenGL的直线绘图接口依次绘制每根光线，并将叠加的光线进行颜色的混合；(28)仿真图像绘制完成后，程序还将绘制观察面，并据此观察面内光线通过的总数量以及各种颜色的光线分别对应的数量生成一份“result, txt”文档，存放在该程序所在的文件夹目录下；用户可查看或分析仿真实验结果；(29)显示区下方的面板上有三个按钮，移动横向箭头“Object X”用于在水平位置上移动场景，移动垂直箭头“Object Y”用于在竖直方向上移动场景，移动第三个箭头“Object Z”用于场景的缩放；同时，用户还可以按键“w” “s”实现场景竖直移动，按键“a” “z”实现场景水平移动，按键“Z” “X”实现场景的缩放，程序将根据水平，竖直移动的值以及缩放值重新计算所有光线并绘制于屏幕上，至此，程序结束。以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
权利要求
1.一种立体显示器多视点像素发光仿真方法，其特征在于，具体包括以下步骤 (1)选择要仿真的立体显示器类型，选择柱镜，或者光栅； (2)如果上一步选择了柱镜，自动打开柱镜参数面板，并根据需要设置参数； (3)设置柱镜曲面的半径； (4)设置柱镜的厚度； (5)设置柱镜的宽度； (6)设置柱镜曲面的反射率； (7)设置柱镜的数量； (8)选择视点的数目； (9)选择要显示的像素颜色； (10)如果第I步中选择的是柱镜，此时可直接转至第16步，否则，自动打开光栅参数面板，并进行相应的参数设置，相应参数设置如下 (11)设置光栅之间的间距； (12)设置光栅到像素的距离； (13)设置单个光栅透明区间与单个光栅宽度的比例； (14)设置每个像素通过每个光栅的光线数量； (15)设置单个光栅的数量； (16)选择公共参数，这里对像素的属性设置参数； (17)设置像素宽度； (18)设置像素的数量； (19)设置像素对中心点的X轴横坐标； (20)设置光线的颜色透明度； (21)选择想要分析的观察面的坐标； (22)开始渲染场景； (23)用户界面上设定的参数数据传入程序的核心模块； (24)程序开始绘制显示器元器件，如选择的是柱镜，则绘制根据参数定制柱镜，否则将绘制用户需要的光栅； (25)程序开始根据像素对的个数，逐一计算每个像素对中每个像素点的位置，颜色，发光情况； (26)程序得到每个像素点的基本信息，并根据多视点立体显示器的光学原理逐一计算每根光线的起点，发射方向，颜色，反射等信息； (27)当所有光线和光源点的发光情况都计算完成以后，程序开始调用直线绘图接口依次绘制每根光线，并将叠加的光线进行颜色的混合； (28)仿真图像绘制完成后，程序还将绘制观察面，并据此观察面内光线通过的总数量以及各种颜色的光线分别对应的数量生成一份文档，存放在该程序所在的文件夹目录下； (29)根据需要在水平位置上移动场景、在竖直方向上移动场景、或进行场景的缩放； (30)程序根据水平，竖直移动的值以及缩放值重新计算所有光线并绘制于屏幕上，至此，程序结束。
2.根据权利要求I所述的立体显示器多视点像素发光仿真方法，其特征在于，所述步骤(I)、(29)中，程序使用GLUI库编写用户界面，并根据程序需要的数据编写相应的控件。
3.根据权利要求I所述的立体显示器多视点像素发光仿真方法，其特征在于，步骤(20)中，还包括处理大量光线叠加的步骤。
4.根据权利要求I所述的立体显示器多视点像素发光仿真方法，其特征在于，步骤(25)、(26)中，先计算每个像素 点的信息，再以像素点位置为起点，以像素点发出的光线数目为循环次数，依次计算每根光线，然后在计算光线的一个循环内，依次计算每根光线的光学折射或者穿透情况。
全文摘要
本发明立体显示器多视点像素发光仿真方法模拟了真实世界中的立体显示器中的像素发光效果，分别对柱镜和光栅原理的立体显示器进行模拟，模拟过程中又分别针对两视点，四视点，和八视点情况下的像素发光情况做了直观的图像仿真。用户可以根据需要选择显示器元器件类型和视点类型，还可根据实际规格对元器件以及像素的属性作参数调整，得到需要仿真的实际效果。在发光模拟图像显示之后，用户还可以测量，量化其实验结果，并可对像素发光情况做详细的数据分析。本方法的开发建立在对立体显示器光学原理的研究基础上，结合了对用户体验的优化，仿真过程计算速度快，画面效果精细准确，在立体显示器研发中得到了良好的应用。
文档编号G02B27/22GK102707447SQ20121019959
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月15日 优先权日2012年6月15日
发明者张春光, 杨中林, 杨青, 王涛, 翟思洪 申请人:中航华东光电有限公司