专利名称：一种基于纳米发光晶体材料的三维显示系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三维显示系统，尤其是涉及一种基于纳米发光晶体材料的三维显示系统。
背景技术：
制造出真正意义上的三维显示技术，一直是科学家们努力的方向，这种技术又被称作空间三维显示。与传统的平面三维显示不同的是，空间三维显示的物体，在物理空间三个维度上都占用空间。这种新型的显示技术在工业设计与制造、娱乐、教育、医学、视听艺术和军事等方面都有应用需求，并且对这些领域的发展将会起到不可思议的重要作用。传统的三维显示是在平面上通过一定的构图方式，使得图像在深度上有变化，从而给观测者造成视觉上的假象，产生立体的印象，例如利用视差屏障的裸眼3D技术。但是这些平面三维显示技术实际上是不占据真正的物理空间的，它们的好处在于节省物理空间，构成元素简单(点、线、面都是二维元素)等；其缺点也很明显，不如空间三维显示的表现力强，无法表现带有空腔的物体，观察者视角狭窄、不能全方位观测等。针对传统平面三维显示的缺陷，近年来，国外研究人员已经开发出了不少空间三维显示器。例如1958年第一个严格意义上的3D显示器是由美国马萨诸塞州贝德福德市的实境系统公司(Actuality Systems)开发的Perspecta 3D System。它的设计灵感来源于试图将一系列2D断层图像在一个纺锤表面上面固定成为3D图形。此外由美国康涅狄格州诺沃克市的LightSpace科技公司研制的D印thCube则是另一种交互式立体显示器。它实际上是一台背投显示器，屏幕由20块垂直的透明玻璃平板层层叠合而成，厚度达4英寸。但是它显示的影响厚度看上去深达12英寸。这些三维显示器都有其缺点例如Perspecta不适用于构建动态图形，且造价昂贵。DepthCube规定观察者的观察角度有限，并不是360度全方位的。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于纳米发光晶体材料的三维显示系统。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种基于纳米发光晶体材料的三维显示系统，其特征在于，包括依次连接的用户界面模块、成像算法模块、显示控制模块、体素阵列寻址模块和显示单元成像模块；所述的用户界面模块用于接收用户输入的目标物体信息，并将其传输给成像算法模块，所述的成像算法模块根据接收的目标物体信息，生成用于显示器成像的体素数据并传输给显示控制模块，该显示控制模块分析体素数据并翻译成显示单元地址数据，并将其传输给体素阵列寻址模块，该体素阵列寻址模块根据显示单元地址数据来驱动显示单元成像模块进行显示。所述的用户界面模块设有用户指定的场景数据，该场景数据包括光源、物体个数、模型、位置、材质、纹理、视角和运动路径。所述的成像算法模块采用图形学算法将用户输入的目标物体信息转化成显示器成像的体素数据。所述的图形学算法具体为将物体模型分割为许多基本的小立方体，即体素；对于每个小立方体，确定其是在物体表面还是在内部；那些位于表面的体素，根据光源位置和物体本身材质或纹理，用相应的颜色来显示；判断场景是静态还是动态的，若为静态的，计算出场景中光线反射和折射信息，并将其转化为具体的显示数据；若为动态的，根据绝场景的变化方式，变换体素的发光状态， 实时的显示每一时刻的场景。所述的显示单元成像模块包括多个显像体素并排排列而成。所述的显像体素中布满RGB三色发光二极管，通过下部的导线控制，使得二极管能够发出指定颜色的光。与现有技术相比，本发明具有以下优点1、体素级别的显示单元能够更加精确地显示三维物体特征，包括物体的外部和内部结构，且体素表示场景切合已有的许多成熟的图形学算法，使得成像控制和软件开发较为容易，降低了开发成本；2、本三维显示器的不限制任何视角，可以从各个角度观察物体成像；3、纳米级发光材料可以明显提高显示器的分辨率和色彩级别。
图1为本发明的结构框图；图2为本发明三维显示器实体结构示意图；图3为本发明显像体素示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例如图1所示，一种基于纳米发光晶体材料的三维显示系统，包括依次连接的用户界面模块1、成像算法模块2、显示控制模块3、体素阵列寻址模块4和显示单元成像模块5 ； 所述的用户界面模块1用于接收用户输入的目标物体信息，并将其传输给成像算法模块2， 所述的成像算法模块2根据接收的目标物体信息，生成用于显示器成像的体素数据并传输给显示控制模块3，该显示控制模块3分析体素数据并翻译成显示单元地址数据，并将其传输给体素阵列寻址模块4，该体素阵列寻址模块4根据显示单元地址数据来驱动显示单元成像模块5进行显示。图2是三维显示器的外观示意图。显示器外观形状设计为球形穹顶，这样方便用户全角度观察，避免视点的不连续。球形中间的立方体是显示器成像的主体，由最基本的显示单元一显像体素组成。球形穹顶下部为显像控制和寻址电路，由一旁的PC机控制。
本实施例中所述的用户界面模块1，是三维显示器的输入部分，可以借由软件编程实现。用户通过访问和操作界面上的功能元件，指定需要显示的场景。用户界面模块包括一切需要有用户指定的场景数据。例如光源、物体个数、模型和位置、材质、纹理、视角和运动路径等。本实施例中所述的成像算法模块2，是结合三维显示器基本特征，利用现有的图形学算法，开发的专门用于本显示器的成像算法。许多图形学算法将三维场景看作无限多体素的累积，利用体素的特征实现场景表示，管理和维护。具体而言，成像算法模块2负责将用户输入的场景基本信息，例如光源、物体个数、模型和位置、材质、纹理、视角和运动路径等，转化成可以驱动显示器的数据。成像算法模块2将物体模型分割为许多基本的小立方体一体素。对于每个小立方体，要确定是在物体表面还是在内部。那些位于表面的体素， 需根据光源位置和物体本身材质或纹理，用正确的颜色来显示。如果场景是静态的，算法还需要计算出场景中光线反射和折射信息，转化为具体的显示数据。如果是该场景是动态的， 则算法还需要根据绝场景的变化方式，变换体素的发光状态，实时的显示每一时刻的场景。本实施例中的显示控制模块3和体素阵列寻址模块4，是与三维显示器硬件架构直接相关的。当上层的成像算法模块2生成显示用数据后，显示控制模块3需要分析这些数据，翻译成显示单元地址，将这些地址传给体素阵列寻址模块4。体素阵列寻址模块4即根据需要发光的显示单元的地址，驱动显示器成像。由于一个显示器可能有数万个基本体素组成，所以起计算量相当大。但是，所有体素的发光是独立的，其状态早在成像算法模块中就已确定。因此可以利用现有的并行计算技术，例如GPU计算，来实现并行的寻址。这样就能够同时控制数万个体素的发光状态。本实施例中的显示单元成像模块5，即显示器最基本的组成构件。现有的纳米发光材料技术，已经能够制造出纳米晶体发光二极管。由这些纳米晶体发光二极管，组成三维显示器基本显示单元。图3是三个并排排列的显示单元。图中的立方体即为显示器的最小单元——显像体素。显像体素是有无色透明的材质填充的，其对光的吸收必须小，避免光的损失。显像体素中布满了 RGB三色发光二极管，通过下部的导线控制，使得二极管能够发出指定颜色的光。各显示器单元之间也必须用类似材质填充，以避免光路在不同媒介之间穿梭时，光路发生改变。
权利要求
1.一种基于纳米发光晶体材料的三维显示系统，其特征在于，包括依次连接的用户界面模块、成像算法模块、显示控制模块、体素阵列寻址模块和显示单元成像模块；所述的用户界面模块用于接收用户输入的目标物体信息，并将其传输给成像算法模块，所述的成像算法模块根据接收的目标物体信息，生成用于显示器成像的体素数据并传输给显示控制模块，该显示控制模块分析体素数据并翻译成显示单元地址数据，并将其传输给体素阵列寻址模块，该体素阵列寻址模块根据显示单元地址数据来驱动显示单元成像模块进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于纳米发光晶体材料的三维显示系统，其特征在于， 所述的用户界面模块设有用户指定的场景数据，该场景数据包括光源、物体个数、模型、位置、材质、纹理、视角和运动路径。
3.根据权利要求1所述的一种基于纳米发光晶体材料的三维显示系统，其特征在于， 所述的成像算法模块采用图形学算法将用户输入的目标物体信息转化成显示器成像的体素数据。
4.根据权利要求3所述的一种基于纳米发光晶体材料的三维显示系统，其特征在于， 所述的图形学算法具体为将物体模型分割为许多基本的小立方体，即体素；对于每个小立方体，确定其是在物体表面还是在内部；那些位于表面的体素，根据光源位置和物体本身材质或纹理，用相应的颜色来显示；判断场景是静态还是动态的，若为静态的，计算出场景中光线反射和折射信息，并将其转化为具体的显示数据；若为动态的，根据绝场景的变化方式，变换体素的发光状态，实时的显示每一时刻的场景。
5.根据权利要求1所述的一种基于纳米发光晶体材料的三维显示系统，其特征在于， 所述的显示单元成像模块包括多个显像体素并排排列而成。
6.根据权利要求5所述的一种基于纳米发光晶体材料的三维显示系统，其特征在于， 所述的显像体素中布满RGB三色发光二极管，通过下部的导线控制，使得二极管能够发出指定颜色的光。
全文摘要
本发明涉及一种基于纳米发光晶体材料的三维显示系统，包括依次连接的用户界面模块、成像算法模块、显示控制模块、体素阵列寻址模块和显示单元成像模块；所述的用户界面模块用于接收用户输入的目标物体信息，并将其传输给成像算法模块，所述的成像算法模块根据接收的目标物体信息，生成用于显示器成像的体素数据并传输给显示控制模块，该显示控制模块分析体素数据并翻译成显示单元地址数据，并将其传输给体素阵列寻址模块，该体素阵列寻址模块根据显示单元地址数据来驱动显示单元成像模块进行显示。与现有技术相比，本发明具有更加精确地显示三维物体特征等优点。
文档编号H04N13/04GK102572497SQ20111045790
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者陈嘉华, 马利庄 申请人:上海仙梦软件技术有限公司