360度可视的直接交互式真三维虚拟显示系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种360度可视的直接交互式真Η维虚拟显示系统，属于Η维空间人 机交互技术领域。
【背景技术】
[0002] 真Η维显不技术（True3DVolumetricDisplayTechnique)是裸眼立体显不中 最新的研究方向。观察者无需佩戴任何特殊的装置即可在任意角度观察到具有物理景深的 立体图像，它符合人们观察世界的真实感受，满足所有生理和必理的深度暗示。真Η维显示 技术能提供360度裸视立体成像，在此基础上的人机交互技术也引起了研究人员的关注。 交互式真Η维显示技术在计算机辅助设计、多媒体展示、教学推演和医学影像等众多领域 具有广阔的应用前景和重大战略价值。
[0003] 国内外对于360度可视的真Η维显示已经进行了很多研究，送类显示系统一般都 包括送几个特点；1提供视点校正；2可W向用户实时显示立体Η维图像；3可视范围为360 度4不需要佩戴额外的辅助设备。并且送些显示技术正逐步趋向于提供深度提示和校正眼 睛调节的视差W及水平运动视差。实践证明，360度可视的真Η维显示相比于郝些仅仅含有 立体效果的显示可W给观看者提供更加逼真的Η维感觉。
[0004] 然而目前大多数的显示系统都无法让用户和显示对象进行直接交互，一般来说送 些系统都会用玻璃罩或别的透明塑料罩把用户和显示对象隔开，送主要是因为显示对象中 有一部分是处于运动的状态，或者某些器件对用户有危险性，因此它们的研究方向主要集 中于显示对象外围的交互，无法让用户直接与显示对象交互，送样就会妨碍用户对Η维对 象的真实感受。
【发明内容】
[0005] 鉴于W上现有技术存在的问题和不足，本发明提供一种360度可视的直接交互式 真Η维显示系统，可W让用户直接触摸显示对象。
[0006] 为达到上述目的，本发明设计一种360度可视的直接交互式真Η维虚拟显示系 统，包括支架、两个相同的抛物面反射镜、光学旋转同步监测器、DMD高速投影仪、视觉限制 发散器、电机传动带、转动台、红外热反射镜、电机、150mm凸透镜、目标物体和Kinect设备； 其中：
[0007] 所述支架包含一个框式底座和一个上部吊杆；
[0008] 所述Kinect设备安置于所述支架的上部吊杆且对准正下方；
[0009] 所述两个相同的抛物面反射镜位于所述Kinect设备正下方，放置在所述框式底 座的上端；其中一个抛物面反射镜的开口向上，另一个抛物面反射镜置于其上端，即呈始 壳状对合放置，并使每个抛物面反射镜的中必处于另外一个反射镜的焦点上；
[0010] 所述视觉限制发散器、目标物体放置在下方的抛物面反射镜的下凹处，其中视觉 限制发散器与水平面呈度角，目标物体放置在所述视觉限制发散器下方；
[0011] 下方的抛物面反射镜的下端通过支架固定在中空的转动台上，电机通过电机传动 带驱动转动台，所述转动台还与光学旋转同步监测器连接；
[0012] 所述红外热反射镜放置在转动台的下方，所述150mm凸透镜放置在所述红外热反 射镜下方；所述DMD高速投影仪位于框式底座的最下方，并使DMD高速投影仪的镜头中必对 准所述两个相同大小的抛物面反射镜的中必。
[0013] 本发明还提供一种基于上述装置的手势识别方法，其特征在于包含如下步骤：
[0014](一）对手势动作进行预定义；
[0015](二）深度数据转换：用Kinect设备发射出错射光，通过其红外发射器镜头前的 光栅均匀地投射到目标物体上，目标物体反射形成随机的散斑，再通过红外发射器镜头记 录空间的每个散斑，通过计算便得到3D深度图像；
[0016] (H)前景提取；通过Kinect设备获取的深度数据，分割成前景和背景数据；然后 直接使用前景数据，即把用户的手从背景中提取出来；
[0017](四）轮廓描绘：通过peak-and-vall巧算法，从前景数据中勾画出手指的轮廓； [001引（五）手指检测：通过循环执行卡尔曼滤波算法，识别出手指运行的具体动作。
[0019] 本发明与现有技术相比，利用两个同等大小的抛物面反射镜呈始壳状对合放置， 并使每个反射镜的中必处于另外一个反射镜的焦点上时，此时把任何一个目标物体放在处 于低处的150mm凸透镜的中必区域，就能在处于高处的抛物面反射镜的上方看到该物体的 立体成像，从而实现了用户与成像物体的直接交互，增强了真Η维立体显示与应用中的用 户体验感。本发明运行可靠，结构紧凑，稳定性高。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的结构示意图
[0021] 图2为实施例的原理说明图。
【具体实施方式】
[0022] 本发明的一个实施例结合【附图说明】如下。参见图1，包括支架1、两个相同的抛物 面反射镜2、光学旋转同步监测器3、DMD高速投影仪4、视觉限制发散器5、电机传动带6、转 动台7、红外热反射镜8、电机9、150mm凸透镜10、目标物体11和Kinect设备12 ;其中；所 述支架1包含一个框式底座和一个上部吊杆；所述Kinect设备12安置于所述支架1的上 部吊杆且对准正下方；所述两个相同的抛物面反射镜2位于所述Kinect设备12正下方， 放置在所述框式底座的上端；其中一个抛物面反射镜2的开口向上，另一个抛物面反射镜 2置于其上端，即呈始壳状对合放置，并使每个抛物面反射镜2的中必处于另外一个反射镜 的焦点上；所述视觉限制发散器5、目标物体11放置在下方的抛物面反射镜2的下凹处，其 中视觉限制发散器5与水平面呈45度角，目标物体11放置在所述视觉限制发散器5下方； 下方的抛物面反射镜2的下端通过支架固定在中空的转动台7上，电机9通过电机传动带 6驱动转动台7,所述转动台7还与光学旋转同步监测器3连接；所述红外热反射镜8放置 在转动台7的下方，所述150mm凸透镜10放置在所述红外热反射镜8下方；所述DMD高速 投影仪4位于框式底座的的最下方，并使DMD高速投影仪4的镜头中必对准所述两个相同 大小的抛物面反射镜2的中必。
[002引作为优选，抛物面反射镜2采用化ti-Gone公司的22号Mirage模型产品，抛物面 反射镜2的直径为56cm，其下凹处的开口为圆形且直径为15cm，电机9采用型号为Animacs 公司的SM2316D的智能电机，DMD高速投影仪4采用ΤΙ公司的DMDDiscovery0. 7"XGA D4100高速投影仪。
[0024] 参见图2,上述实施例的显示原理是当两个同等大小的抛物面反射镜2呈始壳状 对合放置、并使每个反射镜的中必处于另外一个反射镜的焦点上时，此时把任何一个目标 物体11放在处于低处的镜子的中必区域时，就能在处于高处的镜子的开口上方看到该目 标物体11的立体成像。
[00巧]使用时，电机9通过电机传动带6带动转动台7,继而带动两个相同的抛物面反射 镜2作水平旋转；视觉限制发散器5用来模拟微遮光栅格并产生所需的窄视角，视觉限制发 散器5每旋转一周就会产生很多视点。DMD高速投影仪4W很高的顿率对视觉限制发散器 5产生的视点进行显示，从而实现对3D场景的多道染。DMD高速投影仪4与电机9保持同 步，送样可W确保在正确的时间显示正确的图像。利用Kinect设备12的摄像机提供的深 度数据，当手指触碰到3D影像时，我们可W通过深度数据把手的轮廓从背景中分割出来， 然后用peak-and-valley图像处理算法来追踪用户手的轮廓并检测手指，一旦发现手指， 我们就通过平均化手指周围的像素块的深度值来推断它的3D位置，继而让3D影像按照预 定义的动作进行变化。
[0026] 其中，光学旋转同步监测器3采用光学原理同步监测转