基于計算全息技術的大場景真三維顯示快速生成方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于計算全息技術的大場景真三維顯示快速生成方法，包括以下步驟：（1）對三維數據源重采樣得到目標大場景中的各實體的三維數據，并利用三維數據生成實體三維立體模型；（2）對實體三維立體模型通過坐標變換生成統一參考坐標的三維模型描述；（3）將實體模型的景深信息和紋理信息融合到三維模型中，形成單實體真三維實體模型；（4）將單體三維實體模型合成為大場景對應的位置，形成大場景三維實體模型；（5）通過計算機模擬生成目標大場景的虛擬顯示。本發明通過計算全息技術實現大視角、大場景三維實體虛擬顯示的快速生成，處理快捷，視覺效果良好，可應用于實現三維實體虛擬顯示領域。
【專利說明】基于計算全息技術的大場景真三維顯示快速生成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及三維顯示技術，尤其涉及大場景真三維顯示技術。
【背景技術】
[0002]隨著人們生活品質的提高，對文化娛樂服務的內容和展示形式提出更高需要。因此，基于真實三維空間顯示三維場景已成為文化科技融合研究和應用領域的熱點問題。
[0003]三維顯示是對物體固有的三維信息進行記錄、處理和再現的可視化過程，可分成四大類。第一類是基于陰影等心理深度暗示的二維屏幕透視顯示，即所顯示的圖像只有心理景深，沒有物理景深，缺點是不能直觀表達深度信息，三維空間立體感完全取決于觀察者的想象重構能力，容易產生混淆。第二類是基于雙目視差暗示的體視對顯示，缺點是視角有限，焦距固定，基于助視儀器，非自然的深度感容易引起錯覺、視覺疲勞及頭痛等不適。嚴格地說，這兩類顯示不能提供完整的深度暗示，都不是真正意義上的三維顯示。在空中交通管制、軍事戰術和戰略顯示、醫學成像等應用場合，三維信息可被看作是結構性的——即視覺上屬于三維結構或是數值性(超多維數據)，使用前兩類偽三維顯示技術，容易丟失第三維信息，無法顯示出具有真實空間感的三維立體圖像。第三類的全息顯示能再現圖像的幅值和相位信息，因此能利用二維介質顯示出虛擬三維效果，使觀察者有三維視感。但全息顯示設備復雜，要求很寬的信號傳輸帶寬和巨大的信息存儲容量。第四類的三維顯示利用人眼視覺系統固有的三維數據處理結構，顯示出占據著真實體積空間的三維圖像信息，因此被稱為真三維立體顯示。目前采用這種方式顯示小型物體時能實現良好的視覺效果，但在大場景顯示時，由于計算量大造成效率低，視覺效果不佳，不能滿足人們文化娛樂的需要。
【發明內容】
[0004]為解決上述問題，本發明提供一種視覺效果良好的基于計算全息技術的大場景真三維顯示快速生成方法。
[0005]本發明的技術方案:
一種基于計算全息技術的大場景真三維顯示快速生成方法，包括以下步驟:
(1)對三維數據源重采樣得到目標大場景中的各實體的三維數據，并利用三維數據生成實體三維立體模型；
(2)對實體三維立體模型通過坐標變換生成統一參考坐標的三維模型描述；
(3)將實體三維立體模型的景深信息和紋理信息融合到三維模型中，形成單實體真三維實體模型；
(4)將單實體真三維實體模型合成為大場景對應的位置，形成大場景三維實體模型；
(5)通過計算機模擬生成目標大場景的虛擬顯示。
[0006]作為本發明的進一步改進，步驟(I)中得到目標大場景中的各實體的三維數據包括以下步驟:截取實體的二維截面信息，通過菲涅爾衍射獲得全息圖，建立目標場景的數學模型，通過采樣抽取目標場景的三維數據，并進行去噪、識別和容錯處理，形成了若干二維平面數據；采用重采樣技術，處理二維平面數據，得到目標大場景中的實體的三維數據。
[0007]作為本發明的進一步改進，在步驟(1)中獲得實體的三對特征點坐標，計算出坐標變換參數，在步驟(2)中利用坐標變換參數進行坐標變換，生成統一參考坐標的三維模型描述。
[0008]作為本發明的進一步改進，三對特征點坐標的獲取方式為利用三維掃掃描設備通過多角度對實體進行多重掃描，獲得不同視角的三維點云數據，在實體上兩次掃描重疊區域放置三個標志物,將這三個標志物的幾何中心作為特征點,幾何中心坐標求取:
【權利要求】
1.一種基于計算全息技術的大場景真三維顯示快速生成方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)對三維數據源重采樣得到目標大場景中的各實體的三維數據，并利用三維數據生成實體三維立體模型； (2)對實體三維立體模型通過坐標變換生成統一參考坐標的三維模型描述； (3)將實體三維立體模型的景深信息和紋理信息融合到三維模型中，形成單實體真三維實體模型； (4)將單實體真三維實體模型合成為大場景對應的位置，形成大場景三維實體模型； (5)通過計算機模擬生成目標大場景的虛擬顯示。
2.如權利要求1所述的基于計算全息技術的大場景真三維顯示快速生成方法，其特征在于，步驟(1)中得到目標大場景中的各實體的三維數據包括以下步驟:截取實體的二維截面信息，通過菲涅爾衍射獲得全息圖，建立目標場景的數學模型，通過采樣抽取目標場景的三維數據，并進行去噪、識別和容錯處理，形成了若干二維平面數據；采用重采樣技術，處理二維平面數據，得到目標大場景中的實體的三維數據。
3.如權利要求1所述的基于計算全息技術的大場景真三維顯示快速生成方法，其特征在于，在步驟(1)中獲得實體的三對特征點坐標，計算出坐標變換參數，在步驟(2)中利用坐標變換參數進行坐標變換，生成統一參考坐標的三維模型描述。
4.如權利要求3所述的基于計算全息技術的大場景真三維顯示快速生成方法，其特征在于，所述三對特征點坐標的獲取方式為利用三維掃掃描設備通過多角度對實體進行多重掃描，獲得不同視角的三維點云數據，在實體上兩次掃描重疊區域放置三個標志物，將這三個標志物的幾何中心作為特征點,幾何中心坐標求取:
5.如權利要求1所述的基于計算全息技術的大場景真三維顯示快速生成方法，其特征在于，步驟(1)中重采樣包括以下步驟:根據實體由坐標變換參數得到的總體糾正信息，對原始掃描數據進行重采樣，得到反映實體表面幾何特征的三維掃描坐標和實體立體幾何信息，將每一次掃描線看成分段光滑曲線，從上至下或者從左至右，進行局部二次擬合，得到逼近的距離圖像，檢測深度和擬合點的法向連續性，生成邊緣映射圖，提取三維輪廓邊緣，由二維網格鏈碼跟蹤獲取不同的邊緣鏈，沿邊緣鏈搜索并確定邊緣拐點，根據用戶指定將距離圖像等分為N幅子距離圖像，各子圖像間有且僅有一重疊邊，分別在距離圖像內進行自適應采樣。
6.如權利要求1所述的基于計算全息技術的大場景真三維顯示快速生成方法，其特征在于，步驟(4)形成大場景三維實體模型是基于三角網內插多邊形算法。
【文檔編號】G06T17/00GK104021587SQ201410215802
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月22日 優先權日:2014年5月22日
【發明者】常炳國, 陳超, 霍博華, 謝健, 曹天澤, 馮碩果 申請人:湖南大學