[发明专利]基于空间鼠标和菜单的三维光场空间内容操纵系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及互动式三维光场显示技术领域，具体涉及基于空间鼠标和菜单的三维光场空间内容操纵系统及方法。

背景技术

由于二维显示难以清楚准确地表达第三维的深度信息，人们一直在致力于研究可显示三维光场的技术，包括集成成像、全息等三维图像显示技术。

如同人们习惯于在电脑屏或投影屏上用鼠标或激光笔对二维图像进行指示和操纵一样，在显示的三维光场中，同样希望引入空间鼠标，不但可以对三维光场的空间内容进行鼠标指示，也可以通过空间鼠标对显示三维光场进行操纵，实现人机的三维互动。

如中国专利（申请公布号CN102609119A）公开的三维光场空间内容的鼠标操纵系统及方法，其引入一个提供发散光点的实物作为空间鼠标，对空间显示的三维光场内容进行指示，并在承载空间鼠标的位移平台的手柄上设置图像处理功能键，以实现人和三维光场的互动。

但是这种操纵系统及方法是以图像处理功能键进行操作，较为间接和不方便，互动性不强。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供基于空间鼠标和菜单的三维光场空间内容操纵系统及方法，通过空间鼠标，实现对光场空间内容的鼠标指示，并通过弹出菜单，对显示光场发出指令，经后台处理，按指令要求重新显示处理后的三维光场，实现互动式三维光场显示。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于空间鼠标和菜单的三维光场空间内容操纵系统，其中包括：

一三维光场生成单元，用于在空间显示三维光场分布；

一光标单元，在上述显示的三维光场中引入一个光标，并以该光标作为空间鼠标对该光标所在位置光场内容进行指示；

一三维位移平台，承载上述光标单元，并带有操纵手柄，由观察者通过操纵手柄控制该三维位移平台带动光标单元在三维空间自由移动，将光标单元引入的空间鼠标指示于显示三维光场的任意空间位置；

一功能键，包括左键和右键，置于上述操纵手柄上；单击右键，三维光场生成单元显示含有弹出菜单的三维光场，移动空间鼠标到弹出菜单某一选项并单击左键，实现该选项的选定；以及

一控制单位，实时反馈空间鼠标在显示光场中的空间位置，并根据选定选项的要求，对显示的三维光场进行后台图像处理后，控制三维光场生成单元显示图像处理后的三维光场。

具体的，所述三维光场生成单元是基于傅里叶计算全息技术的三维显示系统，其包括：入射光束、空间光调制器及傅立叶变换透镜；空间光调制器加载要显示三维光场的二维傅立叶变换计算全息编码，入射光束入射该加载编码的空间光调制器，经傅立叶变换透镜，在空间显示真实的三维空间光场。

可选的，所述三维光场生成单元是基于菲涅耳计算全息技术的三维显示系统，其包括：入射光束及空间光调制器；空间光调制器加载要显示三维光场的二维菲涅耳变换计算全息编码，入射光束入射该加载编码的空间光调制器，在空间衍射生成真实的三维空间光场。

可选的，所述三维光场生成单元是基于集成成像技术的三维显示系统，其包括：由多个微透镜排列组成的透镜阵列、液晶显示单元；待显示三维光场关于透镜阵列各微透镜在液晶显示屏上的各单元图像，由液晶显示屏上该透镜对应区域进行显示，多个单元图像通过透镜阵列上各自对应的微透镜，在空间合成为真实的三维光场。

进一步的，所述光标单元为粗糙切割的光纤，耦合进光纤的光束出射时在光纤断面处形成一个发散光点，以该光点作为空间鼠标对该光点所在位置光场内容进行指示。

可选的，所述光标单元为可以自行发光或反射外部投射光的物点或具有一定几何形状的结构物，如LED、OLED、高温金属球或粗糙荧光球等。

另外，本发明还提供了基于空间鼠标和菜单的三维光场空间内容操纵方法，包括以下步骤：

A、三维光场生成单元在三维空间显示三维光场；

B、观察者通过操纵手柄控制三维位移平台的自由移动，以三维位移平台所承载光标单元引入的光标作为空间鼠标，对显示三维光场的任意空间内容进行鼠标指示；

C、当空间鼠标指示于某空间位置时，观察者点击操纵手柄上的右键，控制单位记下当前空间鼠标所指示位置，控制三维光场生成单元显示带有弹出菜单的三维光场；

D、通过操纵手柄控制三维位移平台，移动空间鼠标到弹出菜单的某一选项后，单击左键，控制单元确认该选项被选中，并根据选中选项的要求，对显示的三维光场进行后台处理后，控制三维光场生成单元重新显示处理后的三维光场。