[发明专利]一种非接触式手势控制的三维模型显示装置

说明书

所属技术领域

本专利属于显示技术领域，具体涉及一种非接触式手势控制的三维显示装置及其线状显示阵列。

背景技术

随着技术发展，研究领域和消费市场上出现了一些显示立体效果的显示终端。目前主流的三维显示技术包括眼镜式三维显示技术和裸眼式三维显示技术。眼镜式三维显示技术主要通过佩戴立体眼睛，根据人眼的视差在大脑中形成立体画面，但由于人们在观察时必须佩戴附加的设备，因此，眼镜式立体显示技术仅适用于固定场合，如家用电视、电影院等；裸眼式三维显示技术尚不如眼镜式显示技术成熟，主要通过物理光学装置向用户的左眼和右眼提供不同的视差图像，立体成像的效果并不是很理想。

此外，上述的两种技术都是被动式的立体显示技术，即观察者不能自主选择观察视角和距离，并且每个观察者不管处于什么位置和角度都只能看到同样的立体画面，和真实生活中的立体视觉完全不同，因此能够解决上述问题的主动式立体显示就成为该领域研究的新途径。

同时，在大型活动展出、科技馆空间体验、产品发布会等场合，也越来越需要三维的图像显示以及通过手势控制的更为简捷的展示方法。而传统的方式只能进行平面展示或者是三维实物展示，在光线昏暗或者夜晚的时候，三维实物必须借助于外部光源进行展示，但是，展示效果仍然不尽如人意。所以一种非接触式手势控制的三维模型显示装置成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术的不足，提供一种基于线状阵列的三维活动图像显示及其非接触式手势控制的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括两个方面：

一、构建一种基于线状阵列的三维活动图像显示装置

为了达到立体显示的目的，本发明采用线状阵列作为介质来承载信息从而显示出三维的图形。此处所涉及的线状阵列是指一系列整齐排列的平行线，这些平行线与其所垂直的某一平面的所有交点应组成一个二维点集。通过对照相机“小孔成像”原理的逆应用，将二 维图像通过投影仪投射到该线状阵列上，从而将二维图像的一部分宽度信息转换为非同排线上的深度差异。

具体实现通过以下步骤：

(1)标定：将三维线状阵列中的每一个三维像素点都对应到投影仪的二维平面图像的像素点上，建立二维-三维坐标映射表；

(2)绘图：绘制出理论的三维立体图像；

(3)交集：在计算机上将理论三维立体图像与拟构出的线状阵列求交点集合；

(4)转换：将上述三维交点集合通过三维-二维坐标映射表转换为二维坐标集合；

(5)制图：运用上述二维坐标集合制作二维图像

(6)投影：通过投影仪将二维图像投射至真实三维线状阵列装置上，形成最终的三维立体模型。

此方法的有益效果在于：将三维像素点对应到二维平面的过程中利用了投影光路的偏差角，使三维线状空间中的每一个像素点都可以一一映射到二维空间中。同时，由于二维平面图像是通过特殊的坐标映射表转换而成，所以还可以通过二维平面图像隐藏三维信息，再将二维平面图像加载到三维成像空间中，方可显示出正确的三维信息。

二、非接触的手势控制方法

为了达到更好的交互效果，本发明提供一种基于陀螺仪的手势控制方法。

具体来说，就是为体验者提供一套装有陀螺仪的可穿戴设备，如手套。通过对陀螺仪的实时状态(如：角速度等)进行处理，从而推测出当前的手势变化，进而对理论三维立体图像进行对应修改，再通过本发明提供的方法一中的步骤投影出新的真实三维图像。

通过蓝牙或wifi等途径保持陀螺仪与主计算机的实时通信，可使得体验者的动作与所显示的三维图像变化同步，从而完成对立体显示图像的非接触控制。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的主要思想是将二维图像投影到三维空间中，通过一定的处理方式呈现三维图像，从而形成活动的三维实体场景显示效果。由此实现在任意视角观察到场景的真实三维实体活动图形显示，比现有的其他立体视觉产生方法更具可被接受，该方法在发布会产品展示、科技馆互动学习等方面有重要的应用前景。

(2)只要建立了二维-三维坐标关系映射图，理论上可以计算出任意立体模型的二维投影图像。通过改变二维平面图像使三维线状阵列中的三维活动图像变化，采用计算机程序控制投影仪，可实时演算将二维图像转化为三维图像。

(3)虽然将二维图像转到三维中不可避免的要在深度上消耗许多像素点，但是，通过用多个投影仪分区域显示，由每个区域的子图形组合成最终的三维立体图像的方法，理论上可以使显示区域无限制的扩展。