[发明专利]台面体积显示装置及显示三维图像的方法

说明书

公开了一种用于呈现三维图像的台面体积显示装置(102，200，506，600)。体积显示装置包括：包括基本平行地布置以形成投影体积的多个显示元件(212、400)的多层体积显示器(202，502，602，700)，该多个显示元件中的每一个通过至少一个光学漫射器(300，402，404，406，408，704)实现；联接到前述显示器的体积显示驱动器，体积显示驱动器(204)被配置成控制多个显示元件的运作状态；处理单元(206)，被配置成处理三维图像以生成多个图像切片，其中，给定图像切片将被投影到相应的显示元件上；投影仪(208，604，606)，被配置成将多个图像切片投影到多个显示元件上；以及与体积显示驱动器、处理单元和投影仪联接的控制单元(210)，其中，该控制单元被配置成控制体积显示驱动器和投影仪以在投影体积内呈现三维图像。

技术领域

本公开总体上涉及显示装置；更具体地，涉及呈现三维图像的台面体积(table-top volumetric)显示装置，这种台面体积显示装置包括多层体积显示器、体积显示驱动器、处理单元、投影仪以及控制单元。此外，本公开还涉及通过前述台面体积显示装置呈现三维图像的方法。

背景技术

由于三维图像的可理解性强且易于解释，通过三维图像可视化地呈现信息的普及程度成倍增长。随着技术的进步，目前显示技术能够逼真地呈现二维图像以及三维图像。因此，如今，三维图像被用于教育领域(例如，向院校学生展示三维模型)、土木工程领域、空中交通管制管理领域(例如，对机场周围的空域进行建模)、建筑领域、军事领域(例如，描绘战场的地形模型)等等。

目前采用几种技术来呈现三维图像。在第一示例中，可以通过在台面上布置沙堆以创建给定环境(地形)的按比例缩小的三维模型来呈现与关注的给定环境(例如，街区)相关的三维信息。可选地，沙堆结构的表面可以用作投影屏幕，并通过自上而下的图像投影来补充附加信息。但是，这种三维沙堆模型需要大量的设置时间才能显示单个三维视图，且不便携带。此外，仅能在基于静态地形的构造中捕获真实的三个维度，而通常动态改变的信息被呈现为2D投影。因此，为了克服与沙盘有关的限制，可以采用二维显示器。在第二示例中，采用诸如液晶显示器(LCD)之类的二维显示器来在其上呈现给定三维物体/场景的三维图像。通常，当在常规的二维显示器(诸如液晶显示器、基于发光二极管的显示器等)上显示三维图像时，用户会通过心理深度线索(例如视角、阴影、遮挡等)来感知3D场景的深度。然而，这种显示器不能呈现对于逼真地呈现三维图像所必不可少的物理深度线索，并且这种图像还缺乏可理解性和连贯性。在第三示例中，可以采用诸如三维打印机之类的设备来克服与二维显示器相关联的限制。但是，这种方法与沙盘非常相似。3D打印操作非常耗时，并且无法逼真地对动态内容进行实时三维呈现。在第四示例中，诸如体视显示(stereoscopicdisplay)之类的现代三维显示技术可以用于对给定的三维物体/场景进行逼真的三维呈现。然而，与三维成像相关的此类技术还存在相关的局限性，例如，诸如存在引起眼睛疲劳的视觉辐辏-调节冲突(从而不能长时间使用此类技术)等。在第五示例中，可以采用头戴式立体显示器来提供更高的移动自由度。然而，头戴式显示器增加的厚重度可能会拉伤肌肉，而且可穿戴式的阻挡结构也限制了人际交往。此外，虽然有3D内容沉浸感更高的附加优势，但头戴式立体显示器也会引起视觉辐辏-调节冲突。因此，头戴式显示技术的佩戴和观看时间较长会引起用户的不适以及注意力不集中。在第六示例中，可以在多视图显示器上呈现三维图形内容。这种多视图显示器通过向用户(从不同角度/视角)提供有限数量的视图来逼近3D场景。但是，显示3D场景的多个视图的方法需要相当复杂的图像处理，从而限制了实际可显示的视图数量。因此，通常三维图像的分辨率较低和/或实际可用的视角较少。因此，多视图显示器不能提供三维图像的可理解的呈现。在第七示例中，可以由诸如光场技术之类的技术代替多视图显示器，以克服与之相关的限制。这种光场技术采用多个图像投影仪来对图像提供分辨率极佳的三维呈现。此外，由于需要密集的计算，这种技术需要更长的处理时间。因此，三维图像的实时呈现会受到限制和/或需要大量的计算资源。