[发明专利]一种三维模型二维视图与裸眼三维影像双屏联动显示方法

权利要求书

1.一种三维模型二维视图与裸眼三维影像双屏联动显示方法，其特征在于，包括下列步骤：

1.1建立双屏联动显示系统：双屏联动显示系统由处理器(1)、Leap Motion体感控制器(2)、立体显示屏(6)和平面显示屏(8)组成，Leap Motion体感控制器(2)、立体显示屏(6)和平面显示屏(8)均与处理器(1)连接；其中处理器(1)配置有高性能光线追踪应用程序框架Optix；平面显示屏(8)的分辨率为W₁×H₁；立体显示屏(6)是视点数量为N的柱透镜光栅立体显示屏，N为奇数；立体显示屏(6)的分辨率为W₂×H₂；

1.2设置参数值：二维视图(9)与平面显示屏(8)的分辨率相同，二维合成图(4)与立体显示屏(6)的分辨率相同，虚拟相机阵列的相机数量与立体显示屏(6)的视点数量相同，相邻虚拟相机焦点方向的夹角为θ，虚拟相机的视角为φ，手势交互(3)的手掌移动速度的有效范围为v_min、v_max，手势交互(3)的灵敏度为s；

1.3将三维网格模型和二维合成图(4)的R、G、B三个通道的像素-视点对应矩阵M_R、M_G、M_B导入处理器(1)中；

1.4在处理器(1)的高性能光线追踪应用程序框架Optix场景中，创建汇聚式虚拟相机阵列Cams，包括下列步骤：

1.4.1初始化中心相机Cam_c＝Cams((N-1)/2)的参数：

光心位置Cam_c_eye＝C-(0,0,1.5S_m)；

焦点方向Cam_c_lookat＝C；

坐标轴向上方向Cam_c_up＝(0,-1,0)；

其中：C为三维模型外接矩形框的中心点坐标；S_m为三维模型外接矩形框长和宽之间的最大值；

1.4.2初始化其它相机Cam_i＝Cams(i)，i＝0,…,N-1且i≠(N-1)/2，的参数：

光心位置Cam_i_eye＝R(Cam_c_up,θ×(i-(N-1)/2))×(Cam_c_eye-Cam_c_lookat)+Cam_c_lookat；

焦点方向Cam_i_lookat＝Cam_c_lookat；

坐标轴向上方向Cam_i_up＝Cam_c_up；

其中：R(v,α)为环绕向量v旋转角度α得到的3×3旋转矩阵；

1.5设置一个参考虚拟相机Cam_r，其参数与Cam_c的初始参数相同；

1.6双屏联动显示三维模型的二维视图(9)和裸眼三维影像(7)，显示每一帧画面包括下列步骤：

1.6.1如果当前帧是第一帧，则执行步骤1.6.3；否则，执行步骤1.6.2；

1.6.2利用Leap Motion体感控制器(2)检测是否发生手势交互(3)，即手势交互(3)的手掌移动速度是否属于有效范围v_min、v_max或者手抓取力g是否不为0，如果是，则更新Cams参数后，执行步骤1.6.3；否则，执行步骤1.6.5；更新Cams参数包括下列步骤：

1.6.2.1更新中心相机Cam_c的参数：

Cam_c_eye＝R(Cam_r_up,β_x/s)×(Cam_r_eye-Cam_r_lookat)+Cam_r_lookat；

Cam_c_eye＝Cam_c_eye-(Cam_c_lookat-Cam_c_eye)×g；

u＝cross(Cam_r_up,Cam_c_eye-Cam_c_lookat)；

Cam_c_eye＝R(u,β_z/s)×(Cam_c_eye-Cam_c_lookat)+Cam_c_lookat；

Cam_c_up＝cross(u,Cam_c_eye-Cam_c_lookat)；

其中：Cam_r_up为参考虚拟相机Cam_r的坐标轴向上方向；Cam_r_eye为参考虚拟相机Cam_r的光心位置；Cam_r_lookat为参考虚拟相机Cam_r的焦点方向；β_x、β_z分别为手势交互(3)的手掌相对于Leap Motion体感控制器(2)的坐标系统中x轴、z轴的旋转角度；cross表示两个向量之间的叉乘运算；

1.6.2.2更新其它相机Cam_i的参数：与步骤1.4.2相同；

1.6.3利用Cam_c和Optix的实时光线投射渲染器，为三维模型生成二维视图(9)，并在平面显示屏(8)上全屏显示；

1.6.4利用Cams和Optix的实时光线投射渲染器，为三维模型生成二维合成图(4)，并在立体显示屏(6)上全屏显示，二维合成图(4)发出的光线穿过立体显示屏(6)内部的柱透镜光栅(5)，形成裸眼三维影像(7)；计算二维合成图(4)的每个像素值包括下列步骤：

1.6.4.1分别获取该像素值所属的像素点(x,y)在R、G、B三个通道上对应的视点序号：j_R＝M_R(x,y)、j_G＝M_G(x,y)、j_B＝M_B(x,y)；

1.6.4.2对于每个通道和对应的视点序号j，利用虚拟相机Cam_j和其像素点(x,y)处的光线投射，得到该通道在此点处的像素值；

1.6.5如果关闭二维视图(9)，则关闭二维合成图(4)，显示过程结束；否则，转至下一帧，执行步骤1.6.2。