[发明专利]一种三维显示海量数据的处理方法及系统

权利要求书

1.一种三维显示海量数据的处理方法，其特征在于，包括：

获取待显示海量数据的初始化参数；

基于所述初始化参数分别计算得到全息图、全视差视点图、水平光场编码图和集成成像编码图；

由所述全息图、所述全视差视点图、所述水平光场编码图和所述集成成像编码图获得显示编码图，通过检测所述显示编码图的交互得到所述待显示海量数据的三维显示结果；

所述获取待显示海量数据的初始化参数，具体包括：

初始化相机和三维场景，将三维模型的中心设为所述相机的注视点；

基于所述初始化参数计算得到全息图，具体包括：

启动光线跟踪，其中光线跟踪线程数为全息图像素数；

由相机向三维场景发射光线；

除去其中不与物体相交的光线后，基于与物体相交的光线计算物体表面颜色，并储存光线长度，确定从相机位置指向注视点的第一单位向量、光线方向的第二单位向量以及击中物体光线长度，基于所述第一单位向量、所述第二单位向量和所述击中物体光线长度，得到物体表面深度，根据所述物体表面深度将所述三维场景分成若干层二维图像；

基于预设衍射快速计算方法计算所述若干层二维图像中每一层衍射到全息面后的复振幅；

对所述复振幅进行编码，得到所述全息图，具体包括：

启动光线跟踪，光线跟踪线程数为全息图像素数，由初始相机向三维场景发射光线，将三维场景进行分层：

对应不与物体相交的光线，不参与分层，对于与物体相交的光线，计算物体表面的颜色，同时储存光线的长度，令为从相机位置指向注视点的单位向量，为光线方向的单位向量，d为光线长度，当光线击中物体后得到：

再根据深度信息，将三维场景分成若干层二维图像；

对于三维场景的每一层，使用衍射快速计算的方法计算每一层衍射到全息面后的复振幅，得到全息面的复振幅，对复振幅进行编码，计算得到所述全息图；

基于所述初始化参数计算得到全视差视点图，具体包括：

确定初始相机三维位置坐标，基于所述初始相机三维位置坐标获得初始相机位置向量；

获取所述初始相机的右方单位向量、上方单位向量和前方单位向量，确定水平视点数、纵向视点数、水平视点间距和纵向视点间距；

获取任意视点相机的所在位置横向视点数和所在位置纵向视点数，基于所述右方单位向量、所述上方单位向量、所述前方单位向量、所述水平视点数、所述纵向视点数、所述水平视点间距、所述纵向视点间距、所述所在位置横向视点数和所述所在位置纵向视点数，计算得到所述初始相机指向所述任意视点相机的第一向量；

由所述第一向量和所述初始相机位置向量计算得到所述任意视点相机的位置；

对每个视点相机启动一次光线跟踪获得每个视点相机对应的视点图，其中每次光线跟踪的线程数为每个视点图的像素数；

以所述初始相机的注视点为各相机公共焦平面的中心，基于所述第一单位向量的长度、所述第一单位向量和从所述初始相机指向公共焦平面的光线单位向量，计算得到从所述初始相机指向所述公共焦平面的光线向量；

基于所述第一向量和所述从所述初始相机指向所述公共焦平面的光线向量，得到从所述任意视点相机指向所述公共焦平面的光线向量；

以所述任意视点相机的位置为起点，基于所述任意视点相机指向所述公共焦平面的光线向量发射光线，得到第一发射光线；

获取所述第一发射光线的跟踪结果，得到所述全视差视点图，具体包括：

计算相机阵列位置，设初始相机位置坐标为(x0,y0,z0)以向量表示为：

向量分别为指向相机右方，上方，前方的单位向量，设水平与纵向视点数分别为M、N，视点间距分别为a、b，以视点相机C₁为例，设视点相机所在横向视点数为m，纵向视点数为n，则从初始相机指向视点相机C₁的向量：

则视点相机C₁的位置为：

对于每个视点相机，启动一次光线跟踪获得视点的视点图，每次光线跟踪的线程数为每个视点图的像素数；

在每次光线跟踪中，首先计算每条光线的起点与方向，对于每个视点相机，光线起点即为视点相机位置，由于各视点相机为离轴相机，每个像素对应的光线方向通过初始针孔相机的光线方向计算而来，以视点相机C₁的光线进行计算：

设初始相机注视点O，为各相机公共焦平面中心，从初始相机位置指向注视点的向量为长度为length，初始相机为针孔相机，从初始相机指向焦平面上像素的光线向量为表示像素光线方向的单位向量为则：

从初始相机指向视点相机C₁的向量为则光线为：

确定光线的起点和方向后即可发射光线，每个视点相机处光线跟踪结果即为所述全视差视点图；

基于所述初始化参数计算得到所述水平光场编码图，具体包括：

启动光线跟踪获得水平光场编码图子像素，其中光线跟踪的线程数为编码图子像素数；

根据编码图子像素位置，计算编码图子像素对应的视点；

基于所述初始相机位置向量、所述右方单位向量、所述水平视点数、所述水平视点间距和所述所在位置横向视点数，得到所述第一向量的横向分量，所述横向分量为所述初始相机位置指向光线起点位置的向量；

基于所述横向分量和所述初始相机位置向量，计算得到所述光线起点位置；

以所述初始相机的注视点为各相机公共焦平面的中心，基于所述第一单位向量的长度、所述第一单位向量和从所述初始相机指向编码子像素的光线单位向量，计算得到从所述初始相机指向所述编码子像素的光线向量；

基于所述第一向量和所述从所述初始相机指向所述编码子像素的光线向量，得到从所述光线起点位置指向所述编码子像素的向量；

以所述光线起点位置为起点，基于所述光线起点位置指向所述编码子像素的向量发射光线，得到第二发射光线；

获得每个编码子像素对应所述第二发射光线的颜色，根据每个编码子像素所在红绿蓝通道赋予对应的灰度值，得到所述水平光场编码图，具体包括：

启动光线跟踪，此处光线跟踪的线程数为编码图子像素数，根据编码图子像素位置，计算子像素对应的视点；

然后计算编码图子像素对应光线跟踪线程的光线起点与光线方向，设初始相机位置坐标为(x0,y0,z0)以向量表示为：

设向量为指向相机右方的单位向量，设水平视点数为M，视点间距为a，若子像素对应视点数为m，则初始相机位置指向光线起点位置的向量：

则得到光线起点位置：

设初始相机注视点O，为焦平面中心，从初始相机位置指向注视点的向量为长度为length，从初始相机指向编码子像素的光线方向的单位向量为光线向量为则：

从初始相机指向光线起点的向量为则光线方向为：

然后确定光线的起点和方向后即可发射光线；

在每个子像素得到对应光线的颜色后，根据子像素所在红绿蓝通道，赋予对应的灰度值，得到所述水平光场编码图；

基于所述初始化参数计算得到所述集成成像编码图，具体包括：

启动光线跟踪获得集成成像编码图像素，其中光线跟踪的线程数为编码图像素数；

计算编码图像素对应的视点；

获取所述光线起点位置、所述初始相机的注视点、物体到最佳观看面距离与屏幕到最佳观看面比例、所述初始相机指向所述注视点的向量，基于所述初始相机指向所述注视点的向量和所述物体到最佳观看面距离与屏幕到最佳观看面比例，计算得到所述初始相机到所述公共焦平面的中心向量；

基于从所述初始相机指向所述编码图像素的光线单位向量、所述中心向量和所述中心向量的长度，得到所述初始相机指向所述编码图像素的向量；

以所述光线起点位置为起点，基于所述光线起点位置指向所述编码图像素的向量发射光线，得到第三发射光线；

给所述第三发射光线的跟踪结果赋予编码像素，得到所述集成成像编码图；具体包括：

启动光线跟踪，此处光线跟踪的线程数为编码图像素数，计算编码像素对应的视点；

计算编码像素对应线程的光线起点和方向，设初始相机位置坐标为(x0,y0,z0)以向量表示：

向量分别为指向相机右方，上方的单位向量，设水平与纵向视点数分别为M、N，间距分别为a、b,若子像素对应视点为横向视点为m，纵向视点为n，则从初始相机指向光线起点的向量：

则光线起点位置：

设初始相机注视点O，物体到最佳观看面距离与屏幕到最佳观看面比例为b，从相机位置指向注视点的向量为垂直于焦平面，延长线与焦平面相交于中心，则相机到焦平面中心向量为：

长度为length，从初始相机指向编码像素的光线向量为表示方向的单位向量为则：

初始相机指向光线起点的向量为则光线方向为：

确定光线的起点和方向后即可发射光线；

将光线跟踪结果直接赋予编码像素，得到集成成像编码图。