一种非接触式手势控制的三维模型显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种非接触式手势控制的三维模型显示装置，该装置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。具体是利用了投影光路的偏差角，将线状阵列中的每条线上的三维像素点对应到二维平面中；通过对三维立体图像与理论线状阵列的交点集进行三维‑二维映射转换，绘制出对应的二维平面图形；通过投影仪将二维平面图形投影到三维线状阵列中，形成三维立体图像；通过实时判断手持装置的变化而改变二维平面图形使得三维线状阵列中的三维活动图像发生变化。本发明专利技术将二维平面图像通过投影的方式立体化，并通过三维线状阵列使其能活动成像，并进行非接触式的手势控制方式对三维图像进行实时的控制变换，效果凸出。

A non-contact gesture controlled 3D model display device

The present invention discloses a non-contact gesture controlled 3D model display device, which uses linear array as medium to carry information so as to display three-dimensional graphics. Concrete is the use of a projection optical angular deviation, the three-dimensional pixels of each line in the linear array corresponding to the two-dimensional plane; to transform the three-dimensional two-dimensional map through the intersection of the three-dimensional image and the theory of the linear array set, draw the corresponding 2D graphics; projected 2D graphics to 3D linear array through the projector, forming a three-dimensional image; change by real-time judgment of handheld devices and change the two-dimensional graphics makes the 3D image activity change in 3D linear array. The three-dimensional image is projected by the projection method, and the three-dimensional linear array can be used for active imaging, and the non-contact gesture control method is used for real-time control and transformation of the three-dimensional image, and the effect is prominent.

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式手势控制的三维模型显示装置所属
本专利属于显示
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，再通过本专利技术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。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术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。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述优点将会变得更加清楚。图1是三维图像显示框架原理图。图2是三维成像线状空间的示意图。图3是双投影及手势控制系统框架原理图。图4是双投影系统显示空间俯视图，I和II区域分别由投影I和投影II负责点亮。具体实施方式本专利技术公开了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方法，包括以下步骤：(1)建立三维-二维映射图：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，可以采用二维坐标到三维坐标的转换方法，将二维横坐标转换为三维空间中的x-y坐标，将二维纵坐标转换为三维空间中的z坐标，x-y坐标对应三维图像的成像平面，z坐标对应三维图像的景深。具体实现方法如下：首先，按照附图一将系统固定好。在二维图像中找到对应三维立方体空间中任意一个顶点的像素点，为了便于操作可以找最靠近投影仪那一面上的四个顶点，将二维图像的横坐标平移，对应三维图像中的像素点高度不变，即z坐标不变。在找到四个顶点之后，每一根成像线列都可以从z坐标的方向分成n份，线列的长度为l，顶点坐标为x0，则该线列上所有像素点的坐标即为i的取值范围为0到n，因此z坐标方向的分辨率即为n，根据xi的坐标可以推算出二维平面图像中对应的像素坐标，由于投影光路的平行性，二维平面图像中对应线状成像的区域也为直线，直线的长度为α×l，α＜1，因此对应的二维平面图像的坐标变换为i的取值范围为0到n，在二维平面图像上取点时，可以先找到对应三维空间中顶点的二维像素点，然后按照的间距向下寻找下一个点，通过此方法可以找出一块线状成像区域上的全部点。其可以使用VisualStudio编写对二维平面图像操作的程序，然后在平面图像中寻找与三维空间中对应的二维像素点：步骤(1)：打开VisualStudio编写对二维平面图像操作的程序，将二维平面图像像素设置为1366*768，与投影仪的像素相同。步骤(2)：在二维平面图像左上角开始寻找对应三维空间中顶点中的像素点。步骤(3)：调用函数，让像素点沿z轴的方向纵向移动，根据三维空间中线状成像区域中对应的成像点的变化情况，调整二维平面图像中的像素点的大小和移动方向。步骤(4)：当点亮某一条线的某个点时，合理微调，让三维线状阵列中该成像像素点与周围亮度形成的对比度尽可能高。步骤(5)：记录线状阵列中每一条线(第i行、第j列)的最高(记为1)、最低点(记为0)所对应的二维坐标(记为(x1，y1)、(x0，y0))。步骤(6)：每一条线上的所有信息可以表示为(i，j，k)，其中i、j为该线行、列数，k为高度(最低点为0、最高点为1)。建立映射关系(i，j，k)——>(x，y)，其中x＝x0+(x1-x0)*k，y＝y0+(y1-y0)*k。按如上步骤对所有三维线阵中的点建立(i，j，k本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触式手势控制的三维模型显示装置，其特征在于：(1)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，构建特殊的三维‑二维映射图；(2)通过绘制三维图像与理论线状阵列的交点集构造出待转换的三维图像，并将其转换为二维图形；(3)将二维平面图像通过投影装置投影到三维线状阵列中；(4)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 。

【技术特征摘要】
1.一种非接触式手势控制的三维模型显示装置，其特征在于：(1)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，构建特殊的三维-二维映射图；(2)通过绘制三维图像与理论线状阵列的交点集构造出待转换的三维图像，并将其转换为二维图形；(3)将二维平面图像通过投影装置投影到三维线状阵列中；(4)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。2.根据权利要求1所述的一种基于线状阵列的三维活动图像显示方法，其特征在于，步骤一所述，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，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。3.根据权利要求1所述的一种基于线状阵列的三维活动图像显示方法，其特征在于，采用了基于固定线状阵列的三维坐标到二...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁杰，张延，李博文，彭振辉，武桐，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32