【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用电磁场计算的三维显示引用并入本申请要求2018年1月16日提交的名称为“使用电磁场计算的三维显示”的美国申请62/618,054在35U.S.C.§119下的优先权。上述申请的全部内容通过引用包含于此。
本公开涉及三维(3D)显示，更具体地涉及使用计算技术的3D显示。
技术介绍
传统二维(2D)投影和3D渲染的发展已带来用于3D显示的新方法，包括将头部和眼部跟踪与传统显示设备混合以用于虚拟现实(VR)、增强现实(AR)和混合现实(MR)的许多混合技术。这些技术试图复制全息影像的体验，通过结合跟踪和基于测量的计算，以模拟可由实际全息图表示的立体或眼内光场。
技术实现思路
本公开描述了用于使用针对三维(3D)显示的电磁(EM)场计算的方法、装置、设备和系统。本公开提供了可以克服已知技术中存在的限制的技术。作为示例，本文所公开的技术可以在不使用如“3D眼镜”的笨重的可穿戴设备的情况下实施。作为另一实例，本文所公开的技术可以选择性实施而不受限于：跟踪机制准确性、显示设备的质量、相对长的...
【技术保护点】
1.一种方法，包括：/n针对与三维3D空间中的对象相对应的多个基元中的每个基元，通过在3D坐标系中计算从所述基元到显示屏的多个元素中的每个元素的电磁场传播来确定对所述元素的电磁场贡献；以及/n针对所述多个元素中的每个元素，生成所述多个基元对所述元素的电磁场贡献总和。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180116 US 62/618,0541.一种方法，包括：
针对与三维3D空间中的对象相对应的多个基元中的每个基元，通过在3D坐标系中计算从所述基元到显示屏的多个元素中的每个元素的电磁场传播来确定对所述元素的电磁场贡献；以及
针对所述多个元素中的每个元素，生成所述多个基元对所述元素的电磁场贡献总和。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述电磁场贡献包括从由相位贡献和幅度贡献组成的组选择的至少一项。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述基元包括从由点基元、线基元和多边形基元组成的组中选择的至少一项。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，
所述基元包括线基元，
所述线基元具有包括从由梯度色彩、纹理化色彩和着色效果组成的组中选择的至少一项的信息。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，
所述基元包括多边形基元，
所述多边形基元具有包括从由梯度色彩、纹理化色彩和着色效果组成的组中选择的至少一项的信息。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，对所述多个基元按特定次序编索引。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括：
获得所述多个基元中的每个基元的相应基元数据。
8.如权利要求7所述的方法，其中，
所述多个基元中的每个基元的相应基元数据包括所述基元的相应色彩信息，并且
所确定的对每个所述元素的电磁场贡献包括与所述基元的相应色彩信息相对应的信息。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述色彩信息包括从由纹理化色彩和梯度色彩组成的组中选择的至少一项。
10.如权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，所述多个基元中的每个基元的相应基元数据包括所述基元的纹理信息。
11.如权利要求7至10中任一项所述的方法，其中，所述多个基元中的每个基元的相应基元数据包括所述基元的一个或多个表面上的着色信息。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述着色信息包括对从由所述基元的所述一个或多个表面上的色彩和所述基元的所述一个或多个表面上的亮度组成的组选择的至少一项的调制。
13.如权利要求7至12中任一项所述的方法，其中，所述多个基元中的每个基元的相应基元数据包括所述基元在所述3D坐标系中的相应坐标信息。
14.权利要求13所述的方法，其中，所述多个元素中的每个元素在所述3D坐标系中的相应坐标信息是基于所述多个基元在所述3D坐标系中的相应坐标信息来确定的。
15.如权利要求14所述的方法，其中，每个所述元素的相应坐标信息与存储在存储器中的针对所述元素的逻辑存储地址相对应。
16.如权利要求14或15所述的方法，其中，确定所述多个基元中的每个基元对所述多个元素中的每个元素的电磁场贡献包括：
在所述3D坐标系中，基于所述元素的相应坐标信息和所述基元的相应坐标信息来确定所述元素与所述基元之间的至少一个距离。
17.如权利要求16所述的方法，其中，确定所述多个基元中的每个基元对所述多个元素中的每个元素的电磁场贡献包括：
基于所述多个基元中的第一基元的相应坐标信息和所述多个元素中的第一元素的相应坐标信息，确定所述第一基元与所述第一元素之间的第一距离；以及
基于所述第一距离以及所述第一元素与所述多个元素中的第二元素之间的距离确定所述第一基元与所述第二元素之间的第二距离。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述第一元素与所述第二元素之间的距离是基于所述显示屏的所述多个元素的节距预先确定的。
19.如权利要求16至18中任一项所述的方法，其中，所述多个基元中的至少一个基元是包括第一端点和第二端点的线基元，并且确定所述元素与所述基元之间的至少一个距离包括：
确定所述元素与所述线基元的第一端点之间的第一距离；以及
确定所述元素与所述线基元的第二端点之间的第二距离。
20.如权利要求16至18中任一项所述的方法，其中，所述多个基元中的至少一个基元是包括第一端点、第二端点和第三端点的三角形基元，并且确定所述元素与所述基元之间的至少一个距离包括：
确定所述元素与所述三角形基元的第一端点之间的第一距离；
确定所述元素与所述三角形基元的第二端之间的第二距离；以及
确定所述元素与所述三角形基元的第三端点之间的第三距离。
21.如权利要求16至20中任一项所述的方法，其中，确定所述多个基元中的每个基元对所述多个元素中的每个元素的电磁场贡献包括：
基于所述基元的预定表达式和所述至少一个距离来确定所述基元对所述元素的电磁场贡献。
22.如权利要求21的方法，其中，所述预定表达式是通过解析计算从所述基元到所述元素的电磁场传播确定的。
23.如权利要求21所述的方法，其中，所述预定表达式是通过求解麦克斯韦方程确定的。
24.如权利要求23所述的方法，其中，通过提供在所述显示屏的表面处定义的边界条件来求解所述麦克斯韦方程。
25.如权利要求24所述的方法，其中，所述边界条件包括狄利克雷Dirichlet边界条件或柯西Cauchy边界条件。
26.如权利要求21至25中任一项所述的方法，其中，
所述多个基元和所述多个元素在所述3D空间中，并且
所述显示屏的表面形成所述3D空间的边界表面的一部分。
27.如权利要求21至26中任一项所述的方法，其中，
所述预定表达式包括从由包括正弦函数的函数、包括余弦函数的函数和包括指数函数的函数组成的组中选择的至少一项，并且
确定所述电磁场贡献包括：在存储在存储器中的表中识别所述函数中的至少一个函数的值。
28.如权利要求1至27中任一项所述的方法，其中，确定所述多个基元中的每个基元对所述多个元素中的每个元素的电磁场贡献，并生成对所述多个元素中的每个元素的所述电磁场贡献总和，包括：
确定所述多个基元对所述多个元素中的第一元素的第一电磁场贡献，并对针对所述第一元素的所述第一电磁场贡献进行求和；以及
确定所述多个基元对所述多个元素中的第二元素的第二电磁场贡献，并对针对所述第二元素的所述第二电磁场贡献进行求和。
29.如权利要求28所述的方法，其中，确定所述多个基元对所述第一元素的所述第一电磁场贡献包括：
将确定所述多个基元中的第一基元对所述第一元素的电磁场贡献与确定所述多个基元中的第二基元对所述第一元素的电磁场贡献并行进行。
30.如权利要求1至27中任一项所述的方法，其中，
确定所述多个基元中的每个基元对所述多个元素中的每个元素的电磁场贡献，包括：
确定所述多个基元中的第一基元对所述多个元素中的每个元素的相应第一电磁场贡献；以及
确定所述多个基元中的第二基元对所述多个元素中的每个元素的相应第二电磁场贡献，并且
生成对所述多个元素中的每个元素的所述电磁场贡献总和，包括：
通过将对所述元素的所述相应第二电磁场贡献与所述相应第一电磁场贡献相加，来累加出对所述元素的电磁场贡献。
31.如权利要求30所述的方法，其中，确定所述第一基元对所述多个元素中的每个元素的相应第一电磁场贡献是与确定所述第二基元对所述多个元素中的每个元素的相应第二电磁场贡献并行地执行的。
32.如权利要求1至31中任一项所述的方法，其中，确定所述多个基元中的每个基元对所述多个元素中的每个元素的电磁场贡献，包括：
将确定所述多个基元中的第一基元对所述多个元素中的第一元素的第一电磁场贡献与确定所述多个基元中的第二基元对所述第一元素的第二电磁场贡献并行地进行。
33.权利要求1至32中任一项所述的方法，还包括：
针对所述多个元素中的每个元素，基于所述多个基元对所述元素的电磁场贡献总和生成相应控制信号，所述相应控制信号用于基于所述多个基元对所述元素的电磁场贡献总和来调制所述元素的至少一个特性。
34.如权利要求33所述的方法，其中，所述元素的所述至少一个特性包括从由折射率、幅度指数、双折射和迟滞组成的组中选择的至少一项。
35.如权利要求33或34所述的方法，其中，所述相应控制信号包括电信号、光信号、磁信号或声信号。
36.如权利要求33至35中任一项所述的方法，还包括：
将比例因子与对每个所述元素的电磁场贡献总和相乘，以获得经缩放的电磁场贡献总和，并且
其中，所述相应控制信号是基于针对所述元素的经缩放的电磁场贡献总和生成的。
37.如权利要求33至36中任一项所述的方法，还包括：
对针对每个所述元素的电磁场贡献总和进行归一化，
其中，所述相应控制信号是基于针对所述元素的归一化的电磁场贡献总和的。
38.如权利要求33至37中任一项所述的方法，还包括：
向所述元素发送所述相应控制信号。
39.如权利要求1至38中任一项所述的方法，还包括：
向照明器发送控制信号，所述控制信号指示开启所述照明器，以使得所述照明器发射光到所述显示屏上。
40.如权利要求39所述的方法，其中，所述控制信号是响应于确定已获得了对所述多个元素中的每个元素的电磁场贡献总和而发送的。
41.如权利要求39或40所述的方法，其中，所述显示屏的经调制的元素使所述光沿不同方向传播，以形成与所述3D空间中的所述对象对应的体积光场。
42.如权利要求41所述的方法，其中，所述体积光场与具有由所述显示屏的所述经调制的元素定义的边界条件的麦克斯韦方程的解相对应。
43.如权利要求39至42中任一项所述的方法，其中，
所述光包括白光，且
所述显示屏被配置为将所述白光衍射为具有不同色彩的光。
44.如权利要求1至43中任一项所述的方法，还包括：
在计算期间使用定点数表示来表示值。
45.如权利要求44所述的方法，其中，每个所述值表示为具有隐式比例因子的整数。
46.如权利要求1至45中任一项所述的方法，还包括：
使用定点数表示来执行数学函数。
47.如权利要求46所述的方法，其中，所述数学函数包括从由正弦、余弦和反正切组成的组中选择的至少一项。
48.如权利要求46或47所述的方法，其中，执行所述数学函数包括：
接收第一定点格式的表达式；以及
输出精度水平不同于所述第一定点格式的第二定点格式的值。
49.如权利要求46至48中任一项所述的方法，其中，
执行所述数学函数包括：查找用于所述数学函数的计算的表，并且
其中，所述表包括从由完全枚举查找表、内插表、基于半表的多项式函数和基于半表的完全最小最大多项式组成的组中选择的至少一项。
50.如权利要求46至49中任一项所述的方法，其中，执行所述数学函数包括：
对输入应用专用范围缩小。
51.如权利要求46至50中任一项所述的方法，其中，执行所述数学函数包括：
将三角计算从范围[-π,π]变换成范围[-1,1]中的带符号的2’s互补表示。
52.如权利要求1至51中任一项所述的方法，还包括：
以预定因子缩放与第二基元相邻的第一基元，使得所述第一基元的重构与所述第二基元的重构不重叠。
53.如权利要求52所述的方法，其中，所述预定因子是至少部分地基于所述显示屏的分辨率确定的。
54.如权利要求52或53所述的方法，还包括：
获得所述多个基元中的每个基元的相应基元数据，其中，所述多个基元中的每个基元的相应基元数据包括所述基元在所述3D坐标系中的相应坐标信息；以及
基于所述第一基元的相应坐标信息和所述预定因子，确定所述第一基元的新的相应坐标信息。
55.如权利要求54所述的方法，还包括：
基于所述第一基元的新的相应坐标信息来确定所述第一基元对所述多个元素中的每个元素的电磁场贡献。
56.如权利要求52至55中任一项所述的方法，还包括：
以所述预定因子缩放所述第二基元。
57.如权利要求52至56中任一项所述的方法，其中，所述第一基元和所述第二基元共享共同部分，并且
缩放所述第一基元包括缩放所述第一基元的所述共同部分。
58.如权利要求52至57中任一项所述的方法，其中，缩放所述第一基元包括：
在预定方向上缩放所述第一基元。
59.一种方法，包括：
获得与三维3D空间中的对象相对应的多个基元各自的基元数据；
计算所述多个基元中的第一基元对显示屏的多个元素中的每个元素的相应第一电磁场贡献；以及
计算所述多个基元中的第二基元对所述显示屏的所述多个元素中的每个元素的相应第二电磁场贡献，
其中，计算来自所述第一基元的所述相应第一电磁场贡献与计算来自所述第二基元的所述相应第二电磁场贡献至少部分地并行进行。
60.如权利要求59所述的方法，其中，计算所述第一基元对所述多个元素中的第一元素的第一电磁场贡献与计算所述多个基元中的第二基元对所述第一元素的第二电磁场贡献并行地进行。
61.如权利要求59或60所述的方法，包括：
计算所述多个基元中的每个基元对所述多个元素中的每个元素的相应电磁场贡献。
62.如权利要求61所述的方法，其中，所述相应电磁场贡献的计算是在不具有从以下项组成的组中选择的至少一项的情况下进行的：
将所述对象的几何结构扩展到所述多个元素，
在包装波前之前应用可见度测试，以及
针对不同基元的并行计算之间的决策或通信。
63.如权利要求61或62所述的方法，其中，计算所述相应电磁场贡献被配置为促成从以下项组成的组中选择的至少一项：
调整针对不同基元的并行计算以达到速度、成本、大小或能量优化，
减少发起绘制与结果准备好显示之间的延迟，
使用定点数表示来增加精度，以及
通过优化数学函数来优化计算速度。
64.如权利要求59至63中任一项所述的方法，还包括：
在计算期间使用定点数表示来表示值。
65.如权利要求64所述的方法，其中，使用所述定点数表示来表示所述值是在不具有从由以下项组成的组中选择的至少一项的情况下进行的：
用于渐进式下溢出的反常浮点，
处理来自包括除以零的运算产生的非数值，
更改浮点舍入模式，以及
引起操作系统的浮点异常。
66.如权利要求59至65中任一项所述的方法，还包括：
针对所述多个元素中的每个元素，通过将对所述元素的相应第二电磁场贡献与对所述元素的相应第一电磁场贡献相加来累积对所述元素的电磁场贡献。
67.如权利要求59至66中任一项所述的方法，还包括：
针对所述多个元素中的每个元素，基于所述多个基元对所述元素的电磁场贡献总和来生成相应控制信号，所述相应控制信号用于基于所述多个基元对所述元素的电磁场贡献总和来调制所述元素的至少一个特性。
68.一种方法，包括：
获得与三维3D空间中的对象相对应的多个基元各自的基元数据；
使用与第二基元相邻的第一基元的相应基元数据和所述第二基元的相应基元数据，以预定因子缩放所述第一基元；以及
基于所述缩放的结果来更新所述第一基元的相应基元数据。
69.如权利要求68所述的方法，其中，所述多个基元中的每个基元的相应基元数据包括所述基元在3D坐标系中的相应坐标信息，并且
更新所述相应基元数据包括：
基于所述第一基元的相应坐标信息和所述预定因子，确定所述第一基元的新的相应坐标信息。
70.如权利要求68或69所述的方法，其中，所述预定因子被确定，使得在所述3D空间中所述第一基元的重构与所述第二基元的重构不重叠。
71.如权利要求68至70中任一项所述的方法，其中，所述缩放被执行，使得：
所述第一基元与所述第二基元在所述3D空间中的重构之间的间隙足够大，以将所述第一基元和所述第二基元分开从而最小化重叠效应，并且
使所述间隙足够小以使所述重构无缝地显现。
72.如权利要求68至71中任一项所述的方法，其中，所述预定因子是至少部分地基于所述显示屏的分辨率确定的。
73.如权利要求68至72中任一项所述的方法，还包括：
在缓冲器中存储所述第一基元的更新的基元数据。
74.如权利要求68至73中任一项所述的方法，其中，在所述对象的渲染处理期间执行所述缩放，以获得所述多个基元各自的基元数据。
75.如权利要求68至74中任一项所述的方法，还包括：
向控制器发送所述多个基元的更新的基元数据，
其中，所述控制器被配置为基于所述多个基元的更新的基元数据来确定所述多个基元中的每个基元对显示屏的多个元素中的每个元素的相应电磁场贡献。
76.如权利要求68至74中任一项所述的方法，还包括：
基于所述第一基元的更新的基元数据来确定所述第一基元对显示屏的多个元素中的每个元素的电磁场贡献。
77.如权利要求68至76中任一项所述的方法，还包括：
以所述预定因子缩放所述第二基元。
78.如权利要求68至77中任一项所述的方法，其中，所述第一基元和所述第二基元共享共同部分，并且
缩放所述第一基元包括缩放所述第一基元的所述共同部分。
79.如权利要求68至78中任一项所述的方法，其中，缩放所述第一基元包括：
在预定方向上缩放所述第一基元。
80.如权利要求68至79中任一项所述的方法，其中，缩放所述第一基元包括：
以第一预定因子缩放所述第一基元的第一部分，以及
以第二预定因子缩放所述第二基元的第二部分，
其中，所述第一预定因子不同于所述第二预定因子。
81.一种方法，包括：
获得要被映射到与三维3D空间中的对象相对应的多个基元中的特定基元的指定表面上的图像的多个离散余弦变换DCT权重；以及
通过考虑所述图像的所述多个DCT权重的影响来确定所述特定基元对显示屏的多个元素中的每个元素的相应电磁场贡献。
82.如权利要求81所述的方法，还包括：
确定要被映射到所述特定基元的指定表面上的所述图像的分辨率；以及
基于所述分辨率确定所述图像的所述多个DCT权重。
83.如权利要求81或82所述的方法，还包括：
解码所述图像的所述DCT权重，以获得所述图像的每个像素的相应DCT幅度。
84.如权利要求83所述的方法，还包括：
将与所述图像的像素的相应DCT幅度相关联的值连同所述特定基元的基元数据一起存储。
85.如权利要求83或84所述的方法，其中，确定所述相应电磁场贡献包括：
利用与所述图像的像素的相应DCT幅值相关联的值来计算所述特定基元对所述多个元素中的每个元素的相应电磁场贡献。
86.如权利要求81至85中任一项所述的方法，还包括：
选择在确定所述相应电磁场贡献时要包括的特定DCT项，每个所述特定DCT项具有高于预定阈值的相应DCT权重。
87.一种方法，包括：
获得给定基元和所述给定基元的遮挡物的信息，其中，所述给定基元属于与三维3D空间中的对象相对应的多个基元之一；以及
确定显示屏的多个元素中因所述遮挡物的影响而对所述给定基元的重构没有贡献的一个或多个特定元素。
88.如权利要求87所述的方法，还包括：
存储所述特定元素的信息以及所述给定基元和所述遮挡物的信息。
89.如权利要求87或88所述的方法，其中，所述确定是在用于获得所述多个基元的基元数据的对所述对象的渲染处理期间执行的。
90.如权利要求87至89中任一项所述的方法，还包括：
向控制器发送所存储的所述特定元素的信息以及所述给定基元和所述遮挡物的信息，所述控制器被配置为计算所述多个基元对所述显示屏的所述多个元素的电磁场贡献。
91.如权利要求87至89中任一项所述的方法，还包括：
针对每个所述特定元素，通过不包括所述给定基元对该特定元素的电磁场贡献，来生成所述多个基元对该特定元素的电磁场贡献总和。
92.如权利要求87至91中任一项所述的方法，还包括：
针对所述多个元素中除所述特定元素之外的每个元素，生成所述多个基元对所述元素的相应电磁场贡献的总和。
93.如权利要求87-92中任一项所述的方法，还包括：
掩蔽所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·M·科林，蒂娜·秦，A·Z·赛凡米，K·卡德里，M·A·萨拉鲁，J·D·微恩施，R·库玛尔，乔纳森·谢默斯·布莱克雷，
申请(专利权)人：太平洋灯光全息图公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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