使用电磁场计算的三维显示系统技术方案

提供了用于三维(3D)显示对象的方法、装置、设备和系统。在一个方面，一种方法包括：获得包括与对象对应的基元的相应基元数据的数据，通过计算从每个基元到显示屏的每个显示元素的电磁场传播来确定所述基元对所述显示元素的电磁场贡献，生成多个所述基元对每个显示元素的电磁场贡献总和，向每个显示元素发送相应控制信号以基于电磁场贡献总和调制所述显示元素的至少一个特性，向照明器发送定时控制信号以激活所述照明器从而将光照射在显示屏上，使得显示屏的经调制的显示元素引起所述光形成对应于对象的体积光场。形成对应于对象的体积光场。形成对应于对象的体积光场。

【技术实现步骤摘要】
使用电磁场计算的三维显示系统
[0001]本专利申请为申请日为2019年1月16日、申请号为2019800085091、专利技术名称为“使用电磁场计算的三维显示方法”的专利申请的分案申请。


[0002]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

[0003]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

[0004]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。
[0005]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、相对长的处理时间和/或相对高的计算要求，和/或不能同时向多个观看者显示对象。作为另一示例，该技术可以在没有专用工具和软件的情况下实现，从而可开发在常规3D内容创建中使用的工具和软件之上和之外扩展的内容。各种不同的实施例可以展现出前述优点中的一个或多个。例如，本公开的某些实施方式可以产生实时、全彩、真实的3D 图像，该3D图像看起来是现实世界中的真实3D对象，并且可以被多个观看者从不同点不受妨碍地同时观看。
[0006]本公开的一个方面的特征在于一种方法，所述方法包括：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。
[0007]所述电磁场贡献可以包括从由相位贡献和幅度贡献组成的组选择的至少一项。所述基元可以包括从由点基元、线基元和多边形基元组成的组中选择的至少一项。所述基元可以包括线基元，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。所述基元还可以包括多边形基元，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。可以对所述多个基元按特定次序编索引。
[0008]在一些实施方式中，所述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。所述多个基元中的每个基元的相应基元数据可以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。
所述色彩信息可以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。所述多个基元中的每个基元的相应基元数据可以包括所述基元的纹理信息。所述多个基元中的每个基元的相应基元数据可以包括所述基元的一个或多个表面上的着色信息。所述着色信息可以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。
[0009]在一些实施方式中，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。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可以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。每个所述元素的相应坐标信息可以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。
[0010]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可以包括：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。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。所述第一元素与所述第二元素之间的距离可以是基于所述显示屏的所述多个元素的节距预先确定的。
[0011]在一些示例中，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。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。
[0012]在一些实施方式中，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。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。所述预定表达式是通过求解麦克斯韦方程确定的。可以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。所述边界条件可包括狄利克雷(Dirichlet)边界条件或柯西(Cauchy)边界条件。所述多个基元和所述多个元素可以在所述3D空间中，并且所述显示屏的表面可以形成所述3D空间的边界表面的一部分。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。
[0013]在一些实施方式中，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。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可以包括：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。
[0014]在一些实施方式中，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可以包括：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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维3D显示系统，包括：包括多个显示元素的显示屏；以及控制器，耦接到所述显示屏并且被配置为：针对与一个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所述显示屏的所述多个显示元素中的每个显示元素的电磁场传播来确定对该显示元素的电磁场贡献，其中，该基元是指所述计算系统内用于输入或输出的不可划分的几何或图形元素；以及针对所述多个显示元素中的每个显示元素，生成所述多个基元中的每个基元对该显示元素的电磁场贡献总和。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个基元包括以下至少一项：点基元、线基元或多边形基元。3.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器被配置为获得所述多个基元中的每个基元的相应基元数据，其中，该基元的所述相应基元数据包括以下至少一项：该基元的纹理信息；该基元的一个或多个表面上的着色信息；该基元的色彩信息；该基元在所述3D坐标系中的相应坐标信息。4.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器被配置为确定该基元对所述显示屏的所述多个显示元素中的每个显示元素的电磁场贡献，其是通过在所述3D坐标系中，基于该显示元素的相应坐标信息和该基元的相应坐标信息确定该显示元素与该基元之间的至少一个距离，以及基于该基元的预定表达式和所述至少一个距离确定该基元对该显示元素的电磁场贡献来确定的；或者，其中，所述预定表达式是基于以下至少一个确定的：解析计算从该基元到该显示元素的电磁场传播；用通过所述显示屏定义的边界条件求解麦克斯韦方程；或者由包括正弦函数、余弦函数和指数函数的函数组成的组中选择的至少一项，其中，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。5.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器被配置为：确定所述多个基元中的第一基元对所述多个显示元素中的每个显示元素的相应第一电磁场贡献；确定所述多个基元中的第二基元对所述多个显示元素中的每个显示元素的相应第二电磁场贡献；并且通过将对该显示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，来累加出对所述多个显示元素的每个显示元素的电磁场贡献。6.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器被配置为：使用定点数表示和/或浮点数表示计算数学函数。7.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器被配置为计算所述多个基元中的每个基元对所述多个显示元素中的每个显示元素的相应电磁场贡献，
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显示元素，在包装波前之前应用可见度测试，以及针对所述多个基元的不同基元的并行计算之间进行决策或通信；或者，其中，计算所述相应电磁场贡献被配置为促成以下至少一项：调整针对多个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。8.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器被配置为：获得对应于所述对象的所述多个基元中的每个基元的相应基元数据；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，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。9.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器被配置为：获得要被映射到与所述多个基元中的一个或多个基元的指定表面上的图像的多个离散余弦变换DCT权重；通过考虑所述图像的所述多个DCT权重的影响来确定所述一个或多个基元中的每个基元对所述多个显示元素中的每个显示元素的相应电磁场贡献；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幅值；以及将与所述图像的像素的相应DCT幅值相关联的值连同所述一个或多个基元的基元数据一起存储，其中，所述控制器被配置为利用与所述图像的像素的相应DCT幅值相关联的值计算所述一个或多个基元中的每个基元对所述多个显示元素中的每个显示元素的相应电磁场贡献来确定所述相应电磁场贡献。10.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器被配置为：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所述对象相对应的所述多个基元之一；确定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显示元素；以及针对所述一个或多个特定显示元素的每个特定显示元素，通过排除所述给定基元对该特定显示元素的电磁场贡献，来生成所述多个基元对该特定显示元素的电磁场贡献总和。11.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器被配置为：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所述对象相对应的所述多个基元之一；
针对所述多个显示元素中的每个显示元素，确定所述给定基元中因所述遮挡物的影响而没有对该显示元素做出电磁场贡献的相应部分；以及针对所述多个显示元素中的每个显示元素，通过排除所述给定基元的所述相应部分对该显示元素的电磁场贡献来生成所述多个基元对该显示元素的电磁场贡献总和。12.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器被配置为：获得与所述对象相对应的所述多个基元中的每个基元的相应基元数据；获得所述多个基元中的每个基元的相应几何镜面高光信息；存储所述相应几何镜面高光信息以及所述多个基元中的每个基元的相应基元数据；以及通过考虑所述基元的相应几何镜面高光信息来确定所述多个基元中的每个基元对所述多个显示元素中的每个显示元素的相应电磁场贡献。13.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器被配置为：针对所述显示屏的所述多个显示元素中的每个显示元素，利用预定校准值更改相应控制信号；向所述显示屏的每个显示元素施加所述更改的相应控制信号；测量入射在所述显示屏上的光的输出；以及基于对所述光的输出的所述测量来评估所述预定校准值。14.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器被配置为：针对所述显示屏的每个显示元素，获得来自对应于所述对象的所述多个基元的相应电磁场贡献总和；将相应数学变换应用于对该显示元素的相应电磁场贡献的总和，以获得对该显示元素的经变换的相应电磁场贡献的总和；基于对该显示元素的经变换的相应电磁场贡献的总和来确定相应控制信号；以及基于对该显示元素所确定的相应控制信号来调制该显示元素的特性；引入入射在所述显示屏的光；测量所述光的输出；以及基于对所述光的所述输出的测量结果来调整所述多个显示元素的相...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：太平洋灯光全息图公司，
类型：发明
国别省市：