360度可視的直接交互式真三維虛擬顯示系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種360度可視的直接交互式真Η維虛擬顯示系統(tǒng)，屬于Η維空間人 機(jī)交互技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 真Η維顯不技術(shù)（True3DVolumetricDisplayTechnique)是裸眼立體顯不中 最新的研究方向。觀察者無(wú)需佩戴任何特殊的裝置即可在任意角度觀察到具有物理景深的 立體圖像，它符合人們觀察世界的真實(shí)感受，滿足所有生理和必理的深度暗示。真Η維顯示 技術(shù)能提供360度裸視立體成像，在此基礎(chǔ)上的人機(jī)交互技術(shù)也引起了研究人員的關(guān)注。 交互式真Η維顯示技術(shù)在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、多媒體展示、教學(xué)推演和醫(yī)學(xué)影像等眾多領(lǐng)域 具有廣闊的應(yīng)用前景和重大戰(zhàn)略價(jià)值。
[0003] 國(guó)內(nèi)外對(duì)于360度可視的真Η維顯示已經(jīng)進(jìn)行了很多研究，送類顯示系統(tǒng)一般都 包括送幾個(gè)特點(diǎn)；1提供視點(diǎn)校正；2可W向用戶實(shí)時(shí)顯示立體Η維圖像；3可視范圍為360 度4不需要佩戴額外的輔助設(shè)備。并且送些顯示技術(shù)正逐步趨向于提供深度提示和校正眼 睛調(diào)節(jié)的視差W及水平運(yùn)動(dòng)視差。實(shí)踐證明，360度可視的真Η維顯示相比于郝些僅僅含有 立體效果的顯示可W給觀看者提供更加逼真的Η維感覺(jué)。
[0004] 然而目前大多數(shù)的顯示系統(tǒng)都無(wú)法讓用戶和顯示對(duì)象進(jìn)行直接交互，一般來(lái)說(shuō)送 些系統(tǒng)都會(huì)用玻璃罩或別的透明塑料罩把用戶和顯示對(duì)象隔開(kāi)，送主要是因?yàn)轱@示對(duì)象中 有一部分是處于運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，或者某些器件對(duì)用戶有危險(xiǎn)性，因此它們的研究方向主要集 中于顯示對(duì)象外圍的交互，無(wú)法讓用戶直接與顯示對(duì)象交互，送樣就會(huì)妨礙用戶對(duì)Η維對(duì) 象的真實(shí)感受。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于W上現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題和不足，本發(fā)明提供一種360度可視的直接交互式 真Η維顯示系統(tǒng)，可W讓用戶直接觸摸顯示對(duì)象。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種360度可視的直接交互式真Η維虛擬顯示系 統(tǒng)，包括支架、兩個(gè)相同的拋物面反射鏡、光學(xué)旋轉(zhuǎn)同步監(jiān)測(cè)器、DMD高速投影儀、視覺(jué)限制 發(fā)散器、電機(jī)傳動(dòng)帶、轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)、紅外熱反射鏡、電機(jī)、150mm凸透鏡、目標(biāo)物體和Kinect設(shè)備； 其中：
[0007] 所述支架包含一個(gè)框式底座和一個(gè)上部吊桿；
[0008] 所述Kinect設(shè)備安置于所述支架的上部吊桿且對(duì)準(zhǔn)正下方；
[0009] 所述兩個(gè)相同的拋物面反射鏡位于所述Kinect設(shè)備正下方，放置在所述框式底 座的上端；其中一個(gè)拋物面反射鏡的開(kāi)口向上，另一個(gè)拋物面反射鏡置于其上端，即呈始 殼狀對(duì)合放置，并使每個(gè)拋物面反射鏡的中必處于另外一個(gè)反射鏡的焦點(diǎn)上；
[0010] 所述視覺(jué)限制發(fā)散器、目標(biāo)物體放置在下方的拋物面反射鏡的下凹處，其中視覺(jué) 限制發(fā)散器與水平面呈度角，目標(biāo)物體放置在所述視覺(jué)限制發(fā)散器下方；
[0011] 下方的拋物面反射鏡的下端通過(guò)支架固定在中空的轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)上，電機(jī)通過(guò)電機(jī)傳動(dòng) 帶驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)還與光學(xué)旋轉(zhuǎn)同步監(jiān)測(cè)器連接；
[0012] 所述紅外熱反射鏡放置在轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)的下方，所述150mm凸透鏡放置在所述紅外熱反 射鏡下方；所述DMD高速投影儀位于框式底座的最下方，并使DMD高速投影儀的鏡頭中必對(duì) 準(zhǔn)所述兩個(gè)相同大小的拋物面反射鏡的中必。
[0013] 本發(fā)明還提供一種基于上述裝置的手勢(shì)識(shí)別方法，其特征在于包含如下步驟：
[0014](一）對(duì)手勢(shì)動(dòng)作進(jìn)行預(yù)定義；
[0015](二）深度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：用Kinect設(shè)備發(fā)射出錯(cuò)射光，通過(guò)其紅外發(fā)射器鏡頭前的 光柵均勻地投射到目標(biāo)物體上，目標(biāo)物體反射形成隨機(jī)的散斑，再通過(guò)紅外發(fā)射器鏡頭記 錄空間的每個(gè)散斑，通過(guò)計(jì)算便得到3D深度圖像；
[0016] (H)前景提?。煌ㄟ^(guò)Kinect設(shè)備獲取的深度數(shù)據(jù)，分割成前景和背景數(shù)據(jù)；然后 直接使用前景數(shù)據(jù)，即把用戶的手從背景中提取出來(lái)；
[0017](四）輪廓描繪：通過(guò)peak-and-vall巧算法，從前景數(shù)據(jù)中勾畫出手指的輪廓； [001引（五）手指檢測(cè)：通過(guò)循環(huán)執(zhí)行卡爾曼濾波算法，識(shí)別出手指運(yùn)行的具體動(dòng)作。
[0019] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用兩個(gè)同等大小的拋物面反射鏡呈始?xì)顚?duì)合放置， 并使每個(gè)反射鏡的中必處于另外一個(gè)反射鏡的焦點(diǎn)上時(shí)，此時(shí)把任何一個(gè)目標(biāo)物體放在處 于低處的150mm凸透鏡的中必區(qū)域，就能在處于高處的拋物面反射鏡的上方看到該物體的 立體成像，從而實(shí)現(xiàn)了用戶與成像物體的直接交互，增強(qiáng)了真Η維立體顯示與應(yīng)用中的用 戶體驗(yàn)感。本發(fā)明運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性高。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
[0021] 圖2為實(shí)施例的原理說(shuō)明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例結(jié)合【附圖說(shuō)明】如下。參見(jiàn)圖1，包括支架1、兩個(gè)相同的拋物 面反射鏡2、光學(xué)旋轉(zhuǎn)同步監(jiān)測(cè)器3、DMD高速投影儀4、視覺(jué)限制發(fā)散器5、電機(jī)傳動(dòng)帶6、轉(zhuǎn) 動(dòng)臺(tái)7、紅外熱反射鏡8、電機(jī)9、150mm凸透鏡10、目標(biāo)物體11和Kinect設(shè)備12 ;其中；所 述支架1包含一個(gè)框式底座和一個(gè)上部吊桿；所述Kinect設(shè)備12安置于所述支架1的上 部吊桿且對(duì)準(zhǔn)正下方；所述兩個(gè)相同的拋物面反射鏡2位于所述Kinect設(shè)備12正下方， 放置在所述框式底座的上端；其中一個(gè)拋物面反射鏡2的開(kāi)口向上，另一個(gè)拋物面反射鏡 2置于其上端，即呈始?xì)顚?duì)合放置，并使每個(gè)拋物面反射鏡2的中必處于另外一個(gè)反射鏡 的焦點(diǎn)上；所述視覺(jué)限制發(fā)散器5、目標(biāo)物體11放置在下方的拋物面反射鏡2的下凹處，其 中視覺(jué)限制發(fā)散器5與水平面呈45度角，目標(biāo)物體11放置在所述視覺(jué)限制發(fā)散器5下方； 下方的拋物面反射鏡2的下端通過(guò)支架固定在中空的轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)7上，電機(jī)9通過(guò)電機(jī)傳動(dòng)帶 6驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)7,所述轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)7還與光學(xué)旋轉(zhuǎn)同步監(jiān)測(cè)器3連接；所述紅外熱反射鏡8放置 在轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)7的下方，所述150mm凸透鏡10放置在所述紅外熱反射鏡8下方；所述DMD高速 投影儀4位于框式底座的的最下方，并使DMD高速投影儀4的鏡頭中必對(duì)準(zhǔn)所述兩個(gè)相同 大小的拋物面反射鏡2的中必。
[002引作為優(yōu)選，拋物面反射鏡2采用化ti-Gone公司的22號(hào)Mirage模型產(chǎn)品，拋物面 反射鏡2的直徑為56cm，其下凹處的開(kāi)口為圓形且直徑為15cm，電機(jī)9采用型號(hào)為Animacs 公司的SM2316D的智能電機(jī)，DMD高速投影儀4采用ΤΙ公司的DMDDiscovery0. 7"XGA D4100高速投影儀。
[0024] 參見(jiàn)圖2,上述實(shí)施例的顯示原理是當(dāng)兩個(gè)同等大小的拋物面反射鏡2呈始?xì)?對(duì)合放置、并使每個(gè)反射鏡的中必處于另外一個(gè)反射鏡的焦點(diǎn)上時(shí)，此時(shí)把任何一個(gè)目標(biāo) 物體11放在處于低處的鏡子的中必區(qū)域時(shí)，就能在處于高處的鏡子的開(kāi)口上方看到該目 標(biāo)物體11的立體成像。
[00巧]使用時(shí)，電機(jī)9通過(guò)電機(jī)傳動(dòng)帶6帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)7,繼而帶動(dòng)兩個(gè)相同的拋物面反射 鏡2作水平旋轉(zhuǎn)；視覺(jué)限制發(fā)散器5用來(lái)模擬微遮光柵格并產(chǎn)生所需的窄視角，視覺(jué)限制發(fā) 散器5每旋轉(zhuǎn)一周就會(huì)產(chǎn)生很多視點(diǎn)。DMD高速投影儀4W很高的頓率對(duì)視覺(jué)限制發(fā)散器 5產(chǎn)生的視點(diǎn)進(jìn)行顯示，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)3D場(chǎng)景的多道染。DMD高速投影儀4與電機(jī)9保持同 步，送樣可W確保在正確的時(shí)間顯示正確的圖像。利用Kinect設(shè)備12的攝像機(jī)提供的深 度數(shù)據(jù)，當(dāng)手指觸碰到3D影像時(shí)，我們可W通過(guò)深度數(shù)據(jù)把手的輪廓從背景中分割出來(lái)， 然后用peak-and-valley圖像處理算法來(lái)追蹤用戶手的輪廓并檢測(cè)手指，一旦發(fā)現(xiàn)手指， 我們就通過(guò)平均化手指周圍的像素塊的深度值來(lái)推斷它的3D位置，繼而讓3D影像按照預(yù) 定義的動(dòng)作進(jìn)行變化。
[0026] 其中，光學(xué)旋轉(zhuǎn)同步監(jiān)測(cè)器3采用光學(xué)原理同步監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)