[發(fā)明專利]面向Skyline的真三維立體顯示方法

無效

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• 申請日: 2009-02-24
• 公開（公告）號: CN101511034A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閭國年;溫永寧;盛業(yè)華;吳明光
• 申請（專利權(quán)）人: 南京師范大學(xué)
• 主分類號: H04N13/00
• 分類號: H04N13/00;H04N15/00
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所
• 代理人: 樊文紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維可視化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向Skyline的真三維立體顯示方法。

背景技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，立體顯示已經(jīng)成為環(huán)境仿真、模擬訓(xùn)練以及規(guī)劃設(shè)計(jì)等領(lǐng)域常用的技術(shù)手段，甚至開始與電影、電腦游戲等結(jié)合產(chǎn)生立體電影和真三維游戲融入人們的日常生活。虛擬地球軟件作為一種重要的三位應(yīng)用系統(tǒng)，以期豐富的數(shù)據(jù)，友好的用戶體驗(yàn)受到了廣泛的關(guān)注，Skyline軟件就是其中之一。

在三維應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)立體視覺是一種潮流，在單一顯示設(shè)備上觀察到立體景物，需要將左、右眼所看到的影像各自獨(dú)立分開，然后通過特定的外置設(shè)備使左右眼看到不同的影像而通過大腦的生理作用形成立體視覺。傳統(tǒng)的立體顯示需要專業(yè)的設(shè)備進(jìn)行立體顯示，包括支持左右緩存的顯卡和支持雙通道顯示的立體顯示設(shè)備。基于上述技術(shù)，產(chǎn)生了廣為流行的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在機(jī)器仿真、戰(zhàn)場模擬等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，由于需要專業(yè)設(shè)備，成本高昂，也限制了立體顯示技術(shù)的應(yīng)用，所以立體顯示的應(yīng)用不能得到推廣，大量的三維程序還是采用單通道技術(shù)進(jìn)行顯示，缺乏立體感，失去了三維程序應(yīng)有的立體顯示特性。同時，由于立體顯示需要專門硬件，特殊的編程技巧，也造成了大量的程序在開發(fā)時沒有考慮立體顯示特性，沒有在程序中實(shí)現(xiàn)支持立體顯示的功能，使得這些程序即使在有立體顯示功能的硬件上也不能顯示立體。這些程序占據(jù)了現(xiàn)在三維顯示程序的絕大部分，Skyline也沒有突破上述限制，其在建模過程中，用戶還是只能看到單通道的透視三維，不能實(shí)現(xiàn)真三維的立體顯示，不能達(dá)到最佳的應(yīng)用效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的問題在于克服Skyline軟件在三維顯示中存在的不足，實(shí)現(xiàn)對原軟件不加修改的真三維立體顯示。本發(fā)明的核心是利用三維渲染的基本原理，通過攔截顯卡結(jié)果幀圖像中顏色數(shù)據(jù)和深度數(shù)據(jù)，解析生成結(jié)果幀圖像的投影變換矩陣，應(yīng)用三維渲染的基本原理以及重構(gòu)柵格化的三維場景，在此場景基礎(chǔ)上，應(yīng)用立體視覺原理，生成立體像對，基于不同的立體顯示模式，驅(qū)動顯卡進(jìn)行立體輸出。

本發(fā)明依賴的技術(shù)基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中關(guān)于三維渲染的基本模型，即Skyline使用的3D?API(Direct3D)(當(dāng)前在Windows下Skyline使用Direct　3D)的三維渲染的基本模型，包括三維渲染流水線、頂點(diǎn)的變換流水線、Z緩沖區(qū)算法等。實(shí)現(xiàn)依據(jù)是Direct3D?API和顯卡，兩者均是基于該基本模型進(jìn)行工作的。本發(fā)明在不更改Skyline源代碼、二進(jìn)制代碼或計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的情況下，使該計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)雙目視覺的立體真三維顯示與觀測。

計(jì)算機(jī)三維顯示的基本原理是將三維場景經(jīng)過幾何變換和光照處理以及柵格化之后，生成一幅二維柵格圖像在輸出設(shè)備上輸出。三維場景中包含一系列的三維對象，三維對象是由一系列頂點(diǎn)構(gòu)成的幾何圖元(包括點(diǎn)，線和三角形)組合而成。頂點(diǎn)是一個包含三維空間位置及其對應(yīng)的渲染參數(shù)的坐標(biāo)點(diǎn)。首先對頂點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行透視坐標(biāo)變換和光照處理。在坐標(biāo)變換階段，描述物體幾何形狀的頂點(diǎn)被變換到視點(diǎn)為中心的坐標(biāo)系下，再進(jìn)行光照計(jì)算確定每個頂點(diǎn)應(yīng)該具有的顏色和亮度。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本顯示單元是像素，這些幾何對象被柵格化成像素，最后這些像素被送到幀緩存中等待顯示，如圖2所示。

在三維圖形渲染中存在著一系列的坐標(biāo)變換，最后將物體本身的坐標(biāo)變換成二維屏幕上的像素坐標(biāo)。這些坐標(biāo)變換都是將上一步變換結(jié)果作為輸出的，構(gòu)成一個頂點(diǎn)坐標(biāo)變換的流水線，如圖3所示。所有三維對象的坐標(biāo)均被統(tǒng)一到了同一個坐標(biāo)系下，經(jīng)過投影和裁剪形成規(guī)格化的坐標(biāo)，通過柵格化變換形成圖像像素。

Z緩沖區(qū)算法又稱深度緩沖算法。由于二維平面坐標(biāo)在透視投影下可以對應(yīng)無限多個三維坐標(biāo)。所以柵格化的幾何對象包含了每個像素對應(yīng)的到視點(diǎn)稱為深度值的參數(shù)，如果柵格化幾何對象像素的深度值小于原來像素，就用這個像素的值代替原來位置的值，這就保證了總是距離視點(diǎn)最近的像素被保存下來。

針對以上原理，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：

面向Skyline的真三維立體顯示方法，該方法包括以下步驟：

步驟(1)針對Skyline使用的3D?API進(jìn)行監(jiān)控與渲染數(shù)據(jù)攔截；

步驟(2)利用場景變換矩陣和投影變換矩陣重構(gòu)柵格化的三維數(shù)據(jù)；

步驟(3)自適應(yīng)屏幕分辨率和人的眼基距設(shè)定兩個不同的視點(diǎn)位置并生成立體像對；

步驟(4)針對不同的立體觀察設(shè)備進(jìn)行真三維觀測。

本發(fā)明的方法具體可用下列步驟實(shí)現(xiàn)，下列步驟不分先后：