[發明專利]用于三維顯示和交互的設備和方法

在審

• 申請號: 201210579928.0
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103905808A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 洪濤;周明才;焦少慧;李煒明;王海濤;金智淵
• 申請（專利權）人: 北京三星通信技術研究有限公司;三星電子株式會社
• 主分類號: H04N13/00
• 分類號: H04N13/00;G02B27/22;G03B35/18;G06F3/01
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 韓明星;張云珠

技術領域

本發明涉及三維顯示技術，更具體地講，涉及一種能夠進行三維顯示和交互的設備和方法。

背景技術

三維(3D)技術在多個領域(諸如消費電子領域，醫療成像領域等)中已顯示出巨大的發展潛力。目前，已出現了多種3D顯示技術，例如，使用眼鏡的3D顯示技術和無需眼鏡的3D顯示技術。考慮到使用眼鏡的3D顯示技術容易引起用眼疲勞，因此，無需眼鏡的3D顯示技術由于其便利性引起了更多的關注。

無需眼鏡的3D顯示技術包括全息攝影、自動立體成像、全景成像等。全息攝影的方法需要相干光，并且在記錄和再現放置在一定距離處的較大對象方面有一些困難。自動立體成像方法是一種使用柱狀透鏡或視差屏障來實現3D顯示的方式，然而，在這種方法中，僅能夠實現水平透視差。此外，觀看圖像的雙眼會聚角和圖像的焦點可能不同，使得會存在用眼疲勞的現象。對于具有水平透視差和垂直透視差兩者的3D圖像而言，一般采用全景成像的3D顯示方法，在該方法中，真實的3D對象被重構，并且觀看3D對象的雙眼會聚角與所述對象的焦點保持相同，因而不會造成用眼疲勞。

除了以上描述的3D顯示技術以外，3D交互技術也是3D技術的一種應用。3D交互是一種人機交互的形式，在3D交互中，用戶可在3D空間中移動并執行交互。用于交互的3D空間可以是真實的物理空間、在計算機中模擬的虛擬空間、或者是兩者的組合，當真實的空間被用于輸入交互數據時，用戶通常做出一些動作來對使用檢測用戶的交互動作的3D位置的裝置的機器發布命令。當使用模擬的虛擬空間時，模擬的3D虛擬空間可通過輸出裝置被投影到真實的環境中。

無需眼鏡的3D顯示技術對于3D交互非常有用，這是因為用戶會更傾向于不使用任何眼鏡來操縱3D對象。此外，使雙眼的會聚角與對象的焦點保持相同對于避免眼部不適也非常重要。而全景成像技術提供了一種在不會產生用眼疲勞的情況下可實現實際的3D交互的可能性，其中，實際的3D顯示對象可由交互裝置(例如，可以是用戶的手部或者是任何其他由用戶進行操縱的裝置)來操縱，并且所述交互裝置的運動可以是深度感知的并且能夠被對3D交互進行處理的裝置分析和處理。

發明內容

根據本發明的一方面，提供了一種用于三維顯示和交互的設備，所述設備包括：顯示與捕捉單元，被配置為將控制單元提供的三維顯示內容轉換為三維虛擬對象并在三維空間中顯示三維虛擬對象，以及獲取用戶使用交互裝置在三維空間中做出的交互姿態的深度信息；控制單元，被配置為從所述顯示與捕捉單元獲取所述交互姿態的深度信息并產生與所述交互姿態相應的深度圖，基于產生的深度圖分析三維虛擬對象與所述交互裝置之間的碰撞，根據對碰撞的分析結果更新三維顯示內容并將更新的三維顯示內容提供給所述顯示與捕捉單元，以在三維空間中更新三維虛擬對象的顯示。

所述顯示與捕捉單元可包括：圖像顯示單元，被配置為顯示控制單元提供的三維顯示內容；三維成像單元，布置在圖像顯示單元的前面，被配置為將圖像顯示單元顯示的三維顯示內容轉換為在三維空間中顯示的三維虛擬對象；捕捉單元，布置在三維成像單元的背面，被配置為通過三維成像單元獲取用戶使用交互裝置在三維空間中做出的交互姿態的深度信息。

所述用于三維顯示和交互的設備還可包括：照明單元，布置在圖像顯示單元的背面，用于為圖像顯示單元提供照明光。

三維成像單元可以是柱狀透鏡或微透鏡陣列，或者是在控制單元的控制下顯示為柵欄、針孔陣列、或柵欄和針孔陣列的組合的液晶顯示LCD面板。

所述照明單元可包括：背光單元，與圖像顯示單元相平行地布置在圖像顯示單元的背面，從而將照明光直接提供給圖像顯示單元。

所述照明單元可包括：背光單元，與圖像顯示單元相垂直地布置在圖像顯示單元背面的頂部或底部；光反射單元，布置在圖像顯示單元的背面，用于將垂直布置的背光單元發出的光反射至圖像顯示單元，以為圖像顯示單元提供照明光。

所述光反射單元可以是半透射反射器件。

所述捕捉單元可布置在半透射反射器件的背面，從做出交互姿態的交互裝置發出并透過三維成像單元的光可穿過所述半透射反射器件到達捕捉單元，從而捕捉單元可獲取交互姿態的深度信息。

所述半透射反射裝置可以是分光器。

所述光反射單元可以是用于反射光的全反射器件。

所述捕捉單元和背光單元可與圖像顯示單元相垂直地布置在圖像顯示單元的背面，其中，所述全反射器件將從做出交互姿態的交互裝置發出并透過三維成像單元的光反射至捕捉單元，從而捕捉單元獲取交互姿態的深度信息。