[發明專利]光學透視式三維近眼顯示系統及顯示方法

有效

• 申請號: 201810762738.X
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN108830944B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 程德文;姚成;王涌天
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06T19/00
• 分類號: G06T19/00;G02B27/01
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

1.一種光學透視式三維近眼顯示系統，其特征在于，包括：穿戴式顯示裝置、位姿傳感裝置和系統主機；

所述位姿傳感裝置用于實時獲取外界環境的真實圖像信息，以及所述位姿傳感裝置在預設空間三維坐標系中的姿態角和加速度信息；

所述系統主機用于根據所述真實圖像信息、所述姿態角和所述加速度信息，將與所述外界環境對應的、虛擬環境中的虛擬信息投影渲染成二維虛擬圖像并傳輸至所述穿戴式顯示裝置；其中，所述虛擬信息在所述虛擬環境中的位置信息與所述真實圖像信息中包含的所述外界環境中的位置信息相對應；

所述穿戴式顯示裝置用于將所述虛擬信息疊加顯示在所述外界環境中；所述穿戴式顯示裝置具體包括：雙目顯示屏和雙目光學成像通道；

所述系統主機具體用于：

根據所述真實圖像信息、所述姿態角和所述加速度信息，并基于相關空間定位算法，實時確定所述位姿傳感裝置在所述預設空間三維坐標系中的位置和方向；

根據確定的所述位姿傳感裝置在所述預設空間三維坐標系中的位置和方向，以及所述位姿傳感裝置與所述雙目光學成像通道的出瞳之間的相對位置關系，確定所述虛擬環境中雙目虛擬攝像機的位置和方向，其中所述雙目虛擬攝像機為所述虛擬環境中與所述雙目顯示屏和所述雙目光學成像通道整體相對應的、虛擬的攝像機，且所述二維虛擬圖像等效為所述雙目虛擬攝像機對所述虛擬信息投影渲染得到；所述雙目虛擬攝像機的投影中心在所述外界環境中的位置與所述雙目光學成像通道的出瞳中心位置相同，所述雙目虛擬攝像機的視場角與所述雙目光學成像通道的視場角相同，且所述雙目虛擬攝像機的畫面長寬比與所述雙目顯示屏上的畫面長寬比相同；

根據所述雙目虛擬攝像機的位置和方向，以及所述雙目虛擬攝像機的視場角和所述雙目虛擬攝像機的畫面長寬比，使所述雙目虛擬攝像機將所述虛擬信息投影渲染成二維虛擬圖像并傳輸至所述穿戴式顯示裝置。

2.根據權利要求1所述的光學透視式三維近眼顯示系統，其特征在于，所述雙目顯示屏設置在所述雙目光學成像通道的前焦面上，所述雙目顯示屏與所述系統主機連接，所述系統主機將所述二維虛擬圖像傳輸至所述雙目顯示屏，經所述雙目顯示屏射出的光線進入所述雙目光學成像通道；

所述雙目光學成像通道用于對所述雙目顯示屏上的顯示畫面進行成像，并得到放大的虛擬圖像成像；

所述雙目光學成像通道還用于將所述虛擬圖像成像進行疊加顯示在所述外界環境中。

3.根據權利要求2所述的光學透視式三維近眼顯示系統，其特征在于，所述位姿傳感裝置具體包括RGB攝像頭和慣性測量單元；

所述RGB攝像頭用于實時獲取所述真實圖像信息；

所述慣性測量單元用于實時獲取所述位姿傳感裝置在所述預設空間三維坐標系中的姿態角和加速度信息。

4.根據權利要求1-3中任一項所述的光學透視式三維近眼顯示系統，其特征在于，還包括：操作面板；

所述操作面板設置在所述穿戴式顯示裝置上或獨立于所述穿戴式顯示裝置設置，所述操作面板與所述系統主機連接；所述操作面板上設置有功能按鍵，所述功能按鍵用于觸發所述虛擬環境中所述虛擬信息的響應。