[發(fā)明專利]一種全息圖生成方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110210161.3
• 申請(qǐng)日: 2021-02-24
• 公開（公告）號(hào): CN113093500B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 桑新柱;仲崇力;李會(huì);秦秀娟;趙昕;顏玢玢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G03H1/08
• 分類號(hào): G03H1/08;G06T15/06
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 郭亮

本發(fā)明提供一種全息圖生成方法及系統(tǒng)，包括：初始化三維場(chǎng)景，基于三維場(chǎng)景初始化信息啟動(dòng)光線跟蹤；計(jì)算獲得三維場(chǎng)景的顏色信息與深度信息；基于所述三維場(chǎng)景的顏色信息與深度信息，采用預(yù)設(shè)衍射快速計(jì)算方法計(jì)算得到全息面復(fù)振幅；對(duì)所述全息面復(fù)振幅進(jìn)行編碼，得到全息圖。本發(fā)明通過(guò)使用光線跟蹤獲取三維場(chǎng)景的信息，利用圖形處理器并行處理，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算，在分層法中模擬真實(shí)光波傳播以及正確顯示復(fù)雜場(chǎng)景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種全息圖生成方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

全息顯示是三維顯示的一種理想方式。使用計(jì)算機(jī)模擬干涉衍射的物理過(guò)程生成全息圖的方法稱為計(jì)算全息，它可以計(jì)算虛擬場(chǎng)景的全息圖，應(yīng)用前景廣闊。

光線跟蹤是一種通過(guò)模擬光線真實(shí)傳播，來(lái)計(jì)算物體顏色等信息的方法，它能夠?qū)崿F(xiàn)遮擋處理以及提高圖像的逼真度。例如，OptiX是英偉達(dá)公司推出的光線跟蹤引擎，它利用GPU并行計(jì)算，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算的效果。

現(xiàn)有計(jì)算全息方法通常只能計(jì)算普通模型的全息圖，難以表達(dá)復(fù)雜三維場(chǎng)景，而且現(xiàn)有計(jì)算方法通常將反射折射效果作為物體表面的紋理，不符合真實(shí)世界的觀看效果。由于計(jì)算全息處理的數(shù)據(jù)量很大，為了實(shí)時(shí)計(jì)算通常采用分層法，而傳統(tǒng)分層法不適于計(jì)算這種復(fù)雜場(chǎng)景，以反射為例，分層法中反射像在衍射到全息面時(shí)會(huì)對(duì)前方的反射面產(chǎn)生較嚴(yán)重的干擾。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種全息圖生成方法及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中僅能計(jì)算普通的全息圖，無(wú)法表達(dá)復(fù)雜場(chǎng)景的缺陷。

第一方面，本發(fā)明提供一種全息圖生成方法，包括：

初始化三維場(chǎng)景，基于三維場(chǎng)景初始化信息啟動(dòng)光線跟蹤；

計(jì)算獲得三維場(chǎng)景的顏色信息與深度信息；

基于所述三維場(chǎng)景的顏色信息與深度信息，采用預(yù)設(shè)衍射快速計(jì)算方法計(jì)算得到全息面復(fù)振幅；

對(duì)所述全息面復(fù)振幅進(jìn)行編碼，得到全息圖。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述初始化三維場(chǎng)景，基于三維場(chǎng)景初始化信息啟動(dòng)光線跟蹤，具體包括：

初始化三維場(chǎng)景，確定獲得多個(gè)三維場(chǎng)景參數(shù)；

由位于全息面中心位置的相機(jī)向所述三維場(chǎng)景發(fā)射光線。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述初始化三維場(chǎng)景，基于三維場(chǎng)景初始化信息啟動(dòng)光線跟蹤，之后還包括：

判斷光線跟蹤中發(fā)出的光線是否與物體相交。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述計(jì)算獲得三維場(chǎng)景的顏色信息與深度信息，具體包括：

若所述光線與所述物體不相交則將所述光線對(duì)應(yīng)的顏色設(shè)定為背景色，否則計(jì)算所述物體表面的顏色，并存儲(chǔ)光線長(zhǎng)度；

基于所述光線長(zhǎng)度計(jì)算得到物體表面深度、物體反射像深度和物體折射像深度。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述基于所述光線長(zhǎng)度計(jì)算得到物體表面深度、物體反射像深度和物體折射像深度，具體包括：

確定從相機(jī)位置指向注視點(diǎn)的第一單位向量、光線方向的第二單位向量以及擊中物體光線長(zhǎng)度，基于所述第一單位向量、所述第二單位向量和所述擊中物體光線長(zhǎng)度，得到所述物體表面深度；

確定初始光線長(zhǎng)度和反射光線長(zhǎng)度，基于所述第一單位向量、所述第二單位向量、所述初始光線長(zhǎng)度和所述反射光線長(zhǎng)度，得到所述物體反射像深度；

確定折射光線長(zhǎng)度，由所述折射光線長(zhǎng)度、介質(zhì)折射率、空氣折射率、折射光線與法線夾角和入射光線與法線夾角遞歸計(jì)算得到初始光線擊中位置到折射像距離，基于所述第一單位向量、所述第二單位向量、所述初始光線長(zhǎng)度和所述始光線擊中位置到折射像距離，得到所述物體折射像深度。