1、1TYLOO 自由立体显示系统技术材料一 TYLOO 自由立体显示系统概述TYLOO 系列自由立体显示器是天禄光电自主开发的，利用多通道自由立体显示技术提供逼真 3D 影像的设备。它改进了传统投影式立体显示设备需佩戴各类主动式或被动式眼睛、头盔等助视设备，长时间观看易引起视觉疲劳；设备造价高昂且操作复杂等缺点。用户无需佩戴任何助视设备，裸眼即可获得突出屏幕的立体视觉；其立体效果逼真，可视角度可达到 120o；色彩饱和度高，画面柔和，适合长时间连续使用；操作简单，同时支持各类 3D 可视化软件在该系列显示器上实时获得真正的三维立体效果。TYLOO 系列自由立体显示系统核心组成部分包括显示器硬件设
2、备与配套软件。显示器主要部件为液晶或等离子背板及锯齿状视差屏障。它根据视差障碍原理使多个有细微角度差异的图像在液晶或等离子屏幕上交互排列，视差屏障通过狭缝光栅阵列准确控制每一个像素透过的光线，只让右眼或左眼看到。由于右眼和左眼观看显示器面板的角度不同，利用这一角度差就可将不同角度的图像分配给右眼或左眼，最后在大脑中进行融合，形成立体感觉。配套软件包括立体视频制作插件、立体视频合成及播放器以及可将 3D 可视化交互软件移植到自由立体显示器上的驱动程序。利用硬件与软件个配合，可方便的完成立体视频影像的制作、播放以及 3D 交互软件的实时三维效果展示。TYLOO 自由立体显示系统与国内外同类产品相比
3、，具有以下显著优势： 本产品色彩、分辨率、亮度、对比度等核心参数均达到或超越了国际领先水平； 从 15-61 寸显示器均可实现规模化生产其中 61 寸型号为目前全球已投入市场的最大的自由立体显示器并可根据要求定制或拼接，最大可达 120寸； 从立体效果上相对于国内外同类产品，景深及突出感表现更为出色，并可根据要求进行调节，沉浸感强烈； 在 120 度范围内均可获得完美的立体视觉效果，满足多人多视角观看的需要，从而大大提高了产品性能，改进了国内外部分同类型产品单人单2视角的缺陷； 相对于某些同类产品对于硬件的较高要求，TYLOO 系列自由立体显示器对于制作及播放的硬件没有特殊要求，提高了产品的市
4、场竞争力； 针对目前在各领域广泛使用的基于 OPENGL 等 3D 引擎的应用软件的特点，制订了 3D 交互式应用软件在 TYLOO 自由立体显示器上运行的解决方案，通过专用驱动程序使得目前绝大部分 3D 交互式应用软件均可在 TYLOO 显示器上实时获得令人满意的立体效果； 由于核心软硬件技术完全实现国产化，在与国外同类产品比较中具有较强的价格优势。由于自由立体显示技术相对于传统平面显示器所具有巨大的技术优势以及更为广阔的应用前景,随着硬件性能的不断提高以及各种兼容软件的出现,它必将取代平面显示器成为未来生活、工作及娱乐的标准显示设备。目前自由立体显示设备的市场需求已经呈现出极为强劲的上升趋
5、势，广泛应用于如下所示的各种领域：(1) 广告展示，如产品宣传、会议室/接待厅演示等。利用出色的立体显示技术，可将产品真实、直观、清晰、自由地展现在顾客面前，大大加深了顾客对产品的印象，有效提升顾客对产品的认知度及购买欲。(2) 娱乐行业。自由立体显示器使得不带立体眼镜进行立体游戏、观赏立体影片及动画成为可能，为消费者带来完美的视觉享受。(3) 科学研究领域。我们的产品为各学科提供了新的空间显示技术。利用TYLOO 立体显示器，科研人员可获得蛋白质、DNA 及各种微观结构的直观图像，可对大气、海洋及地表地层数据进行三维建模显示，可作为空气动力学、气象学、天文学等学科研究的辅助工具 ，还可利用所
6、开发的交互式软件进行远程工程控制。(4) 工业及建筑设计领域。TYLOO 显示器可帮助产品的设计者或者是建筑的设计师就在三维空间展示他们的设计，而不必花费时间制造昂贵的模型，大大降低了开发成本。(5) 此外，TYLOO 自由立体显示器还可应用于医疗(如手术模拟/培训及手术成像)、军事(如仿真训练、卫星成像分析、驾驶控制显示)城市规划，景观展3示等领域。随着产品软硬件的不断开发完善，必将获得更加广泛的应用。二 TYLOO 自由立体显示系统技术原理及实现依据2.1 立体视觉原理人在立体视觉中依靠很多客观条件和双眼内部条件来判断物体的空间位置，通过大脑的整合活动形成物体的空间关系的知觉。普通人都是用
7、双眼来辨认三维空间的物体的，在观看空间某个对象时，人的双眼就从左右两边稍有差别的角度进行观察，因此被观察的物体在人的左右眼视网膜上所形成的像存在略微的差异，这种差异就是双眼视差。视差的产生是由于人的左右眼之间有一定的距离，成年人大约为 65mm，这个距离使观察角度相对固定。视差的产生对立体视觉的形成起着非常重要的作用。立体视觉(3D 成像) 正是利用人们两眼看到的存在略微差异的图像重建出深度的感觉。立体图像包含了这两幅略有差别的图像(一幅进入左眼，一幅进入右眼)，双眼视觉通道加工和传递双眼获得的视觉信息，通过大脑将这两幅有差别的图像合成为一幅具有空间深度和维度信息的图像。正是由于大脑的图像融合
8、机能，使我们“看到”物体在空间中的景象。图 1 立体视觉原理2.2 TYLOO 自由立体显示技术传统的立体显示系统无论是基于主动立体还是被动立体均须通过辅助设备(如偏振眼镜，立体头盔等)才能获得立体视觉。进入上个世纪九十年代以后，国际上掀起裸眼立体显示系统，即自由立体显示系统的研究高潮。TYLOO 系列显示器即利用自由立体显示技术提供逼真 3D 影像的设备。它根据视差障碍4原理使多个有细微角度差异的图像在液晶或等离子屏幕上交互排列，视差屏障通过狭缝光栅阵列准确控制每一个像素透过的光线，只让右眼或左眼看到。由于右眼和左眼观看显示器面板的角度不同，利用这一角度差就可将不同角度的图像分配给右眼或左眼
9、，最后在大脑中进行融合，形成立体感觉。图二 TYLOO 自由立体显示技术原理三 TYLOO 自由立体显示系统构成及功能介绍3.1 系统构成TYLOO 自由立体显示系统包括以下硬件设备及配套软件：1) TYLOO 65 英寸自由立体显示器及配套设备，包括桌面显示支架，电源线，DVI 及 VGA 数据线、音箱及音频线等。2) TYLOO 自由立体视频播放主机，预装 Windsows XP 中文版操作系统。3) TYLOO 自由立体视频制作软件，包括 3Ds Max Plugin、Maya Plugin、后期处理 PPTK。4) TYLOO 3D 可视化程序驱动及立体视频直播 SDK 等3.2 系统
10、功能TYLOO 自由立体显示系统主要功能包括：1) 自由立体图片/视频的制作，包括纯 3D 图片/视频，2D+3D 图片/ 视频以及 2D 静态或动态文件转 3D 的节目制作，输出文件专门适合 TYLOO 自由立体显示器播放的 jpg, bmp 等格式的静态立体图片以及 mpg, avi 等格式的动态立体5视频节目。2) 支持 TYLOO 自由立体显示器的立体视频/图片节目的播放，可使观察者获得强烈、逼真的立体视觉感受。3) 3D 可视化程序向 TYLOO 自由立体显示器的无缝移植以及运行，可使现有的大部分基于 OpenGL 引擎的 3D 可视化程序在 TYLOO 自由立体显示器上运行并获得强
11、烈的立体视觉效果。3.2 系统构成框图2D 图像及视频提取空间信息进行 3D 转换 生成 3D 模型及场景Max/Maya等软件建模 3D 模型库3D 视频 /图像制作自由立体节目播放主机使用 Max/Maya 插件生成多视图文件TYLOO 自由立体显示器3D 可视化软件及数据自由立体显示驱动63.3 系统硬件方案及技术指标系统硬件主要由 TYLOO 自由立体显示器、播放主机以及其他配套设备组成。主要设备性能及参数如下1) TYLOO 自由立体显示器TYLOO 自由立体显示器主要部件为液晶或等离子背板及锯齿状视差屏障。它根据视差障碍原理使多个有细微角度差异的图像在液晶或等离子屏幕上交互排列，视
12、差屏障通过狭缝光栅阵列准确控制每一个像素透过的光线，只让右眼或左眼看到。由于右眼和左眼观看显示器面板的角度不同，利用这一角度差就可将不同角度的图像分配给右眼或左眼，最后在大脑中进行融合，形成立体感觉。2) 播放主机播放主机上预装 Windows XP 操作系统，并安装 TYLOO 立体播放器及 3D 可视化程序驱动。主机配置如下：CPU: Intel Pentium 3.0GHz 以上内存：1GB显卡：Nvidia Geforce 5600 以上，至少需 128MB 显存3.4 系统软件构成及功能介绍TYLOO 自由立体显示系统软件部分主要由立体视频制作软件、立体视频播放软件、播放软件、3D
13、可视化软件实时转换驱动等组成。软件主要功能介绍如下：1) 制作软件a 支持 3Ds Max 和 Maya 的三维视频制作插件该插件可以方便的生成多视角相机组。除了可以预览之外还提供了在相机设置的参考面，将多个相机位置、间距、焦距等复杂的参数转换为直观可调的突出或进入屏幕的参考面，这大大方便了制作人员的制作，使他们可以不必深入了解三维成像原理即可轻松制作出理想的立体效果。b 景深及立体效果制作软件该软件根据可以根据图像的彩色图及深度图，利用基于深度的视点变换算7法(z-warping)，得到符合 TYLOO 自由立体显示器显示要求的多视角图像，特别适合于具有景深效果或者画面层次比较丰富的立体视频
14、。2) 播放软件与 TYLOO 自由立体显示器配套的三维视频播放软件，它针对三维视频文件数据量大、对播放速度要求较高的特点，通过 Tile 图像分块技术，将多视图数据进行分块压缩。结合 MPEG-2 技术，通过独特的复合编码技术编码成为立体视频流。该编码技术具有压缩率高，失真率低等特点。在解码过程中，首先对立体视频流进行解码及分块图像缩放，在内存中形成多视图的立体数据，对内存中的 Tile 图像进行快速掩模及合成运算，最后将合成后的多视角图像信息分配给屏幕的对应像素，不同位置的像素经过视差屏障的光路选择作用后，可将不同视角的图像信息分别传递给左眼或右眼，即可使观察者获得立体视觉。同时播放器本身
15、具有强大的视频调节功能以及简单易用的界面和方便的操作方式，达到了真正的三维播发的全方位控制。3) 3D 可视化软件实时转换驱动目前很多领域都开发了各种各样的 3D 交互式应用软件，如三维仿真系统或者三维虚拟现实系统，然而由于使用的显示器仍然是传统的二维平面显示器，因此所有的三维模型或场景只能先投影到二维平面上，以二维的形式展现出来。TYLOO 系列自由立体显示器通过提供专用的驱动使得 3D 交互式应用软件能够在该系列显示器上实时获得真正的 3D 效果。它实时截取 3D 可视化程序有关图形渲染的调用，对其重新进行解释并传入显卡处理器，使得显卡能够按照TYLOO 系列显示器的显示原理进行多角度渲染
16、与合成，最后在 TYLOO 系列显示器上获得 3D 图像。通过该驱动, 原有的各种交互式 3D 应用软件不需任何修改即可实现向 TYLOO 自由立体显示器的移植，实时获得真正的 3D 效果。整个系统软件技术路线框图如下所示：8通用的三维建模软件3Ds Max / Maya三维数据CelVision 制作软件插件生成多视图数据生成三维视频多视图组合算法立体视频播放模块自由立体现有的 3D 交互式应用软件CelVision 立体显示驱动立体多视图组合算法立体Intel IPP 优化库立体立体视频制作及播放子系统 三维交互式软件显示子系统CelVision 系列自由立体显示器图 3 软件部分技术路线图
