一种三维动画幻象显示装置及显示方法

技术领域

本发明涉及3D伪全息技术领域，具体涉及一种三维动画幻象显示装置及显示方法。

背景技术

佩伯尔幻象(Pepper’s Ghost)是一种光学错觉技术，由Hen-ry Dircks发明。19世纪的英国人约翰·佩伯尔第一次向观众展示了这一技术，此技术因而被命名为佩伯尔幻象。

虚拟现实产业被认为将在不久的将来成为中国经济乃至世界经济的主要增长点之一。国内外众多实力雄厚的IT企业纷纷参与到此类产品的研发中。2010年，日本世嘉公司主办了名为“未来之日39感谢祭”的演唱会，主办方利用佩伯尔幻象技术将一个虚拟的动漫人物“初音未来”以全息投影的形式投放到舞台上。这场演唱会使得“初音未来”成为世界上第一个利用全息投影技术举办演唱会的虚拟偶像。在此之后，佩伯尔幻象多次被应用于大型的政治集会、艺术汇演等场合中，用来呈现虚拟现实的效果。佩伯尔幻象的产生装置结构相对于全息投影装置的结构更为简单，但通常装置体积较大，而且成像效果不稳定，易受外界环境的干扰，至今无法大量投入大众市场。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、小体积的三维动画幻象显示装置，利用佩伯尔幻象技术，实现了高分辨率、高对比度的三维全息动画呈现。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种三维动画幻象显示装置，包括：

视频投影源，用于产生三维动画角色投影源动画，同个所述三维动画角色关联四个所述投影源动画，分别为，从所述三维动画角色的主视角采集的主视投影源动画、从所述三维动画角色的后视角采集的后视投影源动画、从所述三维动画角色的左视角采集的左视投影源动画和从所述三维动画角色的右视角采集的右视投影源动画；

LED显示屏，用于将所述主视投影源动画、所述后视投影源动画、所述左视投影源动画和所述右视投影源动画投射到同个成像空间中；

所述成像空间，用于将所述主视投影源动画、所述后视投影源动画、所述左视投影源动画和所述右视投影源动画汇聚到同一成像位置形成具有真实维度空间的立体影像；

投影支架，用于固定所述LED显示屏和所述成像空间。

作为本发明的一种优选方案，所述视频投影源产生的投影源动画由全息图像序列帧合成，所述全息图像为TGA图像格式或PNG图像格式。

作为本发明的一种优选方案，播放在所述LED显示屏上的所述主视投影源动画、所述后视投影源动画、所述左视投影源动画以及所述右视投影源动画以所述LED显示屏的屏幕中心点为中心，并沿圆周方向相互间等间距设置。

作为本发明的一种优选方案，所述成像空间为正四棱锥，所述正四棱锥的四个三角面上覆有全息膜，每个所述三角面通过所述全息膜将投射进来的一投影源动画汇聚到同一所述成像位置形成具有真实维度空间的所述立体影像。

作为本发明的一种优选方案，所述正四棱锥的锥高为所述三维动画角色高度的1-1.5倍。

作为本发明的一种优选方案，所述正四棱锥的边长为其锥高的2倍。

作为本发明的一种优选方案，所述正四棱锥的锥顶靠近所述LED显示屏的中心点而锥底远离所述LED显示屏的中心点。

作为本发明的一种优选方案，所述正四棱锥的每个所述三角面与所述LED显示屏的屏幕表面呈45°角。

本发明还提供了一种三维动画幻象显示方法，具体步骤包括：

1)以三维动画角色为中心点，在所述三维动画角色的前后左右四个方向分别布设一台摄像机，四台所述摄像机沿圆周方向等间距设置；

2)四台所述摄像机从前后左右四个方向采集同个所述三维动画角色的动画视频并保存；

3)按照视频拍摄视角，将四个所述动画视频添加到LED显示屏上播放，四个所述动画视频以所述LED显示屏的中心点为中心沿圆周方向等间距添加在所述LED显示屏上；

4)所述LED显示屏将每个所述动画视频分别投射到同个正四棱锥的其中一个三角面上，覆盖在每个所述三角面上的全息膜将投射进来的动画汇聚到同一成像位置形成具有真实维度空间的立体影像。

作为本发明的一种优选方案，所述动画视频由全息图像序列帧合成，所述全息图像为TGA图像格式或PNG图像格式；

所述正四棱锥的锥高为所述三维动画角色高度的1-1.5倍；

所述正四棱锥的边长为其锥高的2倍；

所述正四棱锥的锥顶靠近所述LED显示屏的中心点而锥底远离所述LED显示屏的中心点；

所述正四棱锥的每个所述三角面与所述LED显示屏的屏幕表面呈45°角。

本发明提供的三维动画幻象显示装置结构简单，使用成本低廉，仅通过平板电脑、手机等智能终端，并利用佩伯尔幻象技术，即可实现高分辨率、高对比度的三维动画全息呈现，拓展了佩伯尔幻象技术的应用场景，有利于推动佩伯尔幻象技术往应用设备小型化发展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的三维动画幻象显示装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的三维动画幻象显示方法的实现步骤图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供了一种体积小、成像效果稳定，不易受外界光环境干扰的三维动画幻象显示装置，如图1所示，该三维动画幻象显示装置包括：

视频投影源，用于产生三维动画角色的投影源动画；本实施例中，同个三维动画角色关联四个投影源动画，每个投影源动画由一台摄像机从指定方向对三维动画解决进行视频拍摄形成。为了便于后续的立体成像，四台摄像机以三维动画角色为中心点沿圆周方向相互间等距离设置，分别从三维动画角色的主视角、后视角、左视角和右视角采集动画视频并保存；

LED显示屏，用于将主视投影源动画、后视投影源动画、左视投影源动画和右视投影源动画同时投射到同个成像空间中；

成像空间，用于将主视投影源动画、后视投影源动画、左视投影源动画和右视投影源动画汇聚到同一成像点形成具有真实维度空间的立体影像；

投影支架，用于固定LED显示屏和成像空间。

为了提高立体影像的清晰度，视频投影源产生的投影源动画(主视投影源动画、后视投影源动画、左视投影源动画和右视投影源动画)优选由全息图像序列帧合成。更优选地，全息图像的图像格式为TGA图像格式或PNG图像格式，这两种图像格式本身具有色彩属性，有利于提升视频动画的投影效果。

为了便于将主视投影源动画、后视投影源动画、左视投影源动画和右视投影源动画汇聚到成像空间中形成立体影像，优选地，播放在LED显示屏上的主视投影源动画、后视投影源动画、左视投影源动画和右视投影源动画以LED显示屏的屏幕中心点为中心，并沿圆周方向相互间等间距设置。

本实施例中，成像空间采用PVC透明片胶接形成的正四棱锥。佩伯尔幻象成影利用光线的反射和折射原理将不同角度投射的动画汇聚到同一成像点，为了增加汇聚效果，优选地，在正四棱锥的四个三角面都覆上全息膜，四个投影源动画分别投射到一对应的三角面上，三角面上的全息膜将投射进来的投影源动画汇聚到同一成像位置形成具有真实维度空间的立体影像。

为了防止立体影像发生扭曲，经多次实验总结，正四棱锥的锥高优选为三维动画角色高度的1-1.5倍；正四棱锥的边长为其锥高的2倍。

正四棱锥的每个三角面与LED显示屏的屏幕表面呈45°角。正四棱锥的锥顶靠近LED显示屏的中心点而其锥底远离LED显示屏的中心点。

本发明一实施例还提供了一种三维动画幻象显示方法，如图2所示，该幻象显示方法具体包括：

步骤1)以三维动画角色为中心点，在三维动画角色的前后左右四个方向分别布设一台摄像机，四台摄像机沿圆周方向等间距设置；

步骤2)四台摄像机从前后左右四个方向采集同个三维动画角色的动画视频并保存；

步骤3)按照视频拍摄视角，将四个动画视频添加到LED显示屏上播放；为了确保立体成像效果，优选地，四个动画视频以LED显示屏的中心点为中心沿圆周方向等间距添加在LED显示屏上；

步骤4)LED显示屏将每个动画视频分别投射到同个正四棱锥的其中一个三角面上，覆盖在每个三角面上的全息膜将投射进来的动画汇聚到同一成像位置形成具有真实维度空间的立体影像。

作为一种优选方案，动画视频由全息图像序列帧合成，即摄像机通过采集三维动画角色的全息图像序列帧并合成为动画视频。为了确保立体影像的投影效果，更优选地，全息图像为TGA图像格式或PNG图像格式。

为了确保三维动画角色经投影后不失真，优选地，正四棱锥的锥高则优选为三维动画角色高度的1-1.5倍。

为了提高立体影像的汇聚效果，优选地，正四棱锥的边长为其锥高的2倍。

正四棱锥的锥顶靠近LED显示屏的中心点而其锥底远离LED显示屏的中心点。正四棱锥的每个三角面与LED显示屏的屏幕表面优选呈45°角，可进一步确保立体影像的汇聚效果。

综上，本发明提供的三维动画幻象显示装置结构简单，使用成本低廉，仅通过平板电脑、手机等智能终端，并利用佩伯尔幻象技术，即可实现高分辨率、高对比度的三维动画全息呈现，拓展了佩伯尔幻象技术的应用场景，有利于推动佩伯尔幻象技术往应用设备小型化发展。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。