現實的世界是一個擁有寬度、高度和深度的三維立體世界。在平面二維顯示技術已經成熟的今天，三維立體顯示技術首當其沖的成為了當今顯示技術領域的研究熱點。本作品搭建了基于stm32f4的三維旋轉顯示平臺，它的顯示原理屬于三維顯示中的體三維顯示一類。它是通過適當方式來激勵位于透明顯示體內的物質，利用可見輻射光的產生三維體像素。當體積內許多方位的物質都被激勵后，便能形成由許多分散的體像素在三維空間內構成三維圖像。體三維顯示又稱為真三維顯示，因為他所呈現的圖像在真實的三維空間中，展示一個最接近真實物體的立體畫面，可同時允許多人，多角度裸眼觀看場景，無序任何輔助眼鏡。本作品的特點在于，利用stm32f4的浮點運算能力，實現了低成本的體三維顯示數據的生產，并利用類似分布式處理的系統結構，滿足了體三維顯示所需要的巨大數據吞吐量，等效吞吐量可達約300Mb/s1.系統方案眾所周知人眼在接收被觀察物體的信息時，攜帶物體信息的光信號通過人眼細胞及神經傳入大腦神經，光的作用時間只是一個很短暫的時間段，當光的作用時間結束后，視覺影像并不會立即消失，這種殘留的視覺稱“后像”，視覺的這一現象則被稱為“視覺暫留”( duration of vision)物體在快速運動時, 當人眼所看到的影像消失后，人眼仍能繼續保留其影像0.1---0.4秒左右的圖像。在空間立體物體離散化的基礎上，再利用人眼視覺暫留效應，基于LED陣列的“三維體掃描”立體顯示系統便實現了立體顯示效果。如圖1所示，以顯示一個空心的邊長為單位1的正方體為例。LED顯示陣列組成的二維顯示屏即為正方體每個離散平面的顯示載體，LED顯示屏上的被點亮的LED即為正方體的平面離散像素。我們將該LED顯示平面置于軸對稱的角度機械掃描架構內，在嚴格機電同步的立體柱空間內進行各離散像素的尋址、賦值和激勵，由于機械掃描速度足夠快，便在人眼視覺上形成一個完整的正方體圖像。圖1(a)所示為立方體0度平面二維切片圖，圖1(b)所示為立方體45度平面二維切片圖，圖1(c)所示為立方體135度平面二維切片圖，圖1(d)所示為立方體180度平面二維切片圖，圖1(e)所示為觀看者觀察到的完整立方體顯示效果。圖1系統方案如圖2所示，整個系統由四個模塊組成，其中數據獲取單元主要由在PC上的上位機完成，利用3D-Max，OpenCV，OpenGL，將三維建模數據轉化成三維矢量表述文件，傳給由STM32F4 Discovery開發板構成的控制單元，利用其上的角度傳感器，結合wifi模塊或以太網模塊通過電力線模式傳給LED旋轉屏單元，其中的STM32F4負責將ASE文件解析成LED顯示陣列所需的點云數據流，通過串行總線傳輸給由FPGA驅動的LED顯示陣列，通過LED刷新速率與機械單元旋轉速率相匹配，從而實現體三維顯示的效果。圖22.系統硬件設計系統的機械部分如圖3所示，顯示面板的硬件結構如圖4，圖5所示。本系統的底部是直流電機和碳刷，直流電機主要負責帶動上層的顯示屏幕高速旋轉，而碳刷則負責傳遞能量和通信信號。在顯示屏幕的正面是由96*128構成的三色LED點陣，FPGA的PWM信號通過驅動芯片控制三色LED從而實現真彩顯示。在屏幕背面由多塊STM32F4，SD卡，FIFO構成，主要負責解析由控制單元傳過來的ASE文件，并實時生成體三維顯示數據，并傳給LED燈板的驅動FPGA，并通過其實現最終的圖像顯示。3.系統軟件設計3.1軟件控制流程：3.2關于實時生成體三維顯示數據的討論：一個瓦片64*32LED層FPGA*8：每個16*16LED中間層stm32*2：每個4LED層的FPGA，也即32*32由于經過壓縮，一個led數據為4bits所以一個stm32每一幀所要生成的數據為32*32*0.5bytes = 512bytes轉速800轉，一幀1/800s = 1.25ms = 1250000nsstm32f4主頻168Mhz，指令周期 = 5.93ns約可執行20萬多條指令假設fsmc總線的速度為50Mhz，則每幀寫入的時間大概在0.02ms內程序總體思路事先算出所有電子幀上非零的點，以及連續0的個數，在每一個電子幀同步后，算出生成下一幀的數據，寫入fifo輸入：線段端點的集合//input: endpoints of segments which formed the outline of a 3D model//x position with range 0-95//y position with range 0-95//z position with range 0-128/******************************************///from later discussion, one of the Q format//type should replace the char type/******************************************/struct Coordinate_3D{_iq xPosition;_iq yPosition;_iq zPosition;};//after you get the intersection points in 3d coordinate, you need to remap it into 2d coordinate on the very electrical plane,//and the conversion is quite simple Coordinate_2D.yPosition = Coordinate_3D.zPosition; Coordinate_2D.xPosition = sqrt(xPosition^2+yPosition^2)struct Coordinate_2D{char xPosition;char yPosition;};struct Line{struct Coordinate_3D beginPoint;struct Coordinate_3D endPoint;unsigned char color;};//frame structure to store the visible points in one electrical frame//need to be discussed//here's the prototype of the Frame structure, and basically the frame struture should contain the visible points,//and the zero points. As we have enclosed the number of zero points after each visible points in their own data structure,//only the number of zero points at the beginning of the whole frame should be enclosed in the frame struturestruct Frame{int zerosBefore;PointQueue_t visiblePointQueue;};//we need a union structure like color plane with bit fields to store the color imformation of every four FPGAs in one data segment//actually, it's a kind of frustrateing thing that we had to rebind the data into such an odd form.union ColorPalette{struct{unsigned char color1 : 4;unsigned char color2 : 4;unsigned char color3 : 4;unsigned char color3 : 4;}distributedColor;unsigned short unionColor;};//and now we need a complete point structure to sotre all the imformation above//here we add a weight field = yPosition*96 + xPosition, which will facilitate//our sort and calculation of the zero points number between each visible point//it's important to understand that, 4 corresponding points on the LED panel//will share one visiblepoint data structure.(一塊stm32負責4塊16*16的LED，每塊對應的點的4位顏色信息，拼成16位的數據段)struct VisiblePoint{struct Coordinate_2D coord;union Colorplane ColorPalette;int weight;int zerosAfter;};//as now you can see, we need some thing to store the visible points arraytypedef struct QueueNode{struct VisiblePoint pointData;struct QueueNode * nextNode;}QueueNode_t, *QueueNode_ptr;typedef struct{QueueNode_ptr front;QueueNode_ptr rear;}PointQueue_t;//finally, we will have 16*16 words(16 bits)to write into the fifo after each electrial frame sync cmd.