基于stm32f4的三维旋转显示平台

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　　现实的世界是一个拥有宽度、高度和深度的三维立体世界。在平面二维显示技术已经成熟的今天，三维立体显示技术首当其冲的成为了当今显示技术领域的研究热点。

本作品搭建了基于stm32f4的三维旋转显示平台，它的显示原理属于三维显示中的体三维显示一类。它是通过适当方式来激励位于透明显示体内的物质，利用可见辐射光的产生三维体像素。当体积内许多方位的物质都被激励后，便能形成由许多分散的体像素在三维空间内构成三维图像。

体三维显示又称为真三维显示，因为他所呈现的图像在真实的三维空间中，展示一个最接近真实物体的立体画面，可同时允许多人，多角度裸眼观看场景，无序任何辅助眼镜。

本作品的特点在于，利用stm32f4的浮点运算能力，实现了低成本的体三维显示数据的生产，并利用类似分布式处理的系统结构，满足了体三维显示所需要的巨大数据吞吐量，等效吞吐量可达约300Mb/s

　　1.系统方案

众所周知人眼在接收被观察物体的信息时，携带物体信息的光信号通过人眼细胞及神经传入大脑神经，光的作用时间只是一个很短暂的时间段，当光的作用时间结束后，视觉影像并不会立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”( duration of vision)物体在快速运动时, 当人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像0.1---0.4秒左右的图像。在空间立体物体离散化的基础上，再利用人眼视觉暂留效应，基于LED阵列的“三维体扫描”立体显示系统便实现了立体显示效果。如图1所示，以显示一个空心的边长为单位1的正方体为例。LED显示阵列组成的二维显示屏即为正方体每个离散平面的显示载体，LED显示屏上的被点亮的LED即为正方体的平面离散像素。我们将该LED显示平面置于轴对称的角度机械扫描架构内，在严格机电同步的立体柱空间内进行各离散像素的寻址、赋值和激励，由于机械扫描速度足够快，便在人眼视觉上形成一个完整的正方体图像。图1(a)所示为立方体0度平面二维切片图，图1(b)所示为立方体45度平面二维切片图，图1(c)所示为立方体135度平面二维切片图，图1(d)所示为立方体180度平面二维切片图，图1(e)所示为观看者观察到的完整立方体显示效果。

　　图1

系统方案如图2所示，整个系统由四个模块组成，其中数据获取单元主要由在PC上的上位机完成，利用3D-Max，OpenCV，OpenGL，将三维建模数据转化成三维矢量表述文件，传给由STM32F4 Discovery开发板构成的控制单元，利用其上的角度传感器，结合wifi模块或以太网模块通过电力线模式传给LED旋转屏单元，其中的STM32F4负责将ASE文件解析成LED显示阵列所需的点云数据流，通过串行总线传输给由FPGA驱动的LED显示阵列，通过LED刷新速率与机械单元旋转速率相匹配，从而实现体三维显示的效果。

　　图2

　　2.系统硬件设计

系统的机械部分如图3所示，显示面板的硬件结构如图4，图5所示。本系统的底部是直流电机和碳刷，直流电机主要负责带动上层的显示屏幕高速旋转，而碳刷则负责传递能量和通信信号。在显示屏幕的正面是由96*128构成的三色LED点阵，FPGA的PWM信号通过驱动芯片控制三色LED从而实现真彩显示。在屏幕背面由多块STM32F4，SD卡，FIFO构成，主要负责解析由控制单元传过来的ASE文件，并实时生成体三维显示数据，并传给LED灯板的驱动FPGA，并通过其实现最终的图像显示。