開源分享！基于stm32f4的三維旋轉顯示平臺設計

摘要

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(tǒng)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/s

系統(tǒng)方案如圖1所示，整個系統(tǒng)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STM32F4Discovery開發(fā)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。

系統(tǒng)的機械部分如圖2所示，顯示面板的硬件結構如圖3，圖4所示。本系統(tǒng)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。

                                                 圖2

                                                  圖3

                                                    圖4

關于實時生成體三維顯示數據的討論：

一個瓦片64*32

LED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 = 1250000ns

stm32f4主頻168Mhz，指令周期 = 5.93ns

約可執(zhí)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

系統(tǒng)創(chuàng)新：

其一，由于高效解析算法的提出，大幅簡化了真三維顯示器顯示數據的獲取難度，只需在PC端獲得當前較為標準化的三維圖形的三角面頂點數據流文件，即可在真三維顯示平臺上顯示出來，使得真三維顯示器的整體顯示流程大為簡化。

其二，由于顯示體的結構分為并行的若干區(qū)塊，各個區(qū)塊只顯示自身的部分，因此顯示屏幕的擴大并不會造成數據計算量的大幅增加，這就使得本顯示器的擴展性大大增強，可以適用于多種多樣的顯示范圍與領域。

其三，由于高效算法的優(yōu)化與區(qū)塊化顯示的優(yōu)勢，并行結構的計算量相對較少，這就使得實時控制得以實現，大大增強了真三維顯示器的應用領域。

其四，高效算法與區(qū)塊化顯示使得本三維體顯示器不需要如國內外其他同類產品的中所需的高速傳輸方式，因此大大減少了從產品研發(fā)到材料再到加工中各個環(huán)節(jié)的成本。

 評測與結論在作品的過程中，我們發(fā)現本作品雖然還不是很成熟，也同樣具備較大的應用前景與價值。價格成本的極大降低，使得真三維立體顯示的門檻很低，那么在一些對清晰度要求不高，但是希望多層次全角度呈現三維圖像的應用領域，我們的真三維立體顯示器能發(fā)揮較大的作用。

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