基于stm32f4的三维旋转显示平台资料下载

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/s1.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22.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。3.系统软件设计3.1软件控制流程：3.2关于实时生成体三维显示数据的讨论：一个瓦片64*32LED层FPGA*8：每个16*16LED中间层stm32*2：每个4LED层的FPGA，也即32*32由于经过压缩，一个led数据为4bits所以一个stm32每一帧所要生成的数据为32*32*0.5bytes = 512bytes转速800转，一帧1/800s = 1.25ms = 1250000nsstm32f4主频168Mhz，指令周期 = 5.93ns约可执行20万多条指令假设fsmc总线的速度为50Mhz，则每帧写入的时间大概在0.02ms内程序总体思路事先算出所有电子帧上非零的点，以及连续0的个数，在每一个电子帧同步后，算出生成下一帧的数据，写入fifo输入：线段端点的集合//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.(一块stm32负责4块16*16的LED，每块对应的点的4位颜色信息，拼成16位的数据段)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.