阅读说明：本技术 一种三维风扇全息屏游戏装置 (three-dimensional fan holographic screen game device ) 是由 许万军 牛淼淼 赵善辉 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种三维风扇全息屏游戏装置,包括底座、本体和保护罩；底座外侧嵌入输入键盘,底座内有控制器；本体包括第一电机、支架、第二电机、风扇和LED灯珠；第一电机安装在底座上,输出轴连接支架的底端、用于驱动支架旋转,第二电机安装在支架的顶端,输出轴连接风扇、用于驱动风扇的扇叶旋转,风扇扇叶表面沿径向设置有LED灯珠；所述控制器包括：用于运算的微处理模块、用于检测按键输入的按键模块、用于处理游戏的游戏判定模块、用于转码的图像处理模块、用于测量风扇转速的时间模块、用于控制LED灯珠的LED控制模块。本发明通过风扇旋转形成的立体空间内LED灯珠的有序控制,形成三维立体图像显示,实现三维游戏系统。(The invention discloses a three-dimensional fan holographic screen game device, which comprises a base, a body and a protective cover, wherein the base is provided with a first opening and a second opening; an input keyboard is embedded in the outer side of the base, and a controller is arranged in the base; the body comprises a first motor, a bracket, a second motor, a fan and LED lamp beads; the first motor is arranged on the base, the output shaft is connected with the bottom end of the support and used for driving the support to rotate, the second motor is arranged at the top end of the support, the output shaft is connected with the fan and used for driving fan blades of the fan to rotate, and LED lamp beads are arranged on the surface of each fan blade along the radial direction; the controller includes: the system comprises a micro-processing module for operation, a key module for detecting key input, a game judgment module for processing games, an image processing module for transcoding, a time module for measuring the rotating speed of a fan and an LED control module for controlling LED lamp beads. According to the invention, the LED lamp beads in the three-dimensional space formed by the rotation of the fan are orderly controlled to form three-dimensional image display, so that a three-dimensional game system is realized.)

一种三维风扇全息屏游戏装置

技术领域

本发明涉及风扇屏显示技术领域，尤其涉及一种三维风扇全息屏游戏装置。

背景技术

人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，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″。风扇全息屏利用了人眼的视觉暂留原理，通过旋转的LED灯珠在平面空间中产生图像，其特点是在需要呈像的位置处点亮LED灯珠，在不需要呈像的位置处熄灭LED灯珠，由于采用了三维素材，图像主体能够在二维平面上产生三维效果。风扇全息屏能够在不改变背景的情况下，突出图像的主体，使三维立体视觉效果优于传统液晶显示屏，被广泛应用于商品的广告、演示等场合。

现有风扇全息屏技术建立在二维风扇平面影像基础上，其三维影响效果受制于观察角度。当观察者移动位置后，三维影像效果将随视角的偏离逐渐减弱。如果观察角度平行于影像平面，三维效果将消失。

发明内容

发明目的：针对现有技术中风扇全息屏三维影像效果较弱的缺陷，本发明公开了一种三维风扇全息屏游戏装置，将传统二维影像平面改进为三维影像平面，实现任何观察角度都能实现三维效果，并将该三维风扇全息屏应用于三维游戏的显示，提高三维游戏的立体效果。

技术方案：本发明公开了一种三维风扇全息屏游戏装置，包括底座、本体和保护罩；其中底座外侧表面嵌入输入键盘，底座内设有控制器；本体包括第一电机、支架、第二电机、风扇和LED灯珠；所述第一电机安装在底座上，第一电机的输出轴连接支架的底端、用于驱动支架旋转，第二电机安装在支架的顶端，第二电机的输出轴连接风扇、用于驱动风扇的扇叶旋转，风扇扇叶表面沿径向设置有整齐排列的LED灯珠。

作为优选，所述控制器包括用于运算的微处理模块200、用于检测输入键盘按键输入的按键模块201、用于处理游戏的游戏判定模块202、用于转码的图像处理模块203、用于测量风扇转速的时间模块204和用于控制LED灯珠的LED控制模块205。

作为优选，所述底座为一圆形底座，所述保护罩为一有机玻璃半球形保护罩，所述保护罩能使风扇扇叶在内部无障碍旋转。

作为优选，所述的本体和保护罩之间还设有真空区，使得风扇旋转时不会受到空气阻力影响。

作为优选，所述LED灯珠能在第一电机和第二电机的输出轴带动下，根据输入键盘输入的信息，在设定时间内扫过保护罩里半球形空间内的任一指定位置。

作为优选，所述第二电机的转速大于第一电机的转速，第一电机的转速不小于1400r/min。

作为优选，所述第二电机质量不大于2kg，使得在转动过程中离心力较小，降低第一电机的振动幅值。

所述控制器控制LED灯珠工作过程包括以下步骤：

步骤A、启动电机电源，使得第一电机和第二电机开始工作；

步骤B、在输入键盘上按下选项信息，控制器内的按键检测模块将检测到的输入按键信息传递给微处理模块；

步骤C、时间模块分别测量第二电机和第一电机旋转一周时间，分别得到周期T_a和T_b，由此得到角速度分别为和

步骤D、微处理模块根据按键模块和游戏判定模块的数字信号进行逻辑运算，由图像转码模块输出游戏三维立体影像矩阵，包括三维立体人物、车辆、飞机及场景，存储于矩阵A(x，y，z，RGB)中，其中，x，y，z，RGB分别为图像内所有像素的三维坐标和颜色值；

步骤E、时间离散化：将周期T_b按照时间分辨率Δt等份离散，按照时间顺序从小到大计算得到矩阵A’(x’，y’，z’，t，r_i)，

x′＝r_i sin(ω_bt)cos(ω_at)

y′＝r_i sin(ω_bt)sin(ω_at)

z′＝r_i cos(ω_bt)

r＝r_i

t＝nΔt，n＝1，2...T_b/Δt

其中，x′、y′、z′分别为图像内第i个LED灯珠的三维坐标，r_i表示第i个LED灯珠在风扇上的位置；

步骤F、比较矩阵A和A’，如果坐标位置相近，则将矩阵A的RGB值赋予矩阵A’，得到扩展矩阵A’(x’，y’，z’，t，r_i，RGB)，

|x-x′|＜δ

|y-y′|＜δ

|z-z′|＜δ

其中，δ为容差；如果三维坐标位置不相近，则影像超过风扇显示区域，无法显示，舍弃不相近的三维坐标值；

步骤G、根据扩展矩阵A’，LED控制模块(205)按照时间顺序t＝nΔt，n＝1，2...T_b/Δt从小到大依次控制r_i位置的LED灯珠颜色。当矩阵A’所有坐标都被LED控制模块处理后，完成一个周期内三维图像的显示；

步骤H、重复操作步骤E至步骤G，在后续时间内完成图像的三维显示。

有益效果：本发明公开了一种三维风扇全息屏游戏装置，能够实现三维全息图像显示，且不受制于观察角度，非常适用于三维游戏显示，提高游戏的立体效果。

附图说明

图1为本发明的结构主视图；

图2为本发明的结构左视图；

图3为本发明的控制模块示意图；

其中1为装置底座，2为输入键盘，3为有机玻璃罩，4为真空区，5为第一电机，6为支架，7为第二电机，8为风扇，9为LED灯珠，10为控制器。

具体实施方式

本发明公开了一种三维风扇全息屏游戏装置，包括底座1、本体和保护罩3；其中底座外侧表面嵌入输入键盘2，底座内设有控制器10；本体包括第一电机5、支架6、第二电机7、风扇8和LED灯珠9；其中第一电机5固定在底座1的上表面中心处，第一电机5的输出轴垂直于底座1表面，第二电机7通过支架6固定在第一电机5的正上方，第二电机7的输出轴垂直于第一电机5的输出轴，第二电机7的输出轴上固定风扇8，风扇8的扇叶能在第一电机5和第二电机7的输出轴带动下无障碍旋转，风扇8扇叶表面沿半径方向设置有整齐排列的LED灯珠9。

所述控制器10包括：用于运算的微处理模块200，用于检测输入键盘按键输入的按键检测模块201，用于处理游戏的游戏判定模块202，用于转码的图像处理模块203，用于测量风扇转速的时间模块204，用于控制LED灯珠的LED控制模块205；控制器所有动作在很短时间完成，不会造成图像卡滞。

所述底座1为一圆形底座，所述保护罩3为一有机玻璃半球形保护罩，所述保护罩3能使风扇8扇叶在内部无障碍旋转。其中风扇屏所覆盖范围内的第二电机7、风扇8及支架6的体积不能过大，以免遮挡更多LED灯珠9发出的光线，影响视觉效果。

所述的本体和保护罩3之间还设有真空区4，使得风扇8旋转时不会受到空气阻力影响，降低风扇屏功耗及摩擦热量。

所述LED灯珠9能在第一电机5和第二电机7的输出轴带动下，根据输入键盘2输入的信息，在设定时间内扫过保护罩3里半球形空间内的任一指定位置。

所述第二电机7的转速大于第一电机5的转速，第一电机5的转速不小于1400r/min。人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，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″。眼睛的一个重要特性是视觉惰性，即光像一旦在视网膜上形成，视觉将会对这个光像的感觉维持一个有限的时间，这种生理现象叫做视觉暂留性。对于中等亮度的光刺激，视觉暂留时间约为0.1至0.4秒。

所述第二电机7质量不大于2kg，使得在转动过程中离心力较小，降低第一电机5的振动幅值；若第二电机7质量过大，使离心力较大造成第一电机5的振动过大，降低LED灯珠9位置精度，影响视觉图像效果。

具体实施过程如下：所述控制器10控制LED灯珠9工作过程包括以下步骤：

步骤A、启动电机电源，使得第一电机5和第二电机7开始工作；

步骤B、在输入键盘2上按下选项信息，控制器10内的按键检测模块201将检测到的输入按键信息传递给微处理模块200；

步骤C、时间模块205分别测量第二电机7和第一电机5旋转一周时间，分别得到周期T_a和T_b，由此得到角速度分别为和

步骤D、微处理模块200根据按键模块201和游戏判定模块202的数字信号进行逻辑运算，由图像转码模块203输出游戏三维立体影像矩阵，包括三维立体人物、车辆、飞机及场景，存储于矩阵A(x，y，z，RGB)中，其中，x，y，z，RGB分别为图像内所有像素的三维坐标和颜色值；

步骤E、时间离散化：根据式(1)将周期T_b按照时间分辨率Δt等份离散，

T_b＝nΔt (1)

其中，n＝T_b/Δt。Δt是时间分辨率，满足t₁+t₂+t₃+...+t_n＝T_b；根据式(2)按照时间顺序从小到大计算得到矩阵A’(x’，y’，z’，t，r_i)，

x′＝r_i sin(ω_bt)cos(ω_at)

y′＝r_i sin(ω_bt)sin(ω_at)

z′＝r_i cos(ω_bt) (2)

r＝r_i

t＝nΔt，n＝1，2...T_b/Δt

其中，x′、y′、z′分别为图像内第i个LED灯珠的三维坐标，r_i表示第i个LED灯珠在风扇上的位置；

步骤F、比较矩阵A和A’，如果坐标位置相近，则将矩阵A的RGB值赋予矩阵A’，得到扩展矩阵A’(x’，y’，z’，t，r_i，RGB)，

|x-x′|＜δ

|y-y′|＜δ

|z-z′|＜δ (3)

其中，δ为容差；如果三维坐标位置不相近，则影像超过风扇显示区域，无法显示，舍弃不相近的三维坐标值；

步骤G、根据扩展矩阵A’，LED控制模块(205)按照时间顺序t＝nΔt，n＝1，2...T_b/Δt从小到大依次控制r_i位置的LED灯珠颜色。当矩阵A’所有坐标都被LED控制模块处理后，完成一个周期内三维图像的显示；

步骤H、重复操作步骤E至步骤G，在后续时间内完成图像的三维显示

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。