3D并不是什么新技術(shù)，在消費電子領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用，但在汽車應(yīng)用中卻處于起步階段，仍需要相關(guān)技術(shù)和解決方案有所突破。以汽車安全駕駛應(yīng)用為例，在駕駛過程中，人的視線死角是難以消除的，如果能夠?qū)ζ?個方向的高分辨率攝影機影像進行3D合成，以讓駕駛員根據(jù)不同駕駛情景自由改變視角，得到更廣闊的駕駛視線，就可以準確預(yù)測路況，大大降低各種交通事故的發(fā)生。采用高分辨率攝像機的駕駛輔助功能全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)就是這樣的解決方案，有助于實現(xiàn)安全駕駛。

　　3D及其在汽車中的應(yīng)用

　　3D基于人對空間和物體的認知，是有深度、全視角的。3D可使人們獲得更直觀和互動的體驗。生成3D圖像需要復(fù)雜精尖的圖像顯示控制器（Graphic Display Controller，GDC），而它又需要一個幾何單元和結(jié)構(gòu)處理單元。將這些元素整合到一個圖像引擎中可提供最佳性能，如圖1所示。

圖1：圖像顯示控制器（GDC）框圖

　　目前，許多最好的圖像控制器對2D和3D圖像都能駕馭。但在許多情況下，系統(tǒng)設(shè)計者并沒有充分利用已有的3D功能，而這一功能可以給終端用戶帶來許多益處。例如，駕駛者想要了解泄氣的車胎或不亮的車燈情況，應(yīng)用2D技術(shù)就需要數(shù)百兆字節(jié)的預(yù)置2D圖像。

　　而利用3D技術(shù)，所有這些及更多要求只需不到一兆字節(jié)的圖像和幾何數(shù)據(jù)就可輕松解決。作為該技術(shù)的領(lǐng)先者，在嵌入式圖像市場有十多年經(jīng)驗的富士通設(shè)計、開發(fā)并幫助客戶集成領(lǐng)先的2D和3D圖像顯示控制器。

圖2：利用3D圖像，單一物體可以旋轉(zhuǎn)至任何角度，縮放至任意大小，突出任意部位

　　通過使用圖像芯片的幾何引擎，這一模型現(xiàn)在可以任何方式進行動畫模擬、從任何角度進行位置擺放。只要擁有3D模型（多邊形網(wǎng)格和紋理繪圖），無需提供任何其它數(shù)據(jù)，就能全方位地展示3D模型。通過沿著3D模型的三個軸進行縮放、旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)換，可以獲得無限量的圖像數(shù)據(jù)。正如之前指出的，無需昂貴的閃存或系統(tǒng)存儲器，就可呈現(xiàn)車胎數(shù)據(jù)、故障的車燈和車門狀況等任意數(shù)量的信息和提示。

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　　選擇合適的GDC

　　為了達到最佳的顯示效果和圖像流暢性，選擇正確而且合適的繪圖顯示控制器就變得尤為重要了。

　　從3D著色到影像變形，目前GDC的功能通過各式各樣的應(yīng)用呈現(xiàn)在使用者的眼前。高檔圖像顯示控制器可塑造出讓消費者目眩神迷的影像，其他等級的GDC能明確而簡單地顯示資訊，讓使用者一目了然看到自己想要的信息。GDC可根據(jù)其性價比分成下列三類：低檔為QVGA熒幕，預(yù)先著色的圖形，可包括影像輸入功能；中檔為WVGA熒幕，以2D動態(tài)繪圖為主，也可支持3D，有影像輸入功能；高檔為SXGA或更高解析度的熒幕，動態(tài)3D繪圖，多重影像輸入。

　　實現(xiàn)應(yīng)用中完美圖像功能的第一步，是針對應(yīng)用目標選擇一款適合的GDC，并以合理的價位獲得所需功能。值得注意的是，汽車產(chǎn)業(yè)是成本相對敏感的應(yīng)用領(lǐng)域，對于系統(tǒng)研發(fā)業(yè)者而言，最重要的工作就是降低零組件（BOM）成本。就低檔到中檔GDC而言，研發(fā)者可采用系統(tǒng)單芯片（SoC）繪圖控制器來滿足要求，但由于內(nèi)部VRAM存儲器容量有限，加上各項系統(tǒng)瓶頸（如總線速度）的限制，這些GDC支持的圖像功能、彈性、像素填充率、以及熒幕尺寸都比較有限。

　　當注重效能，而成本因素不那么重要時，這類應(yīng)用可采用多芯片架構(gòu)的高檔GDC，依賴外部車用微控制器來管理CAN傳輸操作、電源以及步進電機控制器等周邊元件。此外，由于這些GDC沒有內(nèi)建VRAM與程序閃存，可利用外部VRAM支持高效能操作，未來，運用內(nèi)建式VRAM可進一步降低高檔車用GDC的成本。

　　用GDC開發(fā)全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)

　　汽車全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)采用了最新的GDC MB86R11/MB86R12。MB86R11/MB86R12中配置了ARM Cortex TM-A9 CPU，在單一芯片中集成了對應(yīng)OpenGLES2.0的圖形引擎和各種外設(shè)接口。通過對4路輸入影像進行3D圖像處理，可繪制出高品質(zhì)的駕駛場景圖，同時有助于開發(fā)者實現(xiàn)未來更雄心勃勃和復(fù)雜的3D應(yīng)用。富士通半導(dǎo)體全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)現(xiàn)有的軟硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3：軟硬件結(jié)構(gòu)

　　我們來看看利用上述GDC實現(xiàn)的全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)。該系統(tǒng)是對汽車4個方向上安裝的攝影頭影像進行3D合成的技術(shù)。作為駕駛員的視覺輔助，汽車上配備了4個攝影頭影像的合成系統(tǒng)，如圖4所示，但是，以往的技術(shù)只能做2D圖像合成，因而只能進行特定視角的顯示；將攝影投影像投影到2D平面上，只能表現(xiàn)從上方觀看的俯視圖，有時難以分辨周圍的車輛和行人。而全方位立體監(jiān)視技術(shù)能將來自4個攝影頭的影像合成到3D模型上，從而可從任意視角顯示全方位場景；它可將影像投影在立體曲面上，任意變換觀看角度，完整表現(xiàn)出希望看到的場景，從而提高了可辨識性。

圖4：四個攝像頭的影像技術(shù)

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　　在實際駕駛場景，全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)利用汽車4個方向上安裝的高分辨率廣角鏡頭提供更廣的視角，從而支持各種駕駛場景。停車時可幫助駕駛員消除視線死角，駕駛過程中可通過更廣角度的影像向駕駛員提供障礙物信息。

　　利用車體上安裝的高分辨率攝像頭、180度廣角鏡頭，可支持分辨率高達1280×800的影像。這種高分辨率數(shù)碼攝像頭能夠提供比以往模擬攝像頭更高畫質(zhì)的影像，用于全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)。高分辨率數(shù)碼攝像頭與模擬攝像頭的影像比較，清晰度有很大的提高。

　　全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)在影像立體投影的基礎(chǔ)上，對來自攝影頭的影像通過VEU（Visibility Enhancement Unit，能見度增強系統(tǒng)）進行圖像補正。VEU具有放大縮小、提高分辨率、突出輪廓以及色彩處理功能，通過這些功能對攝影機影像進行補正。通過這些功能可減少放大后影像上明顯的鋸齒，提高逆光所致陰影部分的可視性，在各種條件下提高畫質(zhì)拓展駕駛員的視野。

　　富士通半導(dǎo)體為客戶提供全方位立體監(jiān)視器的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，包括支持全方位立體影像合成的授權(quán)工具、實現(xiàn)全方位立體影像顯示和控制的中間件。與客戶共同開發(fā)的全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)軟件由客戶開發(fā)的應(yīng)用程序和富士通半導(dǎo)體提供的授權(quán)工具組成。

　　然而，在很多情況下，現(xiàn)有的應(yīng)用并未充分使用Jade的3D功能。這就太可惜了，因為3D技術(shù)可以在現(xiàn)有的平臺上實現(xiàn)更加復(fù)雜的圖像功能，只需更改軟件即可。換句話說，汽車廠商可為現(xiàn)有的設(shè)計注入新鮮血液，而這并不需要花費額外的硬件工程費用，因為擁有這一功能的硬件和顯示已經(jīng)存在。

　　在富士通提供的圖像庫中已包括Jade助手庫（Quantum），他終于完成建立幾何和紋理繪制所需的絕大多數(shù)艱巨工作。而Emerald則使用類似于OpenGL ES 2.0的圖庫。

　　Jade和Emerald在其核心部位為3D運行提供了巨大支持。這些圖像顯示控制器的圖像功能中，至少有一半與3D技術(shù)相關(guān)，包括：

　　·3D基本要素—— 點、線、線帶、三角、三角帶、三角扇、任意多邊形；

　　·防失真；

　　·高氏陰影處理、單色陰影處理；

　　·紋理繪圖——過濾、透視校正、混合模式、alpha顏色混合及遮蓋技術(shù)；

　　·幾何處理——MVP變換、裁剪、篩選、視見區(qū)轉(zhuǎn)換；

　　·Z-緩沖——消除隱藏面；

　　·多邊繪圖標志緩沖器；

　　·OpenGL ES 2.0——可兼容陰影處理器引擎（只限Emerald）。

　　這些強大的功能支持可以讓3D引擎像處理3D圖像那樣，非常容易地處理2D圖像。當將上述3D引擎的功能添加到2D圖像中，就可以獲得不同凡響的效果。

　　圖5為3D動畫樹葉的自動化儀表盤照片。

圖5：3D動畫樹葉的自動化儀表盤

　　全新的3D技術(shù)就是為了解決2D圖像處理的各種不足，比如要求小得多的內(nèi)存空間；支持加速的旋轉(zhuǎn)、縮放和轉(zhuǎn)換；簡化圖像資產(chǎn)的增加或更改，以及支持簡單的遷移路徑等，進而改進和實現(xiàn)消費者所需求的用戶界面。3D技術(shù)可向用戶呈現(xiàn)更多信息，但對系統(tǒng)存儲器（DDR）和非易失性存儲器（NOR/NAND閃存）需求產(chǎn)生的影響甚微。

　　未來，如果這樣一套監(jiān)視系統(tǒng)能夠普及應(yīng)用，交通事故發(fā)生的幾率將會大大降低。而目前來看這套系統(tǒng)的廣泛推廣還是依然需要時日。不過這個市場的前景十分廣闊。這樣一套能夠讓社會更加和諧的監(jiān)視系統(tǒng)值得我們期待！相信它在汽車領(lǐng)域的普遍應(yīng)用之時，也是汽車駕駛發(fā)生巨大變革的之日。隨著技術(shù)的發(fā)展，有一天我們開車就像玩游戲一樣輕松安全！

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