3D并不是什么新技術，在消費電子領域已有廣泛的應用，但在汽車應用中卻處于起步階段，仍需要相關技術和解決方案有所突破。以汽車安全駕駛應用為例，在駕駛過程中，人的視線死角是難以消除的，如果能夠對汽車4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，有助于實現安全駕駛。

　　3D及其在汽車中的應用

　　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構處理單元。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，應用2D技術就需要數百兆字節(jié)的預置2D圖像。

　　而利用3D技術，所有這些及更多要求只需不到一兆字節(jié)的圖像和幾何數據就可輕松解決。作為該技術的領先者，在嵌入式圖像市場有十多年經驗的富士通設計、開發(fā)并幫助客戶集成領先的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（多邊形網格和紋理繪圖），無需提供任何其它數據，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、旋轉和轉換，可以獲得無限量的圖像數據。正如之前指出的，無需昂貴的閃存或系統(tǒng)存儲器，就可呈現車胎數據、故障的車燈和車門狀況等任意數量的信息和提示。

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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用呈現在使用者的眼前。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可根據其性價比分成下列三類：低檔為QVGA熒幕，預先著色的圖形，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。

　　實現應用中完美圖像功能的第一步，是針對應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，汽車產業(yè)是成本相對敏感的應用領域，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，這類應用可采用多芯片架構的高檔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OpenGLES2.0的圖形引擎和各種外設接口。通過對4路輸入影像進行3D圖像處理，可繪制出高品質的駕駛場景圖，同時有助于開發(fā)者實現未來更雄心勃勃和復雜的3D應用。富士通半導體全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)現有的軟硬件結構如圖3所示。

圖3：軟硬件結構

　　我們來看看利用上述GDC實現的全方位立體監(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。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

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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。這種高分辨率數碼攝像頭能夠提供比以往模擬攝像頭更高畫質的影像，用于全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)。高分辨率數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拓展駕駛員的視野。

　　富士通半導體為客戶提供全方位立體監(jiān)視器的應用開發(fā)環(huán)境，包括支持全方位立體影像合成的授權工具、實現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)的應用程序和富士通半導體提供的授權工具組成。

　　然而，在很多情況下，現有的應用并未充分使用Jade的3D功能。這就太可惜了，因為3D技術可以在現有的平臺上實現更加復雜的圖像功能，只需更改軟件即可。換句話說，汽車廠商可為現有的設計注入新鮮血液，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技術相關，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；

　　·幾何處理——MVP變換、裁剪、篩選、視見區(qū)轉換；

　　·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存空間；支持加速的旋轉、縮放和轉換；簡化圖像資產的增加或更改，以及支持簡單的遷移路徑等，進而改進和實現消費者所需求的用戶界面。3D技術可向用戶呈現更多信息，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！相信它在汽車領域的普遍應用之時，也是汽車駕駛發(fā)生巨大變革的之日。隨著技術的發(fā)展，有一天我們開車就像玩游戲一樣輕松安全！

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