Distortion-free 3D rendering and display method using perspective transformation for curved screens

DING Jian; ZHANG Shuhe; CAO Liangcai

doi:10.37188/CJLCD.2026-0082

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Distortion-free 3D rendering and display method using perspective transformation for curved screens

Display Technology and Applications | 更新时间：2026-09-12

- Distortion-free 3D rendering and display method using perspective transformation for curved screens
- Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Vol. 41, Issue 7, Pages: 970-980(2026)
- 作者机构：
  
  清华大学精密仪器系，北京 100084
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(62441613)
- DOI：10.37188/CJLCD.2026-0082
  CLC： TN27
- CSTR：32172.14.CJLCD.2026-0082
- Received：12 May 2026，
  
  Revised：2026-06-12，
  
  Published：06 July 2026
- 稿件说明：
移动端阅览
DING Jian, ZHANG Shuhe, CAO Liangcai. Distortion-free 3D rendering and display method using perspective transformation for curved screens[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(7): 970-980.
DOI：

DING Jian, ZHANG Shuhe, CAO Liangcai. Distortion-free 3D rendering and display method using perspective transformation for curved screens[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(7): 970-980. DOI： 10.37188/CJLCD.2026-0082. CSTR： 32172.14.CJLCD.2026-0082.

摘要

针对自发光曲面屏因物理弯曲导致的图像几何畸变问题，本文提出一种基于透视变换的自适应分段曲面屏无畸变3D渲染与显示方法，使用户观看曲面屏上的渲染场景等效于无屏直接观察三维场景。将连续曲面屏近似为多段平面屏的拼接结构，基于透视变换原理与已知视点位置，反转物像关系并利用透视变换矩阵计算各子屏显示图像；采用自适应区域划分策略，通过Adam算法最小化曲线与拟合折线间的二维均方误差，确定最优划分；在拼接边界处设置重叠区Δ

并采用线性插值权重函数进行平滑处理，消除接缝失真。Blender 4.0仿真表明，本文方法处理后图像的峰值信噪比（PSNR）达到13.23 dB，相比直接渲染的7.65 dB提升了5.58 dB，超过12 dB的畸变可接受阈值；采用30段（

=30）平面屏拟合曲面，兼顾高PSNR与计算量。本方法可显著降低曲面屏显示畸变，适用于大型户外曲面LED及算力受限的柔性消费电子设备，为裸眼3D技术在曲面显示载体上的应用提供了可行技术路径。

Abstract

To eliminate geometric distortion on self-luminous curved screens caused by physical curvature， this paper proposes an adaptive segmented distortion-free 3D rendering and display method for curved screens based on perspective transformation， enabling viewers to see the rendered scene identically to directly viewing the 3D scene without the screen.The curved screen is approximated as multiple planar segments. Using perspective transformation and the known viewpoint， the object-image relationship is reversed， and the perspective matrix computes images on each segment. Adaptive partitioning minimizes the 2D mean square error between the curve

and fitted polyline via the Adam algorithm. Stitching boundaries are smoothed with overlapping regions Δ

and linear interpolation. Blender 4.0 simulations show the proposed method achieves a PSNR of 13.23 dB， which is 5.58 dB higher than direct rendering （7.65 dB）， exceeding the 12 dB distortion threshold. Using

=30 planar segments balances high PSNR and computational cost. This method significantly reduces distortion on curved screens and applies to large outdoor curved LEDs and flexible consumer electronics， offering a feasible path for glasses-free 3D on curved displays.

关键词

Keywords

references

WANG K ， YAN W K . An introduction to immersive display technologies ［J］. IEEE Open Journal on Immersive Displays ， 2024 ， 1 ： 79 - 85 .

张兴，郑成武，李宁，等 . 液晶材料与3D显示［J］. 液晶与显示， 2012 ， 27 （ 4 ）： 448 - 455 . doi: 10.3788/YJYXS20122704.0448 http://dx.doi.org/10.3788/YJYXS20122704.0448

ZHANG X ， ZHENG C W ， LI N ， et al . Liquid crystal materials and 3D display ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2012 ， 27 （ 4 ）： 448 - 455 . （in Chinese） . doi: 10.3788/YJYXS20122704.0448 http://dx.doi.org/10.3788/YJYXS20122704.0448

LYU P ， HUA H . Statically foveated freeform OST-HMD system with wide FOV and high perceived resolution ［J］. Light： Science & Applications ， 2026 ， 15 （ 1 ）： 233 . doi: 10.1038/s41377-026-02291-9 http://dx.doi.org/10.1038/s41377-026-02291-9

SOLOMASHENKO A B ， AFANASEVA O L ， SHISHOVA M V ， et al . Industrial applications of AR headsets： a review of the devices and experience ［J］. Light： Advanced Manufacturing ， 2025 ， 6 （ 2 ）： 358 - 387 .

KRAMIDA G . Resolving the vergence-accommodation conflict in head-mounted displays ［J］. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics ， 2016 ， 22 （ 7 ）： 1912 - 1931 . doi: 10.1109/tvcg.2015.2473855 http://dx.doi.org/10.1109/tvcg.2015.2473855

SAREDAKIS D ， SZPAK A ， BIRCKHEAD B ， et al . Factors associated with virtual reality sickness in head-mounted displays： a systematic review and meta-analysis ［J］. Frontiers in Human Neuroscience ， 2020 ， 14 ： 96 . doi: 10.3389/fnhum.2020.00096 http://dx.doi.org/10.3389/fnhum.2020.00096

KOULIERIS G A ， BUI B ， BANKS M S ， et al . Accommodation and comfort in head-mounted displays ［J］. ACM Transactions on Graphics ， 2017 ， 36 （ 4 ）： 87 . doi: 10.1145/3072959.3073622 http://dx.doi.org/10.1145/3072959.3073622

马凤云，夏振平，程成，等 . 近眼显示中光学畸变对视觉诱导晕动症的影响［J］. 液晶与显示， 2023 ， 38 （ 9 ）： 1215 - 1223 . doi: 10.37188/cjlcd.2022-0372 http://dx.doi.org/10.37188/cjlcd.2022-0372

MA F Y ， XIA Z P ， CHENG C ， et al . Effects of optical distortion on visually induced motion sickness in near-eye display ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2023 ， 38 （ 9 ）： 1215 - 1223 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjlcd.2022-0372 http://dx.doi.org/10.37188/cjlcd.2022-0372

ZHOU F B ， QIAO W ， CHEN L S . Fabrication technology for light field reconstruction in glasses-free 3D display ［J］. Journal of Information Display ， 2023 ， 24 （ 1 ）： 13 - 29 . doi: 10.1080/15980316.2022.2118182 http://dx.doi.org/10.1080/15980316.2022.2118182

LIU Z S ， LI D H ， DENG H . Integral imaging-based light field display system with optimum voxel space ［J］. IEEE Photonics Journal ， 2024 ， 16 （ 1 ）： 5200207 . doi: 10.1109/jphot.2024.3355444 http://dx.doi.org/10.1109/jphot.2024.3355444

隋晓萌，何泽浩，曹良才，等 . 基于液晶空间光调制器的计算全息波前编码方法［J］. 液晶与显示， 2022 ， 37 （ 5 ）： 613 - 624 . doi: 10.37188/CJLCD.2022-0047 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2022-0047

SUI X M ， HE Z H ， CAO L C ， et al . Wave-front encoding method of computer-generated holography based on liquid-crystal spatial light modulator ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2022 ， 37 （ 5 ）： 613 - 624 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CJLCD.2022-0047 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2022-0047

FAN Z B ， CHENG Y F ， CHEN Z M ， et al . Integral imaging near-eye 3D display using a nanoimprint metalens array ［J］. eLight ， 2024 ， 4 （ 1 ）： 3 . doi: 10.1186/s43593-023-00055-1 http://dx.doi.org/10.1186/s43593-023-00055-1

李会，桑新柱，仲崇力，等 . 基于数字微镜器件的高分辨率计算全息显示［J］. 液晶与显示， 2022 ， 37 （ 5 ）： 625 - 631 . doi: 10.37188/CJLCD.2022-0038 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2022-0038

LI H ， SANG X Z ， ZHONG C L ， et al . High-resolution computed holographic display using digital micromirror device ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2022 ， 37 （ 5 ）： 625 - 631 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CJLCD.2022-0038 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2022-0038

郑义微，王迪，李移隆，等 . 基于液晶空间光调制器的大视角全息显示技术［J］. 液晶与显示， 2021 ， 36 （ 6 ）： 789 - 796 . doi: 10.37188/CJLCD.2021-0028 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2021-0028

ZHENG Y W ， WANG D ， LI Y L ， et al . Holographic display technology with large viewing angle based on liquid crystal spatial light modulator ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2021 ， 36 （ 6 ）： 789 - 796 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CJLCD.2021-0028 http://dx.doi.org/10.37188/CJLCD.2021-0028

ZHAO Z Y ， LIU K ， LIU Y W ， et al . Intrinsically flexible displays： key materials and devices ［J］. National Science Review ， 2022 ， 9 （ 6 ）： nwac090 . doi: 10.1093/nsr/nwac090 http://dx.doi.org/10.1093/nsr/nwac090

ABBAS A ， LUO Y J ， AHMAD W ， et al . Recent progress， challenges， and opportunities in 2D materials for flexible displays ［J］. Nanotoday ， 2024 ， 56 ： 102256 . doi: 10.1016/j.nantod.2024.102256 http://dx.doi.org/10.1016/j.nantod.2024.102256

夏仲文，华鉴瑜，陈林森，等 . 基于微纳光子器件的光场裸眼3D显示技术［J］. 液晶与显示， 2022 ， 37 （ 5 ）： 562 - 572 . doi: 10.37188/cjlcd.2022-0043 http://dx.doi.org/10.37188/cjlcd.2022-0043

XIA Z W ， HUA J Y ， CHEN L S ， et al . Light field glasses-free three-dimensional display technology based on micro-nano photonic devices ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2022 ， 37 （ 5 ）： 562 - 572 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjlcd.2022-0043 http://dx.doi.org/10.37188/cjlcd.2022-0043

梁光胜，秦菁，陈世宏，等 . 旋转彩色LED显示屏设计与实现［J］. 液晶与显示， 2014 ， 29 （ 5 ）： 850 - 855 . doi: 10.3788/yjyxs20142905.0850 http://dx.doi.org/10.3788/yjyxs20142905.0850

LIANG G S ， QIN J ， CHEN S H ， et al . Design and implementation of colorful rotating LED display ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2014 ， 29 （ 5 ）： 850 - 855 . （in Chinese） . doi: 10.3788/yjyxs20142905.0850 http://dx.doi.org/10.3788/yjyxs20142905.0850

陈瑞改，陶宇虹，谢佳，等 . 基于头部追踪的宽视角裸眼3D显示系统［J］. 液晶与显示， 2013 ， 28 （ 2 ）： 233 - 237 . doi: 10.3788/yjyxs20132802.0233 http://dx.doi.org/10.3788/yjyxs20132802.0233

CHEN R G ， TAO Y H ， XIE J ， et al . Naked 3D display system with wide viewing angle based on head-tracking technology ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2013 ， 28 （ 2 ）： 233 - 237 . （in Chinese） . doi: 10.3788/yjyxs20132802.0233 http://dx.doi.org/10.3788/yjyxs20132802.0233

李萌，张超键，刘子洋，等 . 钻石排列OLED手机裸眼3D显示［J］. 液晶与显示， 2025 ， 40 （ 7 ）： 994 - 1002 .

LI M ， ZHANG C J ， LIU Z Y ， et al . Glasses-free 3D mobile phone on a diamond-pentile OLED panel ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2025 ， 40 （ 7 ）： 994 - 1002 . （in Chinese）

LIAO J M ， YAO J J ， WANG D L ， et al . Multi-view naked-eye stereoscopic image fusion method research ［C］// 2012 International Conference on Wavelet Active Media Technology and Information Processing （ICWAMTIP） . Chengdu ： IEEE ， 2012 ： 418 - 421 . doi: 10.1109/icwamtip.2012.6413526 http://dx.doi.org/10.1109/icwamtip.2012.6413526

LV G J ， WANG Q H ， WANG J ， et al . Multi-view 3D display with high brightness based on a parallax barrier ［J］. Chinese Optics Letters ， 2013 ， 11 （ 12 ）： 121101 . doi: 10.3788/col201311.121101 http://dx.doi.org/10.3788/col201311.121101

FU L W ， ZHOU J N ， YUN T S . Research on the expression features of naked-eye 3D effect of LED screen based on optical illusion art ［J］. The International Journal of Internet， Broadcasting and Communication ， 2023 ， 15 （ 1 ）： 126 - 139 .

ADHAIWELL . World famous naked eye 3D LED advert creative design ［EB/OL］. （2023） . https：//www.mlxled.com/5282-2/？v=7efdfc94655a https://www.mlxled.com/5282-2/?v=7efdfc94655a . doi: 10.1108/s2058-88012016029 http://dx.doi.org/10.1108/s2058-88012016029

LI Y M ， SONG J R ， YIP D K . AI-assisted content creation of naked-eye 3D effects on curved LED screen： enhancing artistic expression and creativity ［C］. 2024 IEEE International Conference on Multimedia and Expo Workshops （ICMEW）. Niagara Falls ： IEEE ， 2024 ： 1 - 5 . doi: 10.1109/icmew63481.2024.10645467 http://dx.doi.org/10.1109/icmew63481.2024.10645467

GUO J D ， DIAO Z H ， YAN S F ， et al . Immersive autostereoscopic display based on curved screen and parallax barrier ［J］. Chinese Optics Letters ， 2021 ， 19 （ 1 ）： 013301 . doi: 10.3788/col202119.013301 http://dx.doi.org/10.3788/col202119.013301

CORZO D ， TOSTADO-BLÁZQUEZ G ， BARAN D . Flexible electronics： status， challenges and opportunities ［J］. Frontiers in Electronics ， 2020 ， 1 ： 594003 . doi: 10.3389/felec.2020.594003 http://dx.doi.org/10.3389/felec.2020.594003

林星雨，邢妍，张汉乐，等 . 基于Leap Motion手势识别的悬浮真3D显示实时交互系统［J］. 液晶与显示， 2022 ， 37 （ 5 ）： 654 - 659 . doi: 10.37188/cjlcd.2022-0060 http://dx.doi.org/10.37188/cjlcd.2022-0060

LIN X Y ， XING Y ， ZHANG H L ， et al . Real-time floating 3D display interaction system based on gesture recognition by leap motion ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2022 ， 37 （ 5 ）： 654 - 659 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjlcd.2022-0060 http://dx.doi.org/10.37188/cjlcd.2022-0060

WANG H ， NING H S ， LIN Y J ， et al . A survey on the metaverse： the state-of-the-art， technologies， applications， and challenges ［J］. IEEE Internet of Things Journal ， 2023 ， 10 （ 16 ）： 14671 - 14688 . doi: 10.1109/jiot.2023.3278329 http://dx.doi.org/10.1109/jiot.2023.3278329

何泽浩，曹良才 . 面向沉浸式元宇宙的显示、交互和应用［J］. 科技导报， 2023 ， 41 （ 5 ）： 6 - 14 . doi: 10.1002/9781394177165.ch1 http://dx.doi.org/10.1002/9781394177165.ch1

HE Z H ， CAO L C . Display， interactions， and applications of immersive metaverse： progress and outlooks ［J］. Science & Technology Review ， 2023 ， 41 （ 5 ）： 6 - 14 . （in Chinese） . doi: 10.1002/9781394177165.ch1 http://dx.doi.org/10.1002/9781394177165.ch1

曹良才，何泽浩，刘珂瑄，等 . 元宇宙中的动态全息三维显示：发展与挑战［J］. 红外与激光工程， 2022 ， 51 （ 1 ）： 202109 .

CAO L C ， HE Z H ， Liu K X ， et al . Progress and challenges in dynamic holographic 3D display for the metaverse ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2022 ， 51 （ 1 ）： 202109 . （in Chinese）

Views

161

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Perspective Image Rectification Based on Improved Hough Transformation and Perspective Transformation

Liquid crystal geometric phase planar optical elements based on polarized laser direct writing induced photoalignment

Frequency-aware no-reference image quality assessment method guided by human visual system characteristics

PCB defect detection based on ZYNQ and YOLO26n

A spatiotemporal consistency-based robust fusion method for collaborative perception

Related Author

DING Jian

ZHANG Shuhe

DAI Qin

WANG Yan-jie

HAN Guang-liang

Related Institution

Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences

Graduate University of Chinese Academy of Sciences

AI问答

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China 130033 Postal code：130033
Tel：0431-86176059 Email：yjxs@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰