三維技術(shù)基礎(chǔ)與藝術(shù)欣賞第5章三維顯示技術(shù)(陳永強(qiáng))

1、三維技術(shù)基礎(chǔ)與藝術(shù)欣賞陳永強(qiáng) 教授數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院E-mail:Tel:153371857851教學(xué)內(nèi)容 主要講解三維測量、三維靜態(tài)建模、三維動態(tài)仿真、三維重建、三維顯示、三維打印、三維動畫、三維游戲、三維影視等基本原理和技術(shù)； 引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)鑒賞三維圖形圖像、三維動畫游戲和三維電影藝術(shù)； 了解和熟悉三維領(lǐng)域涉及的基本概念和思維方式，了解三維技術(shù)最新發(fā)展和動態(tài)，能更好適應(yīng)現(xiàn)代三維科技時代的學(xué)習(xí)工作生活。2教學(xué)內(nèi)容 第1章三維技術(shù)概述 第2章三維測量技術(shù) 第3章三維建模技術(shù) 第4章三維重建技術(shù) 第5章三維顯示技術(shù) 第6章三維打印技術(shù) 第7章三維動畫技術(shù) 第8章三維游戲技術(shù) 第9章三維影視技術(shù)3第5

2、章三維顯示技術(shù) 3D成象原理原理：人類的左眼和右眼在水平方向上有56.5cm的位移，因此左右眼所看見的畫面中對應(yīng)實(shí)際物體上同一點(diǎn)存在一定距離，通過這種差別判斷物體的遠(yuǎn)近和深度，即視差parallax原理。 根據(jù)“視差”原理，把同一景像用兩只眼睛視角的差距制造出兩個影像，然后讓兩只眼睛各看到對應(yīng)自己一邊的影像，就能刺激大腦產(chǎn)生3D（3Dimensions）立體效果的。 景深感受形象舉例： 1、大家可以輪流閉上一只眼試試看同一個東西，側(cè)面不同 2、單眼對筆尖比雙眼困難很多4第5章三維顯示技術(shù) 3D成象原理5不同距離的物體在兩個視網(wǎng)膜上成像的夾角不同，從而分辨出遠(yuǎn)近。第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示技術(shù)

3、發(fā)展6第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示技術(shù)發(fā)展7第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示技術(shù)發(fā)展電視機(jī)顯示屏發(fā)展概況8第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示技術(shù)分類93D顯示技術(shù)眼鏡式偏光式快門式色差式頭戴式裸眼式光柵式體三維式全息式前置光柵式后置光柵式狹縫光柵式柱鏡光柵式雙視點(diǎn)多視點(diǎn)雙視點(diǎn)多視點(diǎn)第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示技術(shù)分類偏光式眼鏡3D10 利用光波振動的方向性來做左右眼影像的區(qū)分。由于線偏光容易產(chǎn)生串?dāng)_問題，目前的產(chǎn)品全部采用圓偏光系統(tǒng)。 第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示技術(shù)分類偏光式眼鏡3D11 空間分割式偏光眼鏡3D顯示系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是刷新頻率不變，缺點(diǎn)是分辨率下降。 時間分割式則優(yōu)缺點(diǎn)互換。第5章三維顯示技術(shù)

4、3D顯示技術(shù)分類快門式眼鏡3D快門式眼鏡3D系統(tǒng)類似于時間分割的偏振式眼鏡3D系統(tǒng)，大多是利用液晶控制透光度來做遮蔽 在屏幕上以兩倍的場頻交互地顯示左眼和右眼的影像，而快門眼鏡則會動態(tài)地屏蔽使用者的左眼和右眼，利用人眼的視覺暫留機(jī)制，兩眼影像疊加后產(chǎn)生雙眼視差。整套系統(tǒng)所需要的硬件，除了主動眼鏡本身外，還需要一臺可以擁有兩倍以上更新率的顯示裝置。另外，立體眼鏡也還要有辦法可以和屏幕的畫面同步。 優(yōu)點(diǎn)：顯示屏無改動 缺點(diǎn)：眼鏡較貴且較重 12第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示技術(shù)分類視差擋板式裸眼3D13視差擋板就是在光路加上一些遮蔽物，把部分方向的光遮住，只讓某些角度的光可以傳出去。擋板的位置經(jīng)過精

5、密計(jì)算，可以左眼像素（綠色）只被左眼看到，右眼像素（紅色）只被右眼看到。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)及制作比較簡單缺點(diǎn)：分辨率下降，亮度下降第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示技術(shù)分類柱透鏡式裸眼3D14 基本原理是在面板前方，放上經(jīng)過精確計(jì)算的透鏡來改變光線的方向。由左眼像素發(fā)出的光，會經(jīng)過透鏡的折射，都進(jìn)入左眼的區(qū)域，同樣的右眼的像素也只進(jìn)入右眼。 優(yōu)點(diǎn)：亮度沒有損失缺點(diǎn)：分辨率下降，柱透鏡 加工精度要求較高第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示技術(shù)分類體三維顯示技術(shù)眼鏡式及裸眼式3D顯示的缺陷： 僅利用了3D視覺中的雙眼視差效應(yīng)，但由于成像都在顯示屏表面，焦距固定，使得眼睛無法象觀看一個真實(shí)物體時那樣調(diào)節(jié)焦距，沒有物理深

6、度感。體三維顯示技術(shù)的提出就是為了解決這個問題，其圖象是在真正的三維空間構(gòu)造，使得表現(xiàn)出的三維物體既有心理景深，更有物理景深。15第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示技術(shù)分類基于發(fā)光介質(zhì)的體三維顯示16 利用兩束可獨(dú)立控制的能量射線（如激光）射入特定介質(zhì)內(nèi)，單根射線的能量不足以激發(fā)躍遷。但兩束射線交叉點(diǎn)高于躍遷能級，導(dǎo)致該點(diǎn)發(fā)光?？刂粕渚€掃描便可形成由體素點(diǎn)集組成的三維圖像。 問題：尚無合適的激勵源和發(fā)光介質(zhì)；體素總量 無法提高。第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示技術(shù)分類基于運(yùn)動掃描的體三維顯示17優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單缺點(diǎn)：清晰度受限；平板旋轉(zhuǎn)屏三維體素的空間分布不均勻。 基于LED陣列平板旋轉(zhuǎn)的三維顯示 第5章

7、三維顯示技術(shù) 3D顯示技術(shù)分類基于運(yùn)動掃描的體三維顯示18 螺旋面片上的像素運(yùn)動情況即等價于像素沿軸向在兩個相距360/N的水平面間作豎直移動，因此體素大小可以近似均等第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示技術(shù)分類基于運(yùn)動掃描的體三維顯示19Felix 3D 系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)：不需要復(fù)雜的轉(zhuǎn)向光學(xué)部件缺點(diǎn)：激光掃描器的速度有限，顯示容量受限 第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示技術(shù)分類基于運(yùn)動掃描的體三維顯示20Perspecta 3D 系統(tǒng) 采用柱面軸心旋轉(zhuǎn)外加空間投影的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)簡單，能顯示近10億個體象素 缺點(diǎn)：為了解決平面屏帶來的體素重疊死區(qū)，引入了復(fù)雜精密的光學(xué)中 繼轉(zhuǎn)向器件，增加了系統(tǒng)的制備難度和

8、生產(chǎn)成本。 第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示技術(shù)分類靜態(tài)層疊式體三維顯示21DepthCube 3D 系統(tǒng)利用DLP投影，在層疊膽甾液晶屏幕上顯像 優(yōu)點(diǎn)：避免了運(yùn)動掃描方式固有的亮度和旋轉(zhuǎn)問題 缺點(diǎn)：觀看角度受限，成本較高。 第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示問題2D/3D轉(zhuǎn)換目前出售的3D顯示器必須要向2D兼容，2D/3D間需要一鍵切換。對于眼鏡式3D，只要把眼鏡去掉，并把左右眼視差信號變成同樣的信號，就可以完成轉(zhuǎn)換。對于裸眼3D，已發(fā)明了主動控制的技術(shù)（液晶擋板或液晶透鏡），技術(shù)問題已經(jīng)解決，成本問題尚存。 22第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示問題231. 加電改變排列方向，使折射率由ne變成no，與同

9、它配套的凹透鏡折射率相同。2. 以液晶層控制入射光折射率，決定柱狀透鏡是否作用。3. 以液晶改變折射率的原理，用液晶層虛擬透鏡的效果。 第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示問題價格在3D節(jié)目的拍攝、制作、傳輸方面的問題沒解決前，依賴藍(lán)光影碟機(jī)提供節(jié)目源，3D只能是電視機(jī)的一個附加功能，價格成為成功的關(guān)鍵。 眼鏡3D中快門眼鏡+普通顯示屏的方式成本更加可控。 裸眼3D中普通視差障板成本最低，但無法實(shí)現(xiàn)2D/3D轉(zhuǎn)換，進(jìn)入不了家庭市場。24第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示問題消費(fèi)者體驗(yàn)眼鏡式：無法邊看電視邊做別的事情；快門式眼鏡太重，有壓迫感；長時間觀看有眩暈感。裸眼式：雙視點(diǎn)系統(tǒng)頭稍稍偏一下就可能看到錯誤的圖像，引起眩暈或者頭疼 。多視點(diǎn)系統(tǒng)分辨率下降太大，畫質(zhì)受損。25第5章三維顯示技術(shù) 3D顯示問