三維顯示技術(shù)

1、三維顯示技術(shù)第1頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日我們絕大多數(shù)人所看到的世界都是三維的，而所觸及的幾乎所有介質(zhì)，無論是印刷的、照片或影像，都是二維的。人類實(shí)現(xiàn)三維影像的歷史已經(jīng)很久了，采用多種技術(shù)來創(chuàng)建需要的虛擬視差，以產(chǎn)生立體感。如今，隨著人們對三維影像興趣的日趨強(qiáng)烈，最新的立體顯示技術(shù)可以滿足人們對影像和復(fù)雜數(shù)據(jù)深入觀察的需求。第2頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日 20世紀(jì) 80 年代，基于 CRT 的立體顯示器采用了將左右眼圖像作為獨(dú)立幀連續(xù)顯示的技術(shù)。觀看時(shí)，圖像以下列兩種方式之一進(jìn)行同步方法一：佩戴采用快速切換LCD快門的眼鏡，來連續(xù)適時(shí)

2、遮擋左眼和右眼圖像；方法二：采用 CRT 產(chǎn)生在相反方向上的圓偏振圖像，該圖像是通過放在顯示器前面的一個(gè)響應(yīng)時(shí)間很快的液晶板產(chǎn)生的，并通過比較輕的圓偏振眼鏡觀看。 為了避免閃爍，CRT的刷新速率是正常幀速度的兩倍，大約是100HZ。第3頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日當(dāng)今的立體視覺科技的進(jìn)步正逐步使我們在顯示器上觀看的圖像和我們用雙眼直接看到的事物相一致，這是由于有很多種原因促使人們對三維顯示感興趣。許多專業(yè)應(yīng)用需要具有立體感的視覺，還有一些場合采用三維圖像從復(fù)雜的虛擬數(shù)據(jù)中快速而更加精確地抽取信息，并且具有改善交互效率和減小圖像信噪比的優(yōu)勢。第4頁，共25頁，2022

3、年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日 時(shí)下立體技術(shù)正在被廣泛應(yīng)用，主要原因是：1：計(jì)算機(jī)和圖形卡的處理能力已經(jīng)足夠強(qiáng)大，而且消費(fèi)者在經(jīng)濟(jì)上負(fù)擔(dān)得起；2：復(fù)雜數(shù)據(jù)、三維內(nèi)容和數(shù)字影像隨處都可以獲得；3：信息爆炸和理解能力的增加依然在繼續(xù)；4：新興的三維顯示技術(shù)改善了立體呈現(xiàn)的性能和觀看的舒適度。第5頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日立體技術(shù) 有些人認(rèn)為，完美的三維顯示技術(shù)不需要觀看者在眼前佩戴任何立體觀看工具，而且也有很多公司已經(jīng)開發(fā)出了不需要眼鏡的立體顯示產(chǎn)品，或稱為自動(dòng)立體顯示設(shè)備。 這些產(chǎn)品一般通過向一只眼睛發(fā)送奇數(shù)場圖像，向另一只眼睛發(fā)送偶數(shù)場圖像的方式將顯示分辨率分

4、解成兩部分，這也要求觀看者使他們的頭保持在最佳觀察點(diǎn)的位置。第6頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日 另外一些自動(dòng)立體顯示技術(shù)是將顯示分辨率提到很高，以制造一些可以看到三維的“區(qū)域”。下圖就是采用兩臺(tái)AMLCD顯示器上下組合，并將分光鏡裝于兩者之間。采用StereoMirror技術(shù)的立體顯示器第7頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日 使用這種立體顯示器的用戶需要戴上偏光眼鏡，以使左眼只能看到下面顯示器的圖像，而右眼只能看到上面顯示器的圖像，放置分光鏡的目的是使用戶感覺在觀看一個(gè)顯示器。 雙眼會(huì)看到連續(xù)的、無閃爍的圖像，而不會(huì)發(fā)生在通常二維顯示器中要觀察到

5、同樣圖像需要在分辨率、色彩、對比度或圖像質(zhì)量等方面折中取舍的情況。雖然這種方案比類似的自動(dòng)立體設(shè)備要大很多，但高清晰的立體圖像令人觀看舒適。第8頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日 另外一種產(chǎn)生立體視覺的方法是采用一對兒疊在一起的液晶面板，第一塊面板控制像素密度，而另一塊控制偏光方向。高亮度的背光也需要校準(zhǔn)以減少相鄰像素的漏光，而且一塊漫散屏被放在顯示器的前面用于拓寬校準(zhǔn)光源的視角。液晶板上顯示的每幅圖像都根據(jù)接收到的立體圖像對來計(jì)算偏光方向，用戶也需要佩戴偏光眼鏡來分離左右眼圖像。第9頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日實(shí)現(xiàn)三維立體視覺的方法還包括通過

6、兩個(gè)頭戴式顯示器來隔離每個(gè)眼睛的圖像，以及需要用戶將頭保持一種可以隔離雙眼圖像姿勢的方法。另外也有一種對于大量觀眾的劇院式立體圖像生成技術(shù)，它可以通過前后投射系統(tǒng)來投射環(huán)幕圖像到真實(shí)的三維空間，左右圖像通過幀序列或幀偏振極性來區(qū)分。第10頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日選擇立體顯示的方案首先，立體顯示方案一定要有好的圖像源，因?yàn)槿藗円呀?jīng)習(xí)慣了在常規(guī)的桌面顯示器上觀看優(yōu)質(zhì)圖像，也期望立體圖像具有同樣的畫質(zhì)。此外，左右眼圖像必須在沒有犧牲圖像品質(zhì)的前提下盡可能地分離。其次，顯示系統(tǒng)也必須是令人觀看舒適的。人們觀看立體三維圖像時(shí)，希望能夠不改變他們通常的觀看習(xí)慣，例如，不希望

7、佩戴沉重的眼鏡等。第11頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日第三，優(yōu)秀的立體顯示設(shè)備一定是容易安裝和使用的，而且與計(jì)算機(jī)、圖像卡和軟件等的接口簡單。使用三維顯示技術(shù)來觀看復(fù)雜數(shù)據(jù)和圖像的用戶，應(yīng)該將他們的注意力集中在所觀看的內(nèi)容而不是觀看的手段。第12頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日二、三維立體顯示技術(shù)的分類現(xiàn)代的三維顯示方式是希望通過一個(gè)3D顯示器來直接顯示三維圖像，從而使得表現(xiàn)出的三維物體既有心理景深，更有物理景深，而且，多個(gè)觀察者不需要任何輔助設(shè)備，就可以從多個(gè)角度直接觀察三維物體，就像人們觀察金魚缸里面的金魚一樣，這是一門綜合技術(shù)，而且是基于

8、體素的，因此，這種顯示器稱為真三維顯示器。第13頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日三維立體顯示技術(shù)的分類第14頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日（一）現(xiàn)有技術(shù)基于2D顯示器的模擬原理：采用二維的計(jì)算機(jī)屏幕來顯示旋轉(zhuǎn)的2D圖 像，從而產(chǎn)生3D的顯示效果。3D效果=2D圖像+旋轉(zhuǎn)變換特點(diǎn)：此種顯示方式基于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，是基于像素的。只產(chǎn)生心理景深，而不產(chǎn)生物理景深。 第15頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日（二）雙目視差立體顯示人具有立體視覺能力，這是由于人有兩只眼睛（成人眼睛瞳孔平均間距為65mm），它們從不同

9、的方位獲取同一景物的信息，各自得到關(guān)于景物的二維圖像，這左右兩幅圖像有著微小的區(qū)別，這種區(qū)別就叫做視差。人的大腦通過對左右兩幅圖像以及兩幅圖像的視差進(jìn)行分析和處理后，可以得到關(guān)于景物的光亮度、形狀、色彩、空間分布等信息。第16頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日雙目視差技術(shù)的本質(zhì)a.首先通過軟件和電路功能使某一時(shí)刻的一對視差圖像，左眼視圖輸出到LCD偶數(shù)列像素上，右眼視圖輸出到LCD奇數(shù)列像素上；b.然后使用如柱面光柵等手段使觀察者的左眼只能看到偶數(shù)列像素上的信息，右眼只能看到奇數(shù)列像素上的信息；c.通過大腦的綜合，形成具有深度感的立體圖像。第17頁，共25頁，2022年，

10、5月20日，0點(diǎn)23分，星期日雙目視差立體顯示圖像源第18頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日1、沉浸式系統(tǒng)原理：基于雙目視差立體顯示技術(shù)，需要佩帶諸如偏振眼鏡、互補(bǔ)色眼鏡或液晶光開關(guān)眼鏡等輔助工具。特點(diǎn)：盡管立體顯示效果（深度感）比較優(yōu)良，但是人眼被完全占據(jù)，人眼除了觀看屏幕外無法進(jìn)行其他工作，在很多場合并不適用，常用在航空模擬等專用場合。 第19頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日2、自由立體顯示技術(shù)原理：基于雙目視差立體顯示技術(shù)，不需要佩帶諸如偏振眼鏡等輔助工具。特點(diǎn)：人眼不被限制，能夠應(yīng)用與更多的場合。以美國、日本、德國為代表的國家從20 世紀(jì)8

11、0 年代開始著手該技術(shù)的基礎(chǔ)研究，并于隨后的90 年代陸續(xù)獲得成果。國內(nèi)南京大學(xué)、四川大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)分別于近年制作成功原理樣機(jī)。 第20頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日3、多視點(diǎn)自由立體顯示技術(shù)發(fā)展：基于前述能產(chǎn)生有深度感的立體圖像技術(shù)上，建立具有多視點(diǎn)的立體顯示效果。該技術(shù)產(chǎn)生除具有前述深度感的圖像外，隨著觀察者水平位置變化的同時(shí)，圖像產(chǎn)生隨之旋轉(zhuǎn)的效果，與人在水平運(yùn)動(dòng)中眼睛觀察真實(shí)物體的效果相似。第21頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日多視點(diǎn)自由立體顯示器第22頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日三、三維顯示技術(shù)應(yīng)用展望在醫(yī)學(xué)方面：1、可以獲得真實(shí)的三維圖像，幫助醫(yī)生準(zhǔn)確地定位；2、在手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)中，通過該顯示器，可以更直接地與人體圖像進(jìn)行交互，從而提高培訓(xùn)效果。在游戲開發(fā)、家庭娛樂方面： 真實(shí)的模擬，讓人真切體會(huì)游戲娛樂帶來的樂趣場景。第23頁，共25頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)23分，星期日在軍事方面： 通過立體三維顯示技術(shù)，建立三維電子沙