三維顯示技術(shù)課件

一、三維立體顯示技術(shù)

眾所周知，現(xiàn)實(shí)世界是一個立體空間，由于物體都存在三維尺寸和空間位置關(guān)系，因此只有立體顯示器才能夠真實(shí)的重現(xiàn)客觀世界的景象，即表現(xiàn)出圖像的深度感、層次感、真實(shí)感以及圖像的現(xiàn)實(shí)分布狀況。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。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，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響應(yīng)時間很快的液晶板產(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。時下立體技術(shù)正在被廣泛應(yīng)用，主要原因是：1：計算機(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。立體技術(shù)①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。②另外一些自動立體顯示技術(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③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算偏光方向，用戶也需要佩戴偏光眼鏡來分離左右眼圖像。實(shí)現(xiàn)三維立體視覺的方法還包括通過兩個頭戴式顯示器來隔離每個眼睛的圖像，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。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，希望能夠不改變他們通常的觀看習(xí)慣，例如，不希望佩戴沉重的眼鏡等。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，多個觀察者不需要任何輔助設(shè)備，就可以從多個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)，而且是基于體素的，因此，這種顯示器稱為真三維顯示器。三維立體顯示技術(shù)的分類（一）現(xiàn)有技術(shù)——基于2D顯示器的模擬原理：采用二維的計算機(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。

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。

雙目視差立體顯示圖像源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。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，圖像產(chǎn)生隨之旋轉(zhuǎn)的效果，與人在水平運(yùn)動中眼睛觀察真實(shí)物體的效果相似。

多視點(diǎn)自由立體顯示器三、三維顯示技術(shù)應(yīng)用展望在醫(yī)學(xué)方面：1、可