淺談?wù)嫒S系統(tǒng)顯示技術(shù)

【摘要】 本文闡述了真三維顯示技術(shù)在目前國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)以及真三維顯示的特點(diǎn)，而后針對(duì)目前主流的幾種真三維系統(tǒng)顯示技術(shù)進(jìn)行介紹和分類，最后展望未來(lái)真三維系統(tǒng)顯示技術(shù)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 真三維系統(tǒng)顯示 視覺(jué)信息 顯示器 裸眼3D

有關(guān)研究表明，人類可通過(guò)視覺(jué)獲得周圍世界80%的信息，而隨著生活水平的提高和科技的發(fā)展進(jìn)步，人類需要越來(lái)越多豐富的視覺(jué)信息。顯示技術(shù)是為了給人類提供不同形式的視覺(jué)信息而存在，而目前主流的三維顯示已經(jīng)占據(jù)了大半壁江山，已知的三維顯示設(shè)備包括立體視覺(jué)、頭盔式顯示器、CAVE、裸眼立體顯示器和真三維顯示等。本文將詳細(xì)介紹真三維顯示技術(shù)。

一、真三維系統(tǒng)顯示技術(shù)特點(diǎn)

真三維顯示是三維顯示的最終目標(biāo)，是一種可實(shí)現(xiàn)360°視角觀察的顯示技術(shù)，是現(xiàn)實(shí)景物的真實(shí)再現(xiàn)，觀看者無(wú)需借助任何輔助工具，也可稱為“裸眼3D”技術(shù)。

真三維顯示的特點(diǎn)如下：

（1）可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；

（2）具有移動(dòng)視差，觀察者可任意移動(dòng)；

（3）可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)三維顯示；

（4）可具有超過(guò)1億體元的三維圖像分辨率；

（5）可進(jìn)行三維測(cè)量；

（6）無(wú)需佩戴任何輔助工具，例如三維眼鏡等。

二、真三維顯示技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

三維顯示技術(shù)是當(dāng)今國(guó)際信息電子產(chǎn)業(yè)的最前沿研究方向之一。自從20世紀(jì)40年代以來(lái)，人們就提出關(guān)于真三維顯示技術(shù)的各種解決方案，并不斷嘗試制作某種真三維顯示裝置。20世紀(jì)90年代初，由于激光、電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的迅速發(fā)展，許多國(guó)家開(kāi)始活躍在真三維顯示技術(shù)的相關(guān)研究工作中，如美國(guó)、日本、德國(guó)等，并取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。2005年美國(guó)拉什大學(xué)醫(yī)學(xué)中心首次試行將美國(guó)Actuality System公司推出最新的Perspecta Spatlal 3D顯示器用于輔助癌癥患者的放射治療診斷。

近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所、南京航空航天大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所、浙江大學(xué)等多家研究單位，致力于此方面的關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)理論研究，已取得部分成果。

三、真三維系統(tǒng)顯示技術(shù)分類

真三維顯示技術(shù)正處于研究階段，目前可知的三維立體顯示技術(shù)可分為四大類，分別是：自動(dòng)分光立體顯示技術(shù)（ Autostereoscopic Displays）、分光立體眼鏡（Glasses-based Stereoscopic）、全息術(shù)（Hologram）和真三維立體三維顯示（Volumetric 3-D Display）。其中前兩種顯示技術(shù)都采用視差給人以3D顯示的錯(cuò)覺(jué)，即分別利用左眼和右眼顯示稍有差別的圖像，但由于人為制造視差的方式所構(gòu)造的3D景象并不自然，因此會(huì)加重觀察者的腦力負(fù)擔(dān)，長(zhǎng)時(shí)間觀看會(huì)頭痛。全息技術(shù)利用的是光波的干涉和衍射，只能生成靜態(tài)的三維光學(xué)場(chǎng)景，并未運(yùn)用數(shù)字化手段，對(duì)觀察者角度也有一定要求，應(yīng)用范圍比較窄。

真三維立體顯示技術(shù)與前三者完全不同，也可稱為“體三維顯示”，是真正能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)效果的三維技術(shù)。體三維顯示目前正處于研究階段，可分為兩大類；掃描體三維顯示和固態(tài)體三維顯示。

掃描體三維顯示技術(shù)主要包括旋轉(zhuǎn)體掃描技術(shù)和平移體掃描技術(shù)。前者利用人類對(duì)光束感知的視覺(jué)滯留特性，使二維圖像隨顯示平面旋轉(zhuǎn)而形成一個(gè)空間連續(xù)的三維場(chǎng)景。后者則使用平移運(yùn)動(dòng)來(lái)生成成像空間，運(yùn)動(dòng)幅度決定三維成像空間的景深，從而形成三維立體場(chǎng)景。固態(tài)體三維顯示無(wú)需顯示設(shè)備進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)，可使用激光在氣體、固體或液體中激發(fā)可見(jiàn)光。

四、真三維顯示技術(shù)應(yīng)用發(fā)展與展望

真三維系統(tǒng)顯示技術(shù)應(yīng)用極其廣泛，包括商業(yè)、軍事、醫(yī)學(xué)、工業(yè)、科教領(lǐng)域等。在商業(yè)領(lǐng)域中，目前真三維顯示技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、車展的立體廣告、商場(chǎng)布局立體顯示以及企業(yè)形象宣傳等；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，通過(guò)解決醫(yī)學(xué)圖像重構(gòu)的顯示問(wèn)題，可廣泛應(yīng)用于外科微創(chuàng)、輔助治療等；在科教領(lǐng)域方面，可用于輔助教學(xué)，立體顯示DNA、分子模型等。

五、總結(jié)

綜上所述，體三維顯示均存在部分缺陷，如由于光線與光線之間無(wú)法遮蓋，導(dǎo)致無(wú)法顯示不透明的三維物體，只可產(chǎn)生半透明的三維透視圖；掃描體三維顯示的顯示分辨率和對(duì)比度仍需進(jìn)一步提高，需進(jìn)一步處理由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的機(jī)械振動(dòng)問(wèn)題；固態(tài)體三維顯示技術(shù)可不需要顯示設(shè)備進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)，但圖像精度略低于掃描體三維顯示，此顯示技術(shù)系統(tǒng)產(chǎn)生圖像可悲放大到任意尺寸，甚至可以在天空中產(chǎn)生三維圖像，自造”海市蜃樓”將可實(shí)現(xiàn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 孟祥旭. 人機(jī)交互基礎(chǔ)教程[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2013：9-57

[2]韓剛， 耿征. 基于DMD的真三維顯示系統(tǒng)及其三維成像引擎設(shè)計(jì)[J].液晶與顯示，2010（1）

[3]劉英奇，趙亮.現(xiàn)代眼科學(xué)[M].南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，1996.1：134-136

[4]陳公潔，汪湘琳.眼睛與眼鏡[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，1996：3-4.