《三维显示技术》PPT课件.ppt

一 三维立体显示技术 众所周知 现实世界是一个立体空间 由于物体都存在三维尺寸和空间位置关系 因此只有立体显示器才能够真实的重现客观世界的景象 即表现出图像的深度感 层次感 真实感以及图像的现实分布状况 我们绝大多数人所看到的世界都是三维的 而所触及的几乎所有介质 无论是印刷的 照片或影像 都是二维的 人类实现三维影像的历史已经很久了 采用多种技术来创建需要的虚拟视差 以产生立体感 如今 随着人们对三维影像兴趣的日趋强烈 最新的立体显示技术可以满足人们对影像和复杂数据深入观察的需求 20世纪80年代 基于CRT的立体显示器采用了将左右眼图像作为独立帧连续显示的技术 观看时 图像以下列两种方式之一进行同步方法一 佩戴采用快速切换LCD快门的眼镜 来连续适时遮挡左眼和右眼图像 方法二 采用CRT产生在相反方向上的圆偏振图像 该图像是通过放在显示器前面的一个响应时间很快的液晶板产生的 并通过比较轻的圆偏振眼镜观看 为了避免闪烁 CRT的刷新速率是正常帧速度的两倍 大约是100HZ 当今的立体视觉 科技的进步正逐步使我们在显示器上观看的图像和我们用双眼直接看到的事物相一致 这是由于有很多种原因促使人们对三维显示感兴趣 许多专业应用需要具有立体感的视觉 还有一些场合采用三维图像从复杂的虚拟数据中快速而更加精确地抽取信息 并且具有改善交互效率和减小图像信噪比的优势 时下立体技术正在被广泛应用 主要原因是 1 计算机和图形卡的处理能力已经足够强大 而且消费者在经济上负担得起 2 复杂数据 三维内容和数字影像随处都可以获得 3 信息爆炸和理解能力的增加依然在继续 4 新兴的三维显示技术改善了立体呈现的性能和观看的舒适度 立体技术 有些人认为 完美的三维显示技术不需要观看者在眼前佩戴任何立体观看工具 而且也有很多公司已经开发出了不需要眼镜的立体显示产品 或称为自动立体显示设备 这些产品一般通过向一只眼睛发送奇数场图像 向另一只眼睛发送偶数场图像的方式将显示分辨率分解成两部分 这也要求观看者使他们的头保持在最佳观察点的位置 另外一些自动立体显示技术是将显示分辨率提到很高 以制造一些可以看到三维的 区域 下图就是采用两台AMLCD显示器上下组合 并将分光镜装于两者之间 采用StereoMirror技术的立体显示器 使用这种立体显示器的用户需要戴上偏光眼镜 以使左眼只能看到下面显示器的图像 而右眼只能看到上面显示器的图像 放置分光镜的目的是使用户感觉在观看一个显示器 双眼会看到连续的 无闪烁的图像 而不会发生在通常二维显示器中要观察到同样图像需要在分辨率 色彩 对比度或图像质量等方面折中取舍的情况 虽然这种方案比类似的自动立体设备要大很多 但高清晰的立体图像令人观看舒适 另外一种产生立体视觉的方法是采用一对儿叠在一起的液晶面板 第一块面板控制像素密度 而另一块控制偏光方向 高亮度的背光也需要校准以减少相邻像素的漏光 而且一块漫散屏被放在显示器的前面用于拓宽校准光源的视角 液晶板上显示的每幅图像都根据接收到的立体图像对来计算偏光方向 用户也需要佩戴偏光眼镜来分离左右眼图像 实现三维立体视觉的方法还包括通过两个头戴式显示器来隔离每个眼睛的图像 以及需要用户将头保持一种可以隔离双眼图像姿势的方法 另外也有一种对于大量观众的剧院式立体图像生成技术 它可以通过前后投射系统来投射环幕图像到真实的三维空间 左右图像通过帧序列或帧偏振极性来区分 选择立体显示的方案 首先 立体显示方案一定要有好的图像源 因为人们已经习惯了在常规的桌面显示器上观看优质图像 也期望立体图像具有同样的画质 此外 左右眼图像必须在没有牺牲图像品质的前提下尽可能地分离 其次 显示系统也必须是令人观看舒适的 人们观看立体三维图像时 希望能够不改变他们通常的观看习惯 例如 不希望佩戴沉重的眼镜等 第三 优秀的立体显示设备一定是容易安装和使用的 而且与计算机 图像卡和软件等的接口简单 使用三维显示技术来观看复杂数据和图像的用户 应该将他们的注意力集中在所观看的内容而不是观看的手段 二 三维立体显示技术的分类 现代的三维显示方式是希望通过一个3D显示器来直接显示三维图像 从而使得表现出的三维物体既有心理景深 更有物理景深 而且 多个观察者不需要任何辅助设备 就可以从多个角度直接观察三维物体 就像人们观察金鱼缸里面的金鱼一样 这是一门综合技术 而且是基于体素的 因此 这种显示器称为真三维显示器 三维立体显示技术的分类 一 现有技术 基于2D显示器的模拟 原理 采用二维的计算机屏幕来显示旋转的2D图像 从而产生3D的显示效果 3D效果 2D图像 旋转变换特点 此种显示方式基于传统的计算机图形学和图像处理技术 是基于像素的 只产生心理景深 而不产生物理景深 二 双目视差立体显示 人具有立体视觉能力 这是由于人有两只眼睛 成人眼睛瞳孔平均间距为65mm 它们从不同的方位获取同一景物的信息 各自得到关于景物的二维图像 这左右两幅图像有着微小的区别 这种区别就叫做视差 人的大脑通过对左右两幅图像以及两幅图像的视差进行分析和处理后 可以得到关于景物的光亮度 形状 色彩 空间分布等信息 双目视差技术的本质 a 首先通过软件和电路功能使某一时刻的一对视差图像 左眼视图输出到LCD偶数列像素上 右眼视图输出到LCD奇数列像素上 b 然后使用如柱面光栅等手段使观察者的左眼只能看到偶数列像素上的信息 右眼只能看到奇数列像素上的信息 c 通过大脑的综合 形成具有深度感的立体图像 双目视差立体显示图像源 1 沉浸式系统 原理 基于双目视差立体显示技术 需要佩带诸如偏振眼镜 互补色眼镜或液晶光开关眼镜等辅助工具 特点 尽管立体显示效果 深度感 比较优良 但是人眼被完全占据 人眼除了观看屏幕外无法进行其他工作 在很多场合并不适用 常用在航空模拟等专用场合 2 自由立体显示技术 原理 基于双目视差立体显示技术 不需要佩带诸如偏振眼镜等辅助工具 特点 人眼不被限制 能够应用与更多的场合 以美国 日本 德国为代表的国家从20世纪80年代开始着手该技术的基础研究 并于随后的90年代陆续获得成果 国内南京大学 四川大学 合肥工业大学分别于近年制作成功原理样机 3 多视点自由立体显示 技术发展 基于前述能产生有深度感的立体图像技术上 建立具有多视点的立体显示效果 该技术产生除具有前述深度感的图像外 随着观察者水平位置变化的同时 图像产生随之旋转的效果 与人在水平运动中眼睛观察真实物体的效果相似 多视点自由立体显示器 三 三维显示技术应用展望 在医学方面 1 可以获得真实的三维图像 帮助医生准确地定位 2 在手术训练系统中 通过该显示器 可以更直接地与人体图像进行交互 从而提高培训效果 在游戏开发 家庭娱乐方面 真实的模拟 让人真切体会游戏娱乐带来的