3D显示技术共25页文档
3D显示技术介绍
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3D显示器的性能要求
不同的应用领域所需的显示性能: 高亮度主要为户外使用需求; 裸眼需求讲究便利性及3D 显示效果; 2D/3D 切换主要因应显示内容的多样性; 多人同时观看则是考量同时间内多位观看人数的利益。
3D项目的进展
通过对各种3D显示技术的对比,对各种3D技术应用 市场的分析,可以看出视差障壁技术凭借其生产成本 低,技术难度小,而且可以实现2D/3D显示切换等优势 必将成为消费类电子市场的主流技术。也是我们公司重 点开发的3D产品。
3D显示技术介绍
3D显示技术概况
图像显示器是传递信息中人类接受外部信息的重要手 段,立体图像显示器将场景的三维信息全部再现出来,显 示具有纵深感的图像,观看者可以直接看出图像中各物体 的远近、纵深,并迅速直观地洞察图像的现实分布状况, 从而使观看者能获得更加全面而直观的信息。
3D视觉形成的条件
要使一幅画面产生立体感,至少要满足三个方面的条件:
双凸透镜(Lenticular)技术
和视差障壁技术不同,双凸透镜不会阻挡光,故显示器辉度不受影 响,但由于其3D显示原理仍与视差障壁技术相同,解析度仍将降低。 另外,由于间距及高度恒定的凸透镜不易生产,制程困难度也较高。
两片LCD重叠式3D显示技术
日立推出了最直观的3D 显示技术——直接以2 片显示不同画面的TFT LCD制造景深,使画面 产生3D 效果。
以上3种技术均需要佩戴特殊的眼镜方 可实现3D显示,从而给使用者带来了很 多的麻烦,而裸眼立体显示器则不需要 辅助的工具就可以自由地欣赏立体效 果,给人们以临场感和沉浸感,是将来 立体显示器件的主要发展方向。后续将 介绍几种常用的裸眼立体显示技术。
视差障壁(Parallax Barrier)技术
3D显示技术
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液晶显示的未来发展方向3D显示技术摘要:介绍三维显示技术的背景,原理及其一些重要研究成果,分别从眼镜式和裸眼式两个比较常规的方面进行阐述。
其中,眼镜式3D显示技术主要从偏光式眼镜和快门式方面阐述,裸眼式分为全息立体技术、3维集成成像技术、体3维显示技术和基于视差的自由立体显示技术。
其中体3维显示技术和基于水平视差的自由立体技术发展很快。
关键词(字):3D,眼镜式,裸眼式,显示技术第一章 3D显示技术的技术背景介绍提出要阐述的技术或问题,要达到的目标,或要完成任务所采取的方法、技术、设备等的总体介绍及相关背景信息。
众所周知,现实世界是真正的三维立体世界,而现有的显示设备绝大多数都只能显示二维信息,并不能给人以深度感觉。
为了使显示的场景和物体具有深度感觉(也就是3D),人们在各方面进行了尝试。
3D显示技术的研究经历了十几年的发展,取得了十分丰硕的成果,从各种手执式观测器、3D立体眼镜、头盔显示器,到现在最新的不需要眼镜的3D显示器,有用棱镜的、透镜的、光栅的、电子开关的等等很多成。
广泛应用的主要有3D Glasses和HMD,虽然它们都具有这样或那样的缺点。
第二章 3D显示技术的介绍和发展1.3D显示技术的分析与介绍现实世界是三维立体世界,它为人的双眼提供了两幅具有位差的图像,映入双眼后即形成立体视觉所需的视差,这样经视神经中枢的融合反射,以及视觉心理反应便产生了三维立体感觉。
利用这个原理,通过显示器将两副具有位差的左图像和右图像分别呈现给左眼和右眼,就能获得3D的感觉。
现实世界给人眼丰富的信息,其中产生立体效果的主要有静态视差和运动视差。
1.1原理分析1.1.1 单眼3D视觉调节效应:物体的远近差异引起晶状体焦距及瞳孔直径的调节单眼移动视差:位置的前后不同引起的移动时的差异(如速度)1.1.2 双眼3D视觉双眼视差:双眼从略微不同的角度注视物体,且双眼视像的差异随距离改变会聚效应:左右眼在观看远近不同的两点时,产生出的会聚角会不一样,眼球转动的程度也不一样。
立体显示技术介绍-文档资料
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2021/4/21
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光谱立体:
光谱立体有被动光谱和主动光谱两种,可以根据不同需要灵活运用
2021/4/21
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光谱立体:
优点:对投影机要求低,眼镜价格便宜,维护简单,不需要使用同 步设备,画面无闪烁,不易疲劳,对幕布要求低,可支持背投。
缺点:3D效果稍差,滤片成本高,左右眼画面颜色不同,色饱和度 低于其他3D方式。
。 人脑中组合成3D立体画面
2021/4/21
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主动式3D立体:
, 主动3D眼镜与显示设备的同步有2种方法
1.采用DLP link技术同步,无需外置红外发 射器,成本低,但是传输距离近,稳定性 差。 2.采用红外无线发射器,增加了成本,但 是传输距离远,使用同步信号分配器,还 可以支持多个发射器同时工作,稳定性好。
比如体验者感受到的风速、温度、湿度、嗅
觉感触、味觉感触、人体的物理冲击 感等等(很多4D影院的动感座椅:气动、液压,动
感平台会给体验者带来这些“维度”的感受),这 些体验是人在视觉以外的维度体验。 2,另外一类4D/5D...ND的项目,是以多个画面同时 被体验者看到,以此作为多个维度来称呼。我们要 理解,这种多类似的4D、5D、6D、7D等称呼,很 大程度上是业主为了表现科技感、增加对市场的吸 引力。 比如说一个2D的三折幕,有的用户会将其命名为5D, 理由:三折幕的三个面作为“3D”(每个面作为一 个视2觉021维/4/2度1 ) + 原本的平面动画2D = 5D。
规划馆-4D影厅 CAVE-5D
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4D、5D、6D、7D立体:
4D:设计烟雾、雨、光电、气泡、气味、布景、任务表演效果。使人们在观看电影时 能获得视觉、听觉、触觉、嗅觉等全方位感受。除了立体的视觉画面外,放映现场还 能模拟闪电、烟雾、雪花、气味等自然现象,观众的座椅还能产生下坠、震动、喷风、 喷水、扫腿等动作。这些现场特技效果和立体画面与剧情紧密结合,在视觉和身体体 验上给观众带来全新的娱乐效果,犹如身临其境,紧张刺激。
3D
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4.主要3D显示技术解析
指向光源技术 对指向光源3D技术投入较大精力的 主要是3M公司,指向光源3D技术搭配两 组LED,配合快速反应的LCD面板和驱动 方法,让3D内容以排序方式进入观看者 的左右眼互换影像产生视差,进而让人 眼感受到3D三维效果 优点:分辨率、透光率方面能保证,不 会影响既有的设计架构,3D显示效果出 色 缺点:技术尚在开发,产品不成熟
1950‘s
2.3D显示简史
1970’s 由于光开关材料的出现,人们可以制造光开关眼镜, 出现了时分式立 体电视技术,时分式的立体电视技术采用彩色电视信号的奇场和偶场
播放立体电视信号。
1980’s 1985年 1986年 2002年 2003年 日本东芝公司研制出时分式立体电视投影机 。 日本松下公司的时分式液晶眼镜立体电视样机获得成功。 美国DTI(Dimension Technologies Inc.)公司成立,目前已经拥有了全球 大部分3D LCD相关专利。 三洋电机宣布研究出50英寸不需要专用眼镜的等离子裸眼立体显示器. 开发的无需眼镜也能看到三维显示效果的液晶面板。 以夏普、索尼、三洋电机、NTT数据、伊藤忠商事等5家公司为主, 同时联合硬件制造商、软件开发商、出版社、报社等70家公司在日本 成立了“3D联盟” 。 美国PureDepth公司宣布研发出改进后的裸眼3D技术——MLD(multilayer display多层显示),这种技术能够通过一定间隔重叠的两块液晶 面板,实现在不使用专用眼镜的情况下,观看文字及图画时所呈现3D 影像的效果。
2.3D显示简史
16世纪 开始用不同的颜色为左右眼绘制有一定规律差异的图像,然后通过滤 光镜观察来产生立体视觉。
17世纪初 出现“立体镜”,为每只眼睛提供独立的视觉通道,立体视觉感非常 强烈。
3D立体显示技术
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3D立体显示技术理想的视觉显示与日常经历中的场景对比,在质量、清晰度和范围方面应该是无法区分的,但是当前的技术还不支持这种高真实度的视觉显示。
随着2009年底卡梅隆导演的《阿凡达》热映,三维立体(3D Stereo)显示技术成为目前火热的技术之一,通过左右眼信号分离,在显示平台上能够实现的立体图像显示。
立体显示是VR虚拟现实的一个实现沉浸交互的方式之一,3D(3 dimensional)立体显示可以把图像的纵深,层次,位置全部展现,观察者更直观的了解图像的现实分布状况,从而更全面了解图像或显示内容的信息。
本文介绍目前各种系统或设备对三维立体实现方式,推广三维立体的认知度。
一、3D立体显示原理3D立体显示的基本原理如图表1所示。
图中表示两眼光轴平行的情况,相当于两眼注视远处。
内瞳距(IPD)是两眼瞳孔之间的距离。
两眼空间位置的不同,是产生立体视觉的原因。
F是距离人眼较近的物体B上的一个固定点。
右面的两眼的视图说明,F点在视图中的位置不同,这种不同就是立体视差。
人眼也可以利用这种视差,判断物体的远近,产生深度感。
这就是人类的立体视觉,由此获得环境的三维信息。
图表 1 立体显示原理人眼的另一种工作方式是注视近处的固定点F。
这时两眼的光轴都通过点F。
两个光轴的交角就是图中的会聚角。
因为两眼的光轴都通过点F,所以F点在两个视图中都在中心点。
这时,与F相比距离人眼更远或更近的其他点,会存在视差。
人眼也可以利用这种视差,判断物体的远近,产生深度感。
目前市场上的3D立体技术的产品主要围绕着裸眼立体和非裸眼立体两种方式,其中涉及的主要产品有:液晶显示设备、等离子显示设备、便携式显示终端设备、投影设备等。
二、立体显示分类3D立体显示技术可主要分为:裸眼立体显示、便携式立体显示、佩带眼镜的立体三种方式,下面分别介绍不同的显示技术。
因头盔式立体呈现方式较老而且使用极少,全息方式因价格等因素远离民用,因此,本文不对此部分内容做介绍与综述。
3D显示技术资料
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◆立體視覺的構成我們之所以能感受到立體視覺,是因為人類的雙眼是橫向並排,之間大約有6~7 公分的間隔,因此左眼所看到的影像與右眼所看到的影像會有些微的差異,這個差異被稱為「視差(Parallax)」,大腦會解讀雙眼的視差並藉以判斷物體遠近與產生立體視覺。
視差示意圖當觀看者只以單眼來觀看景物時,因為沒有了視差,所以立體感也會隨之消失。
◆ 3D 立體顯示的基礎由於立體視覺是基於視差而來,因此 3D 立體顯示的基礎,就是要以人工方式來重現視差,簡單說就是想辦法讓左右兩眼分別看到不同的影像,藉以模擬出立體視覺。
在這個基礎之下發展出各式各樣的 3D 立體顯示技術,主要分為眼鏡與裸視兩大類型。
◆ 3D 立體顯示的起源3D 立體顯示的歷史相當久遠,早在 19 世紀攝影技術剛起步時就已經出現。
做法是將 2 台相機並列模擬雙眼,同時拍下 2 張有著些微差異的相片,之後再透過平行視線法、交叉視線法或類似雙筒望遠鏡的專屬觀看設備等方式讓雙眼分別觀看 2 張並列的相片。
3D 立體相機 藉由工具輔助來觀看 3D 立體圖片觀看立體空照圖用的立體鏡˙平行視線法:讓雙眼視線平行,左右眼分別觀看左右相片平行視線法範例˙交叉視線法:將雙眼視點移至近處(鬥雞眼)讓視線交叉,左右眼分別觀看右左相片交叉視線法範例以上兩種方式不需要特殊的設備就能在一般的平面媒介上觀看到立體影像,不過因為是以不自然的視線觀看,並不是每個人都能適應,對眼睛的負擔也大,實用性不高。
雙鏡筒式的專屬觀看設備可以明確分隔左右眼的視線,不需要讓觀看者自己憑感覺去調整視線來捕捉立體感,因此大多數人都能適應,這個方式後續也發展為頭戴式 3D 立體顯示螢幕,透過左右兩組螢幕讓左右眼觀看不同畫面產生視差以呈現立體畫面。
19 世紀製造的雙鏡筒式專屬觀看設備不過上述幾種方式每次只能讓一個人觀賞,並不適合有多人欣賞需求的應用。
◆眼鏡式 3D 立體顯示技術為了滿足像是電影等多人觀看需求的應用,因此後續也出現了以特製眼鏡來同時提供多人觀看的各種 3D 立體顯示方式,並根據運作模式分為被動式與主動式兩大類。
3D显示技术原理及发展简介—前沿显示技术 共28页
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位相差板法:微位相差板法是台湾光电研究院研究成功的一 种裸眼立体显示技术。使用微位相差板改变光的偏极态来达 到左、右视图的分离。微位相差板立体显示器不需要戴眼镜, 但是视角很小,需要和头部跟踪装置配合使用
n
特殊照明法:线光源照明法的立体显示器在LCD的像素 层后使用一系列并排的线状光源给像素列提供背光照明, 线光源宽度极小并与液晶屏的列像素平行。密集的线光 源照明使奇、偶列像素的图像传输路径分离,使左、右 眼看到对应的画面。
透镜阵列法:在显示器前面板镶上一块柱透镜板组成 裸眼立体显示的光学系统,像素的光线通过柱透镜的 折射,把视差图像投射到人的左、右眼,经视觉中枢 的立体融合获得立体感。柱透镜板由细长的半圆柱透 镜紧密排列构成,下图显示了柱透镜方法的原理。左 右眼视图分别位于奇列和偶列像素上,形成视图分区。
微透镜投影法:将图像投影到由微透镜组成的显示屏 上,经过有微透镜折射产生相差来达到立体成像。
反射式全息显示图像:将物体置于全息板的右侧,相干 点光源从左方照射全息板。将直接照射至全息板平面上 的光作为参考光;而将透过全息板(未经处理过的全息 板是透明的)的光射向物体,再由物体反射回全息板的 光作为物光,两束光干涉后便形成全息显示图像。由于 记录时物光与参考光分别从全息板两侧入射,故全息板 上的干涉条纹层大致与全息板平面平行。再现时,利用 光源从左方照射全息板,全息板中的各条纹层宛如镜面 一样对再现光产生出反射,在反射光中观看全息板便可 在原物处观看到再现的图像。
4 部分3D产品
全球首款裸眼3D笔记本东芝 Qosmio F750
东芝56寸裸眼3D电视原型机
LG的3D产品
任天堂3DS
易维视推出多视点转换处理器
双视点内容已成为事实上的三维影视内容工业标准,而裸眼 三维显示基本上是多视点显示方式,因此多视点转换技术是 裸眼三维显示的关键技术。目前多视点裸眼三维显示设备需 要离线制作内容,使用专用软件播放。使用EVT301,可实时 实现单视点/双视点内容的多视点裸眼三维显示,架起内容与 裸眼三维显示之间的桥梁
3D显示器技术简介
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缺點
特殊材料
LC Shutter Glasses 、120Hz系統、高速 GPU、Dual-link DVI 1.6X LCD監視器、NB 、 LCD TV
成本乘數 應用
南亞導入3D產品以開發液晶快門眼鏡及投影機液晶光閘產品最合適。
3D液晶光閘產品規格
項次 1 2 3 4 5 6 項目 Frame frequency Reflash Shutter Tr Tf NLK(三星) 120Hz 240Hz 60Hz 120Hz 0.3ms 3.5ms 4um 9v 40% 300 0° 7 視角 (Deg) 25 0.3ms 1.7ms 2um 10v 70% 1000 40 愛爾得 240Hz 120Hz 0.3ms 1.7ms 2um 10v 35% 1000 — 台達電(#174) 120 Hz 60Hz 1ms 2.5ms 4um 20v 90% (無偏光片) — —
•1.空間多工平面裸眼立體顯示系統: 視差遮蔽立體顯示 (Parallax Barrier) 柱狀透鏡立體顯示(Lenticular Lens) •2.時間多工平面裸眼立體顯示系統: 指向性背光3D膜
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空間多工顯示系統
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裸眼式視差屏障 ( Parallax Barrier,光柵式)
• 技術原理: 顯示器同時播放左、右眼影像畫素交叉,再藉由顯示器表面貼附 具柵欄結構的屏障片(Barrier)限制光的行進路線,觀賞者於左、右 眼影像畫素光線集中之設定區域達到立體視覺感受,若觀賞者於 非設定區域會有明顯的畫面干涉(Crosstalk)。
Wheatstone’s Mirror Stereoscope Viewer(1835)
3
3D立體影像原理
3D显示技术简介
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★★
优点:不需配戴眼镜
缺点:3D 效果差, 难以实现大屏幕
柱状透镜式
3D 电视机 和显示器
★★
优点:不需配戴眼镜
缺点:3D 效果差, 难以实现大屏幕
全息照相
优点:从各个角度观
/
★
看皆可
缺点:不成熟
3D 显示方式对比表
快门式 时 式
快门式 显示 眼眼
驱动信号
左眼 右眼
显示
门
镜
第三章 主流 3D 电视技术对比.......................................................................16 第一节 裸眼式 vs. 眼镜式 ......................................................................16 第二节 主动式 vs. 被动式 ......................................................................18 第三节 PDP vs. LCD ................................................................................19
第二章 主要 3D 显示技术及其原理.................................................................7 第一节 现有 3D 显示方式对比 ..................................................................7 第二节 主动快门式(时分式)原理介绍 .................................................8 第三节 光分式原理介绍 .............................................................................9 第四节 波分式原理介绍 ........................................................................... 11 第五节 色分式原理介绍 ...........................................................................12 第六节 光栅式原理介绍 ...........................................................................13 第七节 全息照相式原理介绍 ...................................................................14
3D立体显示技术-精品文档28页
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总结
眼睛式3D显示技术已经具备进入家庭的条件 3D电视的用户体验还不够好,目前只适合成为电视机的附加功能 从技术路线看。3D电视只是目前产品的升级,产业链格局不会有太大变化
随着技术的进步,3D显示技术和普通消费者的距离已经越 来越近,它不再是行业用户的专利。在三星和优派均推出 游戏性3D显示器后,人们可以将3D显示器搬到卧室内,而 不用和其他人一起挤在电影院中观看。凭借着身临其境的 立体画面,3D显示器对高端游戏玩家而言拥有极大的吸引 力。除了针对个人用户外,3D显示器同样适合于商用以及 科研,如展示分子结构模型、军事目标、文物艺术品展示、 会展、大企业形象展示等各领域发挥其独特的作用。相信 随着3D技术进一步成熟,我们今后会在生活的各个领域中 看到3D显示设备的身影。
背光光源,以高速交替方式分别朝左右眼显示不同画面来达成立体显示效果
的方式。由于指向性背光膜可以控制光线射出的方向,因此能将左右画面分
别投射到观看者的左右眼中。
当屏幕右侧的背光光源亮起时,就会透过指向性背光膜射出朝左眼方向
的光线,用来显示左眼画面。当左侧的背光光源亮起时,就会透过指向性背
光膜射出朝右眼方向的光线,用来显示右眼画面。藉由左右画面高速交替显
分时多功式裸眼 3D 立体显示
时间多功式裸眼 3D 立体显示是在同一个屏幕上,各切割一半时间来交替显 示(分时)左右两眼画面(多功)以达成 3D 立体显示效果的方式,因此被 称为「分时多功」。
˙指向性背光分时式 3D 立体显示
指向性背光分时式 3D 立体显示,是藉由指向性背光膜搭配左右配置的
立体视觉的构成
我们之所以能感受到立体视觉,是因为人类的双眼是横向并排,之间 大约有 6~7 公分的间隔,因此左眼所看到的影像与右眼所看到的影像会 有些微的差异,这个差异被称为「视差(Parallax)」,大脑会解读双 眼的视差并藉以判断物体远近与产生立体视觉。
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利用光波振动的方向性来做左右眼影像的区分。由于线 偏光容易产生串扰问题,目前的产品全部采用圆偏光系统。
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– 第二眼级镜式
快门式 色差式
• 第三级 头戴式
– 第四级
3D显示 技术
» 第五级
前置光 栅式
光栅式
裸眼式
体三维式
后置光 栅式
全息式
狭缝光 栅式
柱镜光 栅式
双视点 多视点 双视点 多视点
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优点:显示屏无改动 缺点:眼镜较贵且较重
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单击以编辑母版文本样式 视差挡板就是在光路加
上一–些第遮蔽二物级,把部分方向
的光光可遮以住传• ,出第只去三让。级某些角度的
挡板的位– 置第经四过级精密计
算,可以左眼像»素第(五绿级色) 只被左眼看到,右眼像素
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螺旋面片上的像素运动情况即等价于像素沿轴向在两个相 距360/N的水平面间作竖直移动,因此体素大小可以近似均等
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单基击于以运编动扫辑描母的体版三标维题显示样式
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(红色)只被右眼看到。
优点:结构及制作比较简单
缺点:分辨率下降,亮度下 降
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单击以柱编透辑镜式母裸版眼3标D 题样式
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放上经基–过本第精原二确理计是级算在的面透板镜前来方,
改变光线的• 方第向三。级由左眼像
素折同发射样出,的的都右光进眼,入的–会左像第经眼素»四过的也第级透区只五镜 域 进级入的 , 右眼。
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Felix 3D 系统 基于螺旋屏加激光扫描 优点:不需要复杂的转向光学部件 缺点:激光扫描器的速度有限,显示容量受限
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单基击于运以动编扫辑描母的版体三标维题显样示式
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Perspecta 3D 系统 采用柱面轴心旋转外加空间投影的结构 优点:旋转结构简单,能显示近10亿个体象素 缺点:为了解决平面屏带来的体素重叠死区,引入了复杂精密的光学中 继转向器件,增加了系统的制备难度和生产成本。
优点:亮度没有损失 缺点:分辨率下降,柱透镜
加工精度要求较高
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单击以体编三辑维显母示版技标术 题样式
•• 单眼镜击式以及编裸眼辑式母3D版显文示的本缺样陷式:
– 第仅二利级用了3D视觉中的双眼视差效应,但由于成像
都在•显第示三屏级表面,焦距固定,使得眼睛无法象观看一 个真实物– 第体四时级那样调节焦距,没有物理深度感。
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单击以编3D辑视觉母原版理标题样式
单•眼单3D击视以觉 编辑母版文本样式
调–节第效二应:级物体的远近差异引起晶状体焦距及瞳孔直径的调节
单眼移• 动第视三差级:位置的前后不同引起的移动时的差异(如速度)
双眼3D视觉–
第四级 » 第视物体,且双眼视像的差异随
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单击以编偏光辑式母眼版镜3标D 题样式
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空间分割式偏光眼镜3D显示系统,优点是刷新频率不变,缺 点是分辨率下降。
时间分割式则优缺点互换。
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单击以快编门辑式母眼镜版3标D 题样式
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• 体三维显示技术的提出就是为了解决这个问题,其图 象是在真正的三维空间构造,使得表现出的三维物体 既有心理景深,更有物理景深。
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单基击于以发编光介辑质母的体版三标维题显示样式
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利用两束可独立控制的能量射线(如激光)射入特定介质内, 单根射线的能量不足以激发跃迁。但两束射线交叉点高于跃迁能 级,导致该点发光。控制射线扫描便可形成由体素点集组成的三 维图像。 问题:尚无合适的激励源和发光介质;体素总量 无法提高。
• 单击快以门式编眼辑镜母3D版系统文类本似样于时式间分割的偏振式眼镜
3–D系第在统二屏,级幕大上多以是两利倍用的液场晶频控交制互透地光显度示来左做眼遮和蔽右眼的
影像•,第而三快级门眼镜则会动态地屏蔽使用者的左眼和右 眼,利用– 人第四眼级的视觉暂留机制,两眼影像叠加后产生 双眼视差。» 第五级
整套系统所需要的硬件,除了主动眼镜本身外, 还需要一台可以拥有两倍以上更新率的显示装置。另 外,立体眼镜也还要有办法可以和屏幕的画面同步。
距离改变
会聚效应:左右眼在观看远近不同的两点时,产生出的会聚角会不
一样,眼球转动的程度也不一样。这样便会有深度不同
的感觉
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不同距– 离第的二物级
体膜在上两成个像•视的第网夹三级
角不同,从而– 第四级 分辨出远近 » 第五级
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– 第二级
• 第三级
– 第四级 » 第五级
基于LED阵列平板旋转的三维显示 优点:结构简单 缺点:清晰度受限;平板旋转屏三维体素的空间分布不均匀,
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