三维显示技术样本

三维显示技术

摘要: 平面三维显示技术是近年来最新出现的虚拟现实显示技术,其最大的特点是观察者无需使用任何辅助附加设备,直接用肉眼就可看到屏幕上显示的三维图像。为推进三维显示技术的发展,进一步研究了视差立体成像原理,本文主要简单介绍了3D眼镜的分类及偏振眼镜立体式电影的原理。

正文: 三维显示技术是虚拟现实的关键技术之一,同时也是虚拟现实系统的基本要求。在信息时代,三维显示技术是一种应用广泛,而且对其它科学技术的研究有着极大促进作用的应用技术。随着三维显示在各个领域的广泛应用以及它对人们的生产和生活带来的极大便利,三维显示技术已成为当前世界上显示技术领域的一个研究热点。各国、各科研机构都投入了大量的人力和物力进行了深入探索和研究,使三维显示技术得到了日新月异的发展。美国、日本等许多发达国家对三维显示技术的研究工作开展较早,取得了许多突破性的进展并有相应的产品或原型机发布;而中国对于三维显示技术的研究和开发还处于初始阶段,对三维显示的研究只是限于在现有原理的基础上开发相应的产品。由于大多数三维显示设备价格都比较昂贵,因此开发若干结构简单、易于实现的三维显示系统并使其为大众所接受和应用是当前研究开发的最终目的。三维显示分为全息三维显示和非全息三维显

示两种。全息三维显示由于计算量过大以及当前技术的限制,适用于静态图像的摄取和显示; 非全息障栅三维显示由于具有易于实现的特点,为当今广泛采用的三维显示技术。

视差立体成像原理

人眼的立体感能将视场(即眼睛所观看到的景物区域)中的物体区别出远近,一般把左右两眼所获得的不同图像分别称作左图像和右图像。在显示技术中,如果同时在屏幕上显示出左图像和右图像,又利用一定的装置使得左眼只能看到左图像,右眼只能看到右图像,那么,经大脑融合就能还原成立体图像。如图1 ,图中A1、A2分别是同一物点A 在屏幕上所显示的左图像点与右图像点; B1、B2分别是同一物点B 在屏幕上所显示的左图像点与右图像点。如果左眼只能看到A1、

B1 ,右眼只能看到A2、B2 ,则在人的大脑里就能够反映出A 点和B 点的深度信息。图像点A成像于屏幕之后,称之为”后方图像”;图像点B成像于屏幕之前,称之为”前方图像”。

设人两眼之间的距离为x,人眼与屏幕的距离为L, A1、A2两点之间距离为SA ,

B1、B2两点之间距离为SB 。则后方图像A 点距屏幕的深度为:D =SAx - SAL, (1)同理,前方图像B 点距屏幕的深度为:

D =SBx – SBL。

全息记录是利用干涉原理,将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来,使物光波前的全部信息都贮存下来1以R ( x, y )表示参考光, O ( x,y)表示物光,则记录的总光强为I ( x, y) = |O ( x, y) + R ( x, y) |2 (1) 利用全息衍射再现的原理,用计算机模拟再现数字全息图1数字计算产生照明波前C ( x, y ) 1由衍射原理可知,全息图平面的透射波场U ( x, y)为照明波前与衍射屏(全息图)振幅透射率的乘积 ,即U ( x, y) =C ( x, y) I ( x, y) =C |R |2 +C |O |2 +CR3O +CRO3(2)透射波前U ( x, y)中的第四项包含了原物光的共轭信息,如果再现光C ( x, y) =3( x, y) , 能够再现得到与原物体一致的实像1在O3( x, y)传播的光场区域,选取一系列与全息图平行的平面,并计算其二维光场分布1经过研究各个平面光强分布的规律找出三维像点的位置和亮度数据1设某一选择平面Pξη,

离全息图的距离为d,在菲涅耳近似情况下,再现共轭物光波波前Uid (ξ,η)的

计算表示式如式(3)Uid (ξ,η) =A k O3( x, y) exp - i2πλd( xξ+ yη) ·expi πλd( x2 + y2 ) expiπλd(ξ2 +η2 ) d x d y =A expiπλd(ξ2 +η2 ) k O3( x, y) expiπλd( x2 + y2 ) ·exp - i2πλd( xξ+ yη) d x d y (3)O3( x, y)能够表示成会聚于不同点(ζl ,ηl , dl )处球面波的叠加,会聚点即为像点1即在数学上O

3( x,y)能够表示成O3( x, y) = 6lB l exp - iπλdl( x2 + y2 ) ·exp - i πλdl(ξ2l +η2l ) exp i2πλdl( xξl + yηl ) (4)式中B l 表示会聚于(ζl ,ηl , dl )处的像点的亮度1于是式(3)可表示为Uid (ξ,η) =A expiπλd(ξ2 +η2 ) k6lB l ·exp - iπλdl(ξ2l +η2l ) exp -iπλdl( x2 +

y2 ) ·expiπλd( x2 + y2 ) exp i2πλdl( xξl + yηl ) ·exp - i2πλd( xξ+ yη) d x d y (5)因为光强分布为|Uid (ξ, η) |2 , 显然, 对于dl = d的会聚点,积分结果为δ函数, 即为像点1而dl 不等于d的会聚点,在选择平面上则形成弥散斑1。

3D眼镜的分类

偏光原理, 人的视觉之因此能分辨远近, 是靠两只眼睛的差距。人的两眼分开约5公分, 两只眼睛除了瞄准正前方以外, 看任何一样东西, 两眼的角度都不会相同。虽然差距很小, 但经视网膜传到大脑里, 脑子就用这微小的差距, 产生远近的深度, 从而产生立体感。一只眼睛虽然能看到物体, 但对物体远近的距离却不易分辨。根据这一原理, 如果把同一景像, 用两只眼睛视角的差距制造出两个影像, 然后让两只眼睛一边一个, 各看到自己一边的影像, 透过视网膜就能够使大脑产生景深的立体感了。我们称其为”偏光原理”。

3D眼镜的分类有三种, 一是时分式, 二是被动偏光式, 三是主动快门式。

首先介绍一下时分式。色差式3D技术, 英文为Anaglyphic 3D, 配合使用的是被动式红-蓝( 或者红-绿、红-青) 滤色3D眼镜。色差式又称互补色, 大家常见红蓝, 红绿等有色镜片类的都是色差式的3D眼镜。色差式