
就当前人们掌握的科技知识而言,三维显示的方法仅有立体显示、全息显示及体积显示三种。
立体显示是最为成熟的三维显示技术。它基于双眼视差的原理,将存在视差的两幅图像,通过特定的分离方式分别送入左右双眼,利用人脑的融像功能产生立体感。这种三维显示多数情况下需要借助立体眼镜,非自然的深度感容易引起错觉、视觉疲劳及头痛等不适。为了摆脱立体眼镜的束缚,又发展出了自动立体镜的棱镜分光技术,该技术将原来给人戴的“立体眼镜”,戴到了显示器表面,观察者可以摆脱对立体眼镜的依赖。但是这类显示设备往往对用户的观察位置有严格限制,在特定的视区才能得到正确的立体显示,况且其立体感形成原理没变,长时间观看时同样会出现头晕目眩等生理不适感甚至损伤视力。总之,立体显示虽然易于实现,但这种三维显示方式只能形成心理景深,没有物理景深,并不是真三维显示。
全息显示利用激光光波干涉原理同时记录物光波的振幅与相位信息,可再现原有物体的三维特性,观看者心理感觉自然。但是,全息显示只能用以再现实际存在的物体,将其应用以显示虚拟物体或者难以实现全息摄影的已有物体,还存在技术障碍。
体积显示的所有三维发光点(称为体素)分布在一个真实的三维物理空间中,它们按照一定的时序被点亮,利用人眼的视觉暂留效应,使其浮现在真实三维空间中,从而组成真正意义上的三维空间图像,具有真实的物理景深,观看时不需借助眼镜,在各个方向都具有连续视场,并允许多个用户同时观看,是一种不累眼睛的真三维显示。
本产品属于体积显示范畴。
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美国斯坦福大学 | 德国布伦瑞克工业大学 | 美国Light Space公司 | 美国Actuality 公司 |
3DTL | Felix3D | DepthCube | Perspecta |
矢量式 | 矢量式 | 位图式 | 位图式 |
掺杂的氟化物玻璃 | 定轴旋转曲面屏幕 | 静态平行截面 | 定轴旋转截面 |
根据显示系统中有无运动的光学部件进行划分,体积显示可以分为静态体积显示和动态体积显示两大类;根据成像空间中体素的扫描方式进行划分,体积显示可以分为矢量式和位图式两种。
矢量式体积显示的最大缺点就是一次只能点亮一个或几个体素,体素利用率很低、数据带宽窄,因而应用领域局限性很大。位图式体积显示则一次点亮一个截面的体素,体素利用率高、数据带宽大,应用领域宽,是该领域的主要方向。
静态位图式虽然在显示空间中没有运动部件,但漫反射屏距投影仪光程的变化、液晶屏的透明度、表面折射等问题一起制约了其景深、清晰度以及对比度的提高。
动态位图式体积显示方式可以根据成像截面分布形式分为旋转截面和平行截面。旋转截面的主要优点是:实现截面扫描的机械运动为定轴转动,惯性力自身平衡,不存在动态调焦问题,容易实现;其主要局限是:显示空间是一圆柱体,其中的体素大小与分布都不均匀,而是从外围向转轴线性减小,从而产生体素缩聚现象,不适合三维对象的精确显示;同时,由于成像屏厚度的存在和散射光强随成像屏转角的变化,在视野中央会形成暗区和死区。
相比之下,平行截面位图式体积显示则允许大小一致且分布均匀的体素,并且没有暗区和死区,因而适合三维对象的精确显示,这是旋转截面位图式体积显示所不能比拟的理论优势。由于平行截面位图式体积显示允许大小一致且分布均匀的长方体体素,并且显示空间也是长方体,因此,为与旋转截面位图式体积显示相区别,称之为正则体积显示。但这种方式实现截面扫描的机械运动比较复杂。
本产品属于动态位图式平行截面体积显示。以下指标处于国际领先水平:
1)分辩率:1024x768x512;2)显示空间:300mmx225mmx225mm;3)体素质量:大小一致、分布均匀、亮度均匀。