淺談真三維系統顯示技術

【摘要】 本文闡述了真三維顯示技術在目前國內外的發展現狀和趨勢以及真三維顯示的特點，而后針對目前主流的幾種真三維系統顯示技術進行介紹和分類，最后展望未來真三維系統顯示技術的發展。

【關鍵詞】 真三維系統顯示 視覺信息 顯示器 裸眼3D

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

一、真三維系統顯示技術特點

真三維顯示是三維顯示的最終目標，是一種可實現360°視角觀察的顯示技術，是現實景物的真實再現，觀看者無需借助任何輔助工具，也可稱為“裸眼3D”技術。

真三維顯示的特點如下：

（1）可實現人機交互；

（2）具有移動視差，觀察者可任意移動；

（3）可實現動態三維顯示；

（4）可具有超過1億體元的三維圖像分辨率；

（5）可進行三維測量；

（6）無需佩戴任何輔助工具，例如三維眼鏡等。

二、真三維顯示技術的國內外發展現狀

三維顯示技術是當今國際信息電子產業的最前沿研究方向之一。自從20世紀40年代以來，人們就提出關于真三維顯示技術的各種解決方案，并不斷嘗試制作某種真三維顯示裝置。20世紀90年代初，由于激光、電子、計算機等技術的迅速發展，許多國家開始活躍在真三維顯示技術的相關研究工作中，如美國、日本、德國等，并取得了相當大的進展。2005年美國拉什大學醫學中心首次試行將美國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，中國科學院自動化研究所、南京航空航天大學、中國科學院長春光學精密機械與物理研究所、浙江大學等多家研究單位，致力于此方面的關鍵技術和基礎理論研究，已取得部分成果。

三、真三維系統顯示技術分類

真三維顯示技術正處于研究階段，目前可知的三維立體顯示技術可分為四大類，分別是：自動分光立體顯示技術（ Autostereoscopic Displays）、分光立體眼鏡（Glasses-based Stereoscopic）、全息術（Hologram）和真三維立體三維顯示（Volumetric 3-D Display）。其中前兩種顯示技術都采用視差給人以3D顯示的錯覺，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造的3D景象并不自然，因此會加重觀察者的腦力負擔，長時間觀看會頭痛。全息技術利用的是光波的干涉和衍射，只能生成靜態的三維光學場景，并未運用數字化手段，對觀察者角度也有一定要求，應用范圍比較窄。

真三維立體顯示技術與前三者完全不同，也可稱為“體三維顯示”，是真正能夠實現動態效果的三維技術。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體三維顯示。

掃描體三維顯示技術主要包括旋轉體掃描技術和平移體掃描技術。前者利用人類對光束感知的視覺滯留特性，使二維圖像隨顯示平面旋轉而形成一個空間連續的三維場景。后者則使用平移運動來生成成像空間，運動幅度決定三維成像空間的景深，從而形成三維立體場景。固態體三維顯示無需顯示設備進行機械運動，可使用激光在氣體、固體或液體中激發可見光。

四、真三維顯示技術應用發展與展望

真三維系統顯示技術應用極其廣泛，包括商業、軍事、醫學、工業、科教領域等。在商業領域中，目前真三維顯示技術已經廣泛應用于計算機、車展的立體廣告、商場布局立體顯示以及企業形象宣傳等；在醫學領域中，通過解決醫學圖像重構的顯示問題，可廣泛應用于外科微創、輔助治療等；在科教領域方面，可用于輔助教學，立體顯示DNA、分子模型等。

五、總結

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法遮蓋，導致無法顯示不透明的三維物體，只可產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比度仍需進一步提高，需進一步處理由于旋轉運動帶來的機械振動問題；固態體三維顯示技術可不需要顯示設備進行機械運動，但圖像精度略低于掃描體三維顯示，此顯示技術系統產生圖像可悲放大到任意尺寸，甚至可以在天空中產生三維圖像，自造”海市蜃樓”將可實現。

參 考 文 獻

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