三维技术基础与艺术欣赏第5章三维显示技术(陈永强)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2015/10/27,#,三维技术基础与艺术欣赏,陈永强,教授,数学与计算机学院,E-mail:chenyqwh,Tel:15337185785,1,教学内容,主要,讲解三维,测量,、三维静态,建模,、三维动态,仿真,、三维重建、三维显示、三维打印、三维,动画、三维,游戏,、三维影视,等,基本原理和,技术,；,引导,学生科学鉴赏三维图形图像、三维,动画,游戏,和,三维电影,艺术,；,了解,和熟悉三维领域涉及的基本概念和思维方式，了解三维技术最新发展和动态，能更好适应现代三维科技时代的学习工作生活。,2,教学内容,第,1,章三维技术概述,第,2,章三维,测量,技术,第,3,章三维建模技术,第,4,章三维重建技术,第,5,章三维显示技术,第,6,章三维打印技术,第,7,章三维动画技术,第,8,章三维游戏技术,第,9,章三维影视技术,3,第,5,章三维显示技术,3D,成象原理,原理：人类的左眼和右眼在水平方向上有,5,6.5cm,的位移，因此,左右眼所看见的画面中对应实际物体上,同一点,存在一定距离,，通过这种差别判断物体的,远近和深度,，,即视差,parallax,原理。,根据“视差”原理，把同一景像用两只眼睛视角的差距制造出两个影像，然后让两只眼睛各看到对应自己一边的影像，就能刺激大脑产生3D（3Dimensions）立体效果的。,景深感受形象举例：,1,、大家可以轮流闭上一只眼试试看同一个东西，侧面不同,2,、单眼对笔尖比双眼困难很多,4,第,5,章三维显示技术,3D,成象原理,5,不同距离的物体在两个视网膜上成像的夹角不同，从而分辨出,远近。,第,5,章三维显示技术,3D,显示技术发展,6,第,5,章三维显示技术,3D,显示技术发展,7,第,5,章三维显示技术,3D,显示技术发展,电视机显示屏发展概况,8,第,5,章三维显示技术,3D,显示技术分类,9,3D,显示技术,眼镜式,偏光式,快门式,色差式,头戴式,裸眼式,光栅式,体三维式,全息式,前置光栅式,后置光栅式,狭缝光栅式,柱镜光栅式,双视点,多视点,双视点,多视点,第,5,章三维显示技术,3D,显示技术分类,偏光式眼镜,3D,10,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。,第,5,章三维显示技术,3D,显示技术分类,偏光式眼镜,3D,11,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。,第,5,章三维显示技术,3D,显示技术分类,快门式眼镜,3D,快门式眼镜,3D,系统类似于时间分割的偏振式眼镜,3D,系统，大多是利用液晶控制透光度来做遮蔽,在屏幕上以两倍的场频交互地显示左眼和右眼的影像，而快门眼镜则会动态地屏蔽使用者的左眼和右眼，利用人眼的视觉暂留机制，两眼影像叠加后产生双眼视差。,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。,优点：显示屏无改动,缺点：眼镜较贵且较重,12,第,5,章三维显示技术,3D,显示技术分类,视差挡板式裸眼,3D,13,视差,挡板就是在光路加上一些遮蔽物，把部分方向的光遮住，只让某些角度的光可以传出去。,挡板,的位置经过精密计算，可以左眼像素（绿色）只被左眼看到，右眼像素（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,第,5,章三维显示技术,3D,显示技术分类,柱透镜式裸眼,3D,14,基本原理,是在面板前方，放上经过精确计算的透镜来改变光线的方向。由左眼像素发出的光，会经过透镜的折射，都进入左眼的区域，同样的右眼的像素也只进入右眼。,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,第,5,章三维显示技术,3D,显示技术分类,体三维显示技术,眼镜式及裸眼式,3D,显示的缺陷：,仅利用了,3D,视觉中的双眼视差效应，但由于成像都在显示屏表面，焦距固定，使得眼睛无法象观看一个真实物体时那样调节焦距，没有物理深度感。,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。,15,第,5,章三维显示技术,3D,显示技术分类,基于发光介质的体三维显示,16,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。,第,5,章三维显示技术,3D,显示技术分类,基于运动扫描的体三维显示,17,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,。,基于,LED,阵列平板旋转的三维显示,第,5,章三维显示技术,3D,显示技术分类,基于运动扫描的体三维显示,18,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,第,5,章三维显示技术,3D,显示技术分类,基于运动扫描的体三维显示,19,Felix 3D,系统,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,第,5,章三维显示技术,3D,显示技术分类,基于运动扫描的体三维显示,20,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。,第,5,章三维显示技术,3D,显示技术分类,静态层叠式体三维显示,21,DepthCube 3D,系统,利用,DLP,投影，在层叠胆甾液晶屏幕上显像,优点,：避免了运动扫描方式固有的亮度和旋转问题,缺点：观看角度受限，成本较高。,第,5,章三维显示技术,3D,显示问题,2D/3D,转换,目前出售的,3D,显示器必须要向,2D,兼容，,2D/3D,间需要一键切换。,对于眼镜式,3D,，只要把眼镜去掉，并把左右眼视差信号变成同样的信号，就可以完成转换。,对于裸眼,3D,，已发明了主动控制的技术（液晶挡板或液晶透镜），技术问题已经解决，成本问题尚存。,22,第,5,章三维显示技术,3D,显示问题,23,加电改变排列方向，使折射率由,ne,变成,no,，与同它配套的凹透镜折射率相同。,以液晶层控制入射光折射率，决定柱状透镜是否作用。,以液晶改变折射率的原理，用液晶层虚拟透镜的效果。,第,5,章三维显示技术,3D,显示问题,价格,在,3D,节目的拍摄、制作、传输方面的问题没解决前，依赖蓝光影碟机提供节目源，,3D,只能是电视机的一个附加功能，价格成为成功的关键。,眼镜,3D,中快门眼镜,+,普通显示屏的方式成本更加可控。,裸眼,3D,中普通视差障板成本最低，但无法实现,2D/3D,转换，进入不了家庭市场。,24,第,5,章三维显示技术,3D,显示问题,消费者体验,眼镜式：无法边看电视边做别的事情；快门式眼镜太重，有压迫感；长时间观看有眩晕感。,裸眼式：双视点系统头稍稍偏一下就可能看到错误的图像，引起眩晕或者头疼 。多视点系统分辨率下降太大，画质受损。,25,第,5,章三维显示技术,3D,显示问题,26,多视点系统使看到错误图像的概率大大下降，而且在不同位置，可以感觉到不同的,3D,效果。,第,5,章三维显示技术,总结,眼镜式,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，产业链格局不会有大的变化。,27,