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最新立体显示器技术窥视

最新立体显示器技术窥视

点击数:7689 次   录入时间:03-04 11:56:05   整理:http://www.55dianzi.com   家电综合知识

  这种采用新技术的3D显示器能使计算机用户看到真实的三维物体和景观,使他们简直像跳出屏幕,漂浮在你的面前,似乎伸手可及,那种感觉真是奇妙无比。
  
  那么,什么是三维显示,三维场景与二维画面有什么区别呢?一系列的因素会影响三维场景的真实再现。为了产生一种位于三维空间内部的感觉,必须模拟三维场景中的最重要的因素。包括:
  
  1.透视感
  
  一个孩子画出的火车铁轨,可能如图一中左边的形状,而一位画家则一定会画出右边的图形。因为在观察者看来,随着铁轨向远方伸展,两条铁轨会缩小,并且互相靠拢。这种现象称为几何透视,是西方绘画艺术的基本原理。透视也是计算机模拟三维画面的基本要素。
  
  现代计算机的3D加速器能够通过适当算法,以正确的透视关系来生成三维物体,并且能根据位置作按比例的缩放。


    2.色彩明度和对比度
  
  在三维场景中,远离观察者的物体的色彩明度和对比度要比靠近的物体低。这是因为大气吸收和散射远处物体反射的光线,减小(或称稀释)其色彩及对比度,而增加一层柔和的蓝灰色的光辉。我们一般知道大多数物体的色彩,大脑会根据这种色彩的变化产生距离感。画家称这种技术为“空间透视”。中国画是最早使用原理来产生距离感的。
  
  现代计算机中的3D加速器已经能很好地模拟空间透视关系,使用“雾翳”效果减弱远距离物体的色彩明度,以获得最佳的三维效果。
  
  3.立体观测
  
  人的大脑是十分精巧的,面对一个三维场景,大脑会解释两只眼睛所获得的图像的差别而产生立体感。动物判断猎物的距离就是依靠这一效应,称为“立体观测”。猫、猎鹰和人类都有很好的立体观测的层次感。
  
  请看下图的例子:将一个盒子放在适当的距离上。如果观察者如右图那样,将眼睛瞄准近处,盒子将出现在两个位置上。由于左眼的视线在盒子的左侧,从而觉得盒子出现在左边。同样,右眼会觉得盒子在右边。当大脑试图同步这两幅相互矛盾的图像时,就产生双影效果。大脑能根据两眼的视差来判断物体的接近程度。
  
  中间的图形表示,视线正好对准了盒子,左、右眼产生同步的立体图像。两眼的视差可以判断盒子的距离。
  
  左边的图形表示,眼睛瞄准了一个非常远的物体,两只眼的视线近乎平行,两眼的视差为零。这种情况下,也能看到两个盒子,但图像不太清楚。并且与第一种情况左、右相反。你可能会奇怪,日常生活中并未见过物体的双影。这是因为,当你把眼睛对准一个物体时,大脑会立刻判断其远近,并把视线对准它。
  
  立体观测和几何透视是形成三维图像的重要因素,但目前标准的计算机显示器还不能产生立体观测效果。DTI的3D显示器正是在这一点上有实质性突破。

  感觉的一个辅助因素。
  
  5.遮挡
  
  当一个物体置于其他物体的前面,它后面的物体就从视线中消失了,这就是遮挡。如果你左右移动头部,改变透视关系,就能看到隐藏起来的物体的侧面。通过窗口观察三维场景时,遮挡只是一个次要因素。但当你位于三维场景之中时,遮挡成为三维感觉的重要因素。因为,每当你移动头部,都应当有物体背后隐藏的东西会显露出来。目前,计算机3D加速器可以确定隐藏物体的位置,但还没有有效的设备能检测人的头部位置,从而模拟出遮挡的三维效果。一种头盔,眼镜式的三维虚拟现实技术,能模拟遮挡效果,可用于游戏机中。
  
  6.触觉
  
  如果进一步推理,触觉也是三维感觉的一个重要方面。触觉对于三维风景和建筑物并不重要。但对于唱机,钢笔等具体物体,如果能提供触觉,让观察者感受到物体的外形、坚实度和材质,将能更理想地表现一个物体,也能提供一种控制方法。提供触觉模拟的技术是虚拟现实手套。
  
  概括起来,模拟显示三维世界,需要尽量实现上述这些因素。
  
  但是3D软件一般仅能模拟几何透视及色彩明度的影响,而对于能产生三维场景内部感觉的立体观测、聚焦和遮挡原理则未能实现。要利用这些原理,首先要设计一种设备来取得立体观测时两眼看到的两个不同的图像,称为“立体图像对”。然后,更为重要的是,将它们分别送到两只眼睛中,由大脑合成为三维立体图像。这方面有几种技术在相互竞争。
  
  1.色彩立体
  
  方法是以不同的颜色提供立体观测的图像对。观察者使用滤色眼镜来分解两色图像到左眼和右眼。这是我们早在50~60年代看到的立体图片的实现技术,但这种技术对于计算机显示并不实用,因为滤色镜会使图像中大量的色彩信息丢失,三维图像质量很差。目前这种技术用来制作风景图片,也用于卫星和航空摄影处理。
  
  2.光栅眼镜
  
  这是计算机上获得三维影像的普通方法,观察者戴的眼镜片是LCD(液晶)片,通过信号控制可以使其透明或不透明。计算机的显示器交替发出立体图像对的左、右两祯图像,同样左、右眼的镜片同步地交替变为透明,以接收对应的图像,再由大脑合成为立体图像。这种方式要求屏幕刷新率高,不低于120次/秒。观察者要佩戴眼镜,显示亮度减少一半,图像有闪烁感。目前多用于电子游戏机中。
  
  3.DTI的视差照明技术
  
  DTI公司采用的最新的三维立体显示专利技术,是在显示器的LCD显示层和反光板之间增加了一个特殊的“视差照明”层。这一薄层物质类似一排排的垂直的透镜列,在信号控制下能改变光线方向,使之分送左、右眼。其结构如下图。


  
  在立体显示状态,视差照明层与计算机驱动软件同步工作,将一幅立体观测图像对的两幅图像分送左、右眼,由大脑合成为立体图像。
  
  显示所需的立体图像对可由DTI提供的软件产生。DTI的Interactive3D Image Processing Utility程序用于抓取立体照片和画面,DTI的Texture  Eyes程序则用于将输入的3D模型,转换为立体图像对。注意,由于视差照明层由左、右两组控制点阵组成,故每幅立体图像的分辨率只是二维图像的一半,即512×768,但图像的尺寸不变。同时,由于反光板的光线分别送到左、右眼,故立体影像的亮度大约是非立体图像的一半,故观看立体图像最好在较暗的室内。
  
  与前两种技术不同,DTI的三维显示器不需要观察者戴眼镜,十分方便。立体显示是连续的,没有图像的摇摆和闪烁,不伤眼睛。
  
  产生出的立体图像真实得像要跳出屏幕,浮在空中,好像用绳子悬挂在你的面前,似乎伸手可及,十分逼真。这种技术的应用前景广阔,可以用来展示粒子模型、医学图像和工业设计模型,成为科学研究、医学手术、工程师和设计师的助手。也可以用来展示风景图像,好像打开了进入三维世界的窗口。
  
  这种技术的不足是:显示器对于观察者的头部位置有要求,观察前,使用显示器前面的小指示灯调整座位,当观察者头部位置合适时,指示灯灭。在此位置上,头部向前、向后移动2.5英寸以内都可以保持良好的观察效果。
  
  由于头部位置受限制和屏幕分辨率减少一半,有些电子游戏不适宜使用这种显示器。DTI的显示器可以方便地在一般工作模式和立体显示模式之间转换,使用面板上的按钮或通过串行口发出命令均可。DTI的显示软件能够检测到DTI显示器的存在,自动激活显示器上的视差照明层。故这种显示器使用一般的3D软件也没有问题。
  
  总之,DTI的视差照明技术毫无疑问是三维显示技术的一次革命,能够更为真实地制造出来源于科学虚构的立体形象。对于使用三维图像的专业人员有非常大的意义,也标示了3D技术的未来。


  
  4.聚焦
  
  像照相机和望远镜一样,眼睛为了看清楚物体也必须聚焦于其上,这是通过肌肉改变晶状体的形状来实现的。聚焦能使光线照射到视网膜上,看到物体。当眼睛聚焦于远处物体时,晶状体变形很小。
  
  而聚焦于近处物体时,晶状体变形很大。即使没有立体观测效果,大脑也能根据聚焦的变化做出距离的判断。用手遮住一只眼,同时用一根手指靠近另一只眼,聚焦于手指上,手指背后的物体就渐渐消失在柔和的模糊之中。聚焦也是三维




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