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最真实的视觉感官体验——立体3D投影显示

2007-06-29 本刊编辑部 INFOAV CHINA


  人们对视觉听觉的追求总是趋向于真实再现,二维画面对一般显示应用而言可以很好的表达所需的中心思想,但在一些特定行业和领域,以及追求感官震撼的娱乐场所等地方,平面图像就完全无用武之地,所以三维立体投影成为这些领域的必备系统。需要立体投影应用的环境通常包括:航天/航海/汽车等行业的模拟系统,地质探测,药品,建筑,工程,制造,博物馆,科研机构,影院,娱乐等等。以往并不常见的3D显示方案演示,今年则逐渐开始了热起来的趋势。在4月WINCOMN的新品展示会以及不久前刚落幕的ISC上,3D演示都成了吸引观众眼球的看点之一。下面将对3D原理,以及最近的几场演示做个详细介绍。

  3D立体或沉浸环境影像的应用从高端到民用,应用可以说无处不在。高端包括为工业及研究机构提供的基于虚拟现实、模拟防真技术的可视化解决方案,我们日常可接触到的包括如科普场馆等寓教于乐的三维立体显示。

3D的工作原理
  成像技术不断发展,像素越来越高,我们能够在更大的屏幕上看到更清晰明亮、色彩丰富、的视频和图形,但它们始终有一个限制,即它们是二维的。我们眼睛所看到的真实世界不只是简单的平面图像,而是具有景深的立体3维,这种感知3维的能力是视网膜不一致(或称为左右眼看一个物体位置的轻微偏移)的一个副功能。因此如果要设计一个立体投影系统,它必须要模拟人类在观看物体时视网膜成像的这种视差。这种感觉暗示我们,看到的就是真实的(或几乎是真实的),而不是平面的2维的。

 
  设计立体演示的艺术和科技是一门非常复杂精深的学问,生成的立体图像需要没有人造痕迹,因为这些人造物体将会破坏立体演示的真实感和所需景深(我们的大脑对人造提示也很敏感)。当然,我们这里只讨论最终显示端的立体投影系统部分。

  演示和观看立体图像的方法有两种,一种是主动,一种是被动。第一种在观看时需要特殊眼镜,这种眼镜采用简单的图像偏光镜来区分左眼和右眼信息。偏光镜通过将发散光线分成水平和垂直位面来完成左右眼信息的区分。一个转换偏光镜被放在投影镜头前用来及时连续地分离左右眼图像。在这个系统中,眼镜很便宜,但投影幕必须特定的,以保持光线的极化。

  第二种方法是主动的,需要内置液晶(LCD)快门的眼镜来交替地空白左右眼信息。一个分离的IR发送器发送同步信息到眼镜。这种方法在技术上更耐用,且投影机必须配备空白间隔的与快门速度相匹配。主动式立体3维的优点是可在任何投影屏幕上来实现。

BARCO
  BARCO的立体投影方案覆盖所有技术,包括--CRT、LCD和DLP,可用于主动或被动立体显示。其投影方案包括了机械设备和屏幕、自有高质量眼镜、专用软件等。下面分别从几种不同的技术来介绍。

  1. 被动3D显示系统
  BARCO的被动立体投影系统基于光极化原理。观看者带上一副装有两个相反极化滤光器(一个为左,一个为右)的眼镜来观看,两路投影光线被极化,每路只能通过相应的滤光器。采用1台投影机来实现3D投影时,有BARCO的BarcoReality 908/909/912 CRT投影机,以及DLP技术的GALAXY系列投影机。

 
  采用两台投影机来实现时,都在标准刷新率下,1台显示左眼信息,另一台显示右眼信息。每台投影机的光路中装一块极化滤波器。两台投影机的使用可获得更高的图像亮度。可以采用2台CRT投影机方案,虽然CRT投影机在光输出上比较弱,但却拥有无与伦比的图像真实度。BARCO的CRT投影机提供一个可选的机械极化屏幕用于立体显示,当需要非立体显示时,也可将滤光器旋转开。在环境光线较强或屏幕很大时,则使用DLP方案更佳。BARCO的DLP投影机亮度范围从5000到25000 ANSI流明。但用于立体显示时有“立体流明”的概念,它大约是ANSI流明的一半值,是真实的亮度值。BARCO的LCD投影机在内部被极化成相应的左右眼信息,无需外部滤光镜。由于内部极化,使其原始光输出的70%被保留,它是获得高立体流明亮度的有效的方法之一。

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  线性和圆形(circular)光极化
  光波可向任何方向旋转,在任何给定时刻的特定方向就决定了光波的极化。非极化的光通过起偏镜,就会生成只有一个方向的光线。通过收集相应的左右眼信息,我们就可以指引不同的两路信息分别到左右眼,这样就形成了我们感官上的一种景深。由于人眼自身对极化非常的不敏感,因此改变极化<

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