浅谈真三维系统显示技术

【摘要】 本文阐述了真三维显示技术在目前国内外的发展现状和趋势以及真三维显示的特点，而后针对目前主流的几种真三维系统显示技术进行介绍和分类，最后展望未来真三维系统显示技术的发展。

【关键词】 真三维系统显示 视觉信息 显示器 裸眼3D

有关研究表明，人类可通过视觉获得周围世界80%的信息，而随着生活水平的提高和科技的发展进步，人类需要越来越多丰富的视觉信息。显示技术是为了给人类提供不同形式的视觉信息而存在，而目前主流的三维显示已经占据了大半壁江山，已知的三维显示设备包括立体视觉、头盔式显示器、CAVE、裸眼立体显示器和真三维显示等。本文将详细介绍真三维显示技术。

一、真三维系统显示技术特点

真三维显示是三维显示的最终目标，是一种可实现360°视角观察的显示技术，是现实景物的真实再现，观看者无需借助任何辅助工具，也可称为“裸眼3D”技术。

真三维显示的特点如下：

（1）可实现人机交互；

（2）具有移动视差，观察者可任意移动；

（3）可实现动态三维显示；

（4）可具有超过1亿体元的三维图像分辨率；

（5）可进行三维测量；

（6）无需佩戴任何辅助工具，例如三维眼镜等。

二、真三维显示技术的国内外发展现状

三维显示技术是当今国际信息电子产业的最前沿研究方向之一。自从20世纪40年代以来，人们就提出关于真三维显示技术的各种解决方案，并不断尝试制作某种真三维显示装置。20世纪90年代初，由于激光、电子、计算机等技术的迅速发展，许多国家开始活跃在真三维显示技术的相关研究工作中，如美国、日本、德国等，并取得了相当大的进展。2005年美国拉什大学医学中心首次试行将美国Actuality System公司推出最新的Perspecta Spatlal 3D显示器用于辅助癌症患者的放射治疗诊断。

近年来，中国科学院自动化研究所、南京航空航天大学、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所、浙江大学等多家研究单位，致力于此方面的关键技术和基础理论研究，已取得部分成果。

三、真三维系统显示技术分类

真三维显示技术正处于研究阶段，目前可知的三维立体显示技术可分为四大类，分别是：自动分光立体显示技术（ Autostereoscopic Displays）、分光立体眼镜（Glasses-based Stereoscopic）、全息术（Hologram）和真三维立体三维显示（Volumetric 3-D Display）。其中前两种显示技术都采用视差给人以3D显示的错觉，即分别利用左眼和右眼显示稍有差别的图像，但由于人为制造视差的方式所构造的3D景象并不自然，因此会加重观察者的脑力负担，长时间观看会头痛。全息技术利用的是光波的干涉和衍射，只能生成静态的三维光学场景，并未运用数字化手段，对观察者角度也有一定要求，应用范围比较窄。

真三维立体显示技术与前三者完全不同，也可称为“体三维显示”，是真正能够实现动态效果的三维技术。体三维显示目前正处于研究阶段，可分为两大类；扫描体三维显示和固态体三维显示。

扫描体三维显示技术主要包括旋转体扫描技术和平移体扫描技术。前者利用人类对光束感知的视觉滞留特性，使二维图像随显示平面旋转而形成一个空间连续的三维场景。后者则使用平移运动来生成成像空间，运动幅度决定三维成像空间的景深，从而形成三维立体场景。固态体三维显示无需显示设备进行机械运动，可使用激光在气体、固体或液体中激发可见光。

四、真三维显示技术应用发展与展望

真三维系统显示技术应用极其广泛，包括商业、军事、医学、工业、科教领域等。在商业领域中，目前真三维显示技术已经广泛应用于计算机、车展的立体广告、商场布局立体显示以及企业形象宣传等；在医学领域中，通过解决医学图像重构的显示问题，可广泛应用于外科微创、辅助治疗等；在科教领域方面，可用于辅助教学，立体显示DNA、分子模型等。

五、总结

综上所述，体三维显示均存在部分缺陷，如由于光线与光线之间无法遮盖，导致无法显示不透明的三维物体，只可产生半透明的三维透视图；扫描体三维显示的显示分辨率和对比度仍需进一步提高，需进一步处理由于旋转运动带来的机械振动问题；固态体三维显示技术可不需要显示设备进行机械运动，但图像精度略低于扫描体三维显示，此显示技术系统产生图像可悲放大到任意尺寸，甚至可以在天空中产生三维图像，自造”海市蜃楼”将可实现。

参 考 文 献

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