【正文】 重介紹目前現(xiàn)有的真三維立體顯示以及其最新的技術(shù)發(fā)展情況。為了達(dá)到顯示之影像逼真地反映客觀物體的目的，此項(xiàng)技術(shù)自產(chǎn)生以來(lái)，人 們就孜孜不倦，想盡各種方法提高影像的顯示質(zhì)量， 試圖使人工影像重現(xiàn)客觀景物，達(dá)到人眼直接觀察 客觀世界的效果。目前已商業(yè)化的顯示技術(shù)，只能 在平面顯示器（x，y）上實(shí)現(xiàn)對(duì)三維世界的表達(dá)，在真 實(shí)感上，離用眼睛直接去觀看客觀事物仍有很大差 異。此外，還要借助立體視鏡，或者要借助平面顯 示屏上的“視差”效果。若要實(shí)現(xiàn)真三維立體顯示，首先要搞清楚人眼 為什么會(huì)產(chǎn)生三維立體視覺(jué)，盡管客觀世界本身是 三維的，但在視覺(jué)感知這一方面，認(rèn)知世界還是要靠 人眼傳感器和人腦智能處理器產(chǎn)生一個(gè)主觀的視覺(jué) 認(rèn)知。眼球－視覺(jué)系統(tǒng)視覺(jué)由眼睛的感光成像產(chǎn)生。聚光部分由晶狀體和玻璃體組成，如同照相機(jī) 或攝像機(jī)的透鏡，它的功能是將外界的光線(xiàn)匯聚到 后面的視網(wǎng)膜。 深度感的兩個(gè)線(xiàn)索角膜和晶狀體匯聚光線(xiàn)進(jìn)入人眼在視網(wǎng)膜上聚 焦成圖像。為了得到最 優(yōu)的三維顯示設(shè)計(jì)，這些因素必須被徹底地考慮。觀 察者的空間視覺(jué)由他的解釋能力和他對(duì)物理環(huán)境的 想象能力產(chǎn)生，深度認(rèn)知過(guò)程中最重要的是對(duì)物理 法則知識(shí)的理解和日常觀察的經(jīng)驗(yàn)積累。對(duì)于表面結(jié)構(gòu)和質(zhì)地的熟悉度 適應(yīng)性調(diào)節(jié)和輻輳兩者共同完成一個(gè)注視的動(dòng)作，采 用這種方式使人們得到一個(gè)物體的印象。除了前面說(shuō)的雙目視差，運(yùn)動(dòng)視差也是一個(gè)很 重要的深度依據(jù)。結(jié)合人們以往觀察 世界的經(jīng)驗(yàn)，把這些視覺(jué)線(xiàn)索理解為距離和深度。當(dāng)每只眼睛順序觀察時(shí)， 任意一個(gè)近處的物體將會(huì)相對(duì)于遠(yuǎn)一些的物體看上去 向旁邊移動(dòng)了一點(diǎn)，而且轉(zhuǎn)動(dòng)了一定角度（圖 3）[6]，[7]。對(duì)于日常生活中物體尺寸形狀的認(rèn)知會(huì)聚從人眼的生理結(jié)構(gòu)特性入手利用雙目視差原 理實(shí)現(xiàn)；但這種立 體感是很粗糙的，很多圖像的細(xì)節(jié)經(jīng)不起推敲，特別 是在各個(gè)不同角度的圖像之間的重疊融合部分，效果 較差。比如，這項(xiàng)技術(shù)做得比較好的已經(jīng)成為產(chǎn)品 的 Seareal 公司的 C i/C s 系列，最大也只能實(shí)現(xiàn)左 右眼在177。的。究其生理學(xué)原因，是因?yàn)檫@種利 用雙目視差原理，在一個(gè)二維屏幕上同時(shí)對(duì)左右兩只 眼睛顯示兩幅具有視差的圖像，從而產(chǎn)生立體感的顯 示，強(qiáng)迫我們聚焦于一定距離，然后通過(guò)眼睛的輻輳 運(yùn)動(dòng)看清圖中的物體，人為地割裂了人在注視這一動(dòng)作中適應(yīng)性調(diào)節(jié)與輻輳的相關(guān)性，可以說(shuō)根本原因在于它們都不能提供足夠的產(chǎn)生自然的立體視覺(jué)的線(xiàn) 索。對(duì)于所顯示物體的每一個(gè)點(diǎn)（x，y，z）在三維空間具有對(duì)應(yīng)的像（x，y，z），該對(duì)應(yīng) 像點(diǎn)稱(chēng)之為體像素（voxe）l 。 Actuality 的 Perspecta 立體顯示器這款立體顯示器看似一個(gè)魚(yú)缸，人們可以從各 個(gè)角度觀看這個(gè)顯示器中的物體，不過(guò)里面顯示的 圖像卻是立體的。體素生成子系統(tǒng)和體素激活子系統(tǒng)由一系列光 學(xué)接力系統(tǒng)、相應(yīng)的光柵化、圖像內(nèi)存以及投射引擎 來(lái)共同構(gòu)成。這個(gè) 過(guò)程就是把圖像引擎系統(tǒng)生成的體素說(shuō)明符傳送到 成像空間中相應(yīng)的位置。、垂直方向 270176。其著重開(kāi)發(fā)了三個(gè)方面的應(yīng)用領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)圖 像、軍事可視化以及油、氣勘探開(kāi)發(fā)。被投影的圖像實(shí)際上是呈放射狀的“圖像切片”， 由于視覺(jué)暫留，這些圖像切片快速連續(xù)地投影到三 維空間，從而在人眼中形成有真實(shí)立體感的三維圖 像。Actuality 的發(fā)射面把投影儀投射過(guò)來(lái)的光 束散射開(kāi)，這樣，體素似乎是從成像空間內(nèi)部的特殊 點(diǎn)發(fā)出的。這種技術(shù)還需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。雖然這種顯示器可以說(shuō)是真正 意義上的三維立體顯示，但有限的顯示空間給顯示 效果帶來(lái)了諸多限制，只能用于顯示小范圍內(nèi)的個(gè) 別物體。這種技術(shù)的出現(xiàn)，是 基于保證一定的視覺(jué)效果，減少數(shù)據(jù)處理量的想法。拖動(dòng)放大 放大感興趣的區(qū)域可以讓你近距離觀察；360176。為了避免相 鄰的圖像混疊干擾，保證人在任意角度只看到一幅 圖像，顯示屏采用了專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)使得圖像從某 水平方向射過(guò)來(lái)又從該水平方向反射回去，在水平 方向上不會(huì)發(fā)散反射。使得這層具有原方向回反射的特性，發(fā)散層產(chǎn) 生出垂直方向上的發(fā)散特性。為了避免這個(gè)問(wèn)題，必須有一個(gè)濾波 器，這里采用的是一般用在 PC 機(jī)和移動(dòng)電話(huà)上實(shí) 現(xiàn)遮蔽顯示的。 特點(diǎn)及應(yīng)用該研究技術(shù)可對(duì)固體對(duì)象 3D 圖像實(shí)現(xiàn) 360176。一個(gè)帶動(dòng)屏幕旋轉(zhuǎn)的電機(jī)；為了顯示三維固體物體的360176。有些地方稱(chēng)這種顯示為多視角顯示（mul tiview），他們自己給它起了個(gè)名字叫 Transpost，意 思是傳送貼圖，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)景物的 實(shí)時(shí)拍攝傳遞。顯示，圖像的正面從前面看到，圖像的背面可以從相反的方向看到，屏幕高速旋轉(zhuǎn)可以減少閃爍感，使觀 察者幾乎無(wú)法意識(shí)到屏幕的存在，顯示對(duì)象將會(huì)浮 現(xiàn)在空中，如圖 14 所示。立體觀察無(wú)需專(zhuān)門(mén)的眼鏡；貼到 一個(gè)圓柱空間里，這樣就可以 360176。 顯示器結(jié)構(gòu)如圖 15 所示，概念性地給出顯示器的硬件構(gòu) 成，主要分為光源部分：一個(gè)高品質(zhì)、高亮度的紅外 線(xiàn)脈沖；光學(xué)控制傳遞部分：一個(gè)線(xiàn)性馬達(dá)系統(tǒng)及相 應(yīng)的透鏡和振鏡組成的光學(xué)接力系統(tǒng)。通過(guò)控制焦點(diǎn)的 x、y、和 z坐標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)真正的三維圖像在三維空間的顯示。所以，他們?cè)囼?yàn)制造了一種在空間里顯示 二維圖像的裝置，這些圖像由點(diǎn)序列構(gòu)成，使用了激 光源和振鏡的技術(shù)。此 外，裝置和勾畫(huà)點(diǎn)之間的距離可以延伸到幾米之遠(yuǎn)?？梢?，具有物理景深的一種顯示方法，這使得我們?cè)谠谢A(chǔ)上與我們理想中真正的三維立體顯 示又近了一步。這和早期出現(xiàn)的 HM D 十分相似，這 種顯示將有很好的沉浸感。光源部分可以是單色也可以是全彩色，可采用紅 色和藍(lán)色的氧化物激光及綠色的半導(dǎo)體激光合成。但 是它開(kāi)辟了一種不使用屏幕，直接在空氣中呈現(xiàn)圖 18 真三維體素掃描顯示器的光學(xué)系統(tǒng)示意圖圖 19 真三維體素掃描顯示器顯示原理示意圖圖 20 可變形膜鏡（DMM）示意圖樹(shù)木）予觀察者，此時(shí)遠(yuǎn)處的山和云移出了焦距（它們的焦點(diǎn)落在了視網(wǎng)膜的前面，當(dāng)這些光線(xiàn)到達(dá)視 網(wǎng)膜時(shí)已經(jīng)發(fā)散了）。沒(méi) 有加電壓時(shí)（圖 20 的左邊）膜呈一個(gè)平放的鏡面，平 行光束經(jīng)上面反射后仍然保持平行。圖 18 的上圖給出了整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。 遠(yuǎn)處景面的圖像 （如遠(yuǎn)處的山和云） 將聚焦于觀察 者，而圖像的其它景面與它們距視網(wǎng)膜的距離相對(duì) 應(yīng)將會(huì)很模糊 （右三個(gè)光束表示它們匯聚于視網(wǎng)膜 以后—注意它們的光是怎樣在抵達(dá)視網(wǎng)膜時(shí)呈發(fā) 散狀態(tài)的）。對(duì)于左眼的特寫(xiě)示意了調(diào)焦的 兩個(gè)階段，如圖 18 的下半部分?，F(xiàn)在用這種方法來(lái)建立多景深 層面的真三維顯示器，可以更好地模擬自然的視覺(jué) 過(guò)程，呈現(xiàn)任何尺寸的物體在從 到無(wú)窮遠(yuǎn) 處的距離內(nèi)，且通過(guò)全視野范圍內(nèi)的可適應(yīng)性調(diào)節(jié) 克服線(xiàn)索矛盾。便攜式的全彩色系 統(tǒng)目前來(lái)看產(chǎn)品成本太高，藍(lán)色的氧化物激光昂貴 且壽命短，但預(yù)計(jì)這兩個(gè)問(wèn)題在未來(lái)幾年里會(huì)有改 善。然而，有些應(yīng)用尤其重要，如外 科醫(yī)生越來(lái)越多地采用微創(chuàng)介入式手術(shù) （例如內(nèi)窺 鏡和腹腔鏡），這些使用時(shí)間都長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)，三維顯 示器能在體內(nèi)狹小的空間內(nèi)更好地幫助外科醫(yī)生引 導(dǎo)內(nèi)窺鏡觀察。因?yàn)橄鄬?duì)于醫(yī)生在 手術(shù)中數(shù)小時(shí)的注視顯示器，孩子們常常會(huì)不自覺(jué) 地就花更多的時(shí)間在視頻游戲上。但在某些特定的應(yīng)用領(lǐng)域， 如醫(yī)學(xué)和軍事等方面卻有著其獨(dú) 特 的 實(shí) 用 性 。而最后提 到的焦距調(diào)制的體素掃描顯示方法，可以說(shuō)克服了 上述的諸多缺點(diǎn)，但目前只在研究的初級(jí)階段，許多 具體性能的實(shí)現(xiàn)還要等相關(guān)技術(shù)繼續(xù)深化研究。所以只要對(duì)人類(lèi)的立體視覺(jué)充分理解后解放思 想，立足現(xiàn)有的技術(shù)設(shè)備，跟蹤最新的科技進(jìn)展，就 可以走出一條自主開(kāi)發(fā)的新路。T （ms）T （ms）T +T （ms）傳統(tǒng)像素結(jié)構(gòu)搭配傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方法本文像素結(jié)構(gòu)搭配相應(yīng)驅(qū)動(dòng)方法