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走近3D(二):主動立體與被動立體

2014年09月11 14:52 來源:曼恒數字

目前市場上立體投影解決方案有很多種,最為普遍的成像方式有主動式立體顯示和被動式立體顯示兩種。主動式立體顯示是這兩年興起的立體顯示方式,無論在顯示性能和設備價格方面都體現了優越性,逐漸成為主流的虛擬仿真解決方案。

一、立體成像原理

成像技術不斷發展,像素越來越高,我們能夠在更大的屏幕上看到更清晰明亮、色彩豐富、的視頻和圖形,但它們始終有一個限制,即它們是二維的。我們眼睛所看到的真實世界不只是簡單的平面圖像,而是具有景深的立體3維,這種感知3維的能力是視網膜不一致(或稱為左右眼看一個物體位置的輕微偏移)的一個副功能。

人類的眼睛相距有一定的距離,所以在觀察一個三維物體時,由于兩眼水平分開在兩個不同的位置上,所觀察到的物體圖像是不同的,它們之間存在著一個像差,由于這個像差的存在,通過人類的大腦,我們可以感到一個三維世界的深度立體變化,這就是所謂的立體視覺原理。

據立體視覺原理,如果我們能夠將我們的左右眼分別看到兩幅在不同位置拍攝的圖像,我們應該可以從這兩幅圖像感受到一個立體的三維空間。因此如果要設計一個立體投影系統,它必須要模擬人類在觀看物體時視網膜成像的這種視差。

二、立體投影的分類

立體投影的分類:主動立體和被動立體。

1. 被動立體

被動立體技術是將影象信號輸出到信號分轉設備用,然后接到兩臺垂直疊加的投影機,用兩臺投影機同時投射一幅影象,一臺投影機投右眼影象,一臺投影機投左眼影象。兩臺投影機要配置偏振鏡片,采用不同的極化方向。偏光鏡通過將發散光線分成水平和垂直位面來完成左右眼信息的區分。

在觀看時需要佩戴特殊眼鏡,這種眼鏡同樣采用簡單的圖像偏光鏡來區分左眼和右眼信息。通過偏光眼鏡每只眼睛只能看到相應的偏振光圖像。在這個系統中,眼鏡很便宜,但投影幕必須特定的,以保持光線的極化。

在一個單通道的被動立體投影系統中,共需要2臺工程投影機,即每個通道需要2臺分別顯示左、右眼圖像。

優點:

  • 眼鏡成本低,易于維護;
  • 對圖形發生主機要求低;

缺點:

  • 投影機數量比主動式多一倍;
  • 每個通道由兩臺投影機構成系統結構略為復雜;
  • 可視范圍較小,且觀看時要保持水平,不能偏移;
  • 屏幕造價較高。

2. 主動立體

主動立體顯示就是用一個投影機投射圖象,某瞬間投射左眼看到的信號,下個瞬間投射右眼看到的信號。當投射左眼信號的瞬間,從工作站發出一個控制信號去控制主動立體眼鏡的左鏡片,使它打開,這個時候右眼的鏡片關閉;反之,當投射右眼圖象的時候,左眼的鏡片是關閉的。總之,主動立體的眼鏡是被控制的。

主動立體需要一個分離的IR發送器發送同步信息到眼鏡,且投影機必須配備空白間隔與快門速度相匹配。主動式立體3維的優點是可在任何投影屏幕上來實現。

在一個單通道的被動立體投影系統中,只需1臺投影機即可。實現主動投影必須使用支持120Hz刷新率的投影機,一般在每秒閃爍60次,人的肉眼不會察覺出閃爍,而每秒60次相當于屏幕每秒更新60次(60Hz)。由于左、右眼快分別以60Hz快速切換,所以得出顯示器必須支持120Hz。這使得主動立體投影需要配備專門的帶有立體顯示技術的投影機。

主動立體顯示原理如上圖所示。由圖形工作站、IR發射器、3D眼鏡以及120Hz的投影機組成。

優點:

  • 投影機數量少,系統性價比高;
  • 系統結構簡潔,易于維護;
  • 對投影幕的要求較低,適應性強;
  • 無須添加偏振鏡片,成像效果較好。

缺點:

  • 眼鏡成本高,且易人為損壞;
  • 對圖形發生主機要求高;

主動立體與被動立體性能分析

 

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