真三维立体显示技术分类、特点及展望

真三维显示是三维显示的最终目标。真三维显示的特点如下： （1）可实现人机交互和动态三维显示； （2）具有移动视差,观察者可任意移动； （3）可具有超过 1 亿体元的三维图像分辨率； （4）可进行三维测量； （5）无需佩戴任何辅助工具，例如三维眼镜等。

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： （1）自动分光立体显示技术； （2）分光立体眼镜； （3）全息术； （4）真三维立体三维显示。     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 3D 技术。体三维显示目前正处于研究阶段，可分为两大类；扫描体显示和固态体显示。其中前者代表作如 Perspecta 和 Felix3D, 后者代表作如DepthCube。

    Perspecta 采用柱面轴心旋转外加空间投影的结构，一个由马达带动的旋转频率高达 730rpm的直立投影屏，其由很薄的半透明塑料制成。如需显示可全方位观察的自然 3D 物体，Perspecta 将首先通过自带软件生成该物体的剖面图(约 198 张)，每张剖面图分辨率为798×798像素，当直立投影屏每旋转2度，Perspecta会更换一张投影至此屏幕上的剖面图，直立投影屏的高速旋转从而导致多个剖面被高速投影至屏幕上，最终产生自然的三维立体物体景象。     Perspecta 的投影帧：98×730÷60=2409fps，此速度足以迷惑我们的眼睛，从而利用人类的视觉滞留原理，使观察者感受到真实的 3D场景。 优点：制造成本低，结构简单，允许从多个角度观察 缺点：亮度容易受到背景光影响，安置平台要求高平稳度

    Felix3D 拥有一个很直观的结构框架，它是一个基于螺旋面的旋转结构（如图 3 所示），一个马达带动一个螺旋面高速旋转，然后由 R/G/B 三束激光会聚成一束色度光线，经过光学定位系统打在螺旋面上，产生一个彩色亮点，当旋转速度足够快时，螺旋面看上去变得透明了，而这个亮点则仿佛是悬浮在空中一样，成为了单个体像素(空间像素，Voxel)，多个这样的 Voxel 便能构成体直线、体面，直到构成一个 3D 物体。目前这套系统仍处于实验室阶段。

    DepthCube 三维显示系统同样也代表着固态体显示技术的最高成就，其外形如同一台 70 年代的老式电视机。     DepthCube 的显示介质由 20 个液晶屏层叠而成，每一个屏的分辨率为 1,024×748 像素，屏与屏之间的间隔约为 5mm。这些特制屏体的液晶像 素具有特殊的电控光学属性，当对其加电压时，该像素的液晶体将像百叶窗的叶面一样变成平行于光束的传播方式，从而令照射该点的光束透明穿过。而当对其电压为 0 时，该液晶像素将变成不透明，从而对照射光束进行漫反射，形成一个存在于液晶屏层叠体中的 Voxel。在任意时刻，有 19 个液晶屏是透明的，只有 1 个屏是不透明的，呈白色的漫反射状态。DepthCube 将在这 20 个屏上快速地切换显示 3D物体截面从而产生纵深感，它还采用了一种名为“三维深度反锯齿”(3D depth anti-aliasing) 的显示技术来扩大这 20 个屏所能表现的纵深感，令 1,024×748×20 的物理三维空间分辨率实现高达 1,024 ×748×608 的显示分辨率。和 Pe rs pe cta 一样，DepthCube 也采用了 DLP 成像技术，由于 DepthCube 的观察角度比较单一，主要是在显示器的正面，因此并不需要像 Perspecta 一样高的帧频，其每秒钟仅需显示1,200 个截面即可产生足够的体显示效果。 优点：无需和Perspecta一样高的帧频，每秒只需显示1200个截面即可 缺点：观察角度单一

    尽管选取了最具代表和最有市场前景的体三维显示系统Perspecta 和 DepthCube，但和所有体三维显示同技术一样，其均存在部分缺陷，如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，以及需进一步处理旋转运动带来的机械振动问题，从而解决系统的稳定性；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。     真三维立体显示尽管仍然存在很多不足但目前已经在各行各业发挥了巨大作用，如果能逐步减轻甚至消除这些不足，真三维立体显示技术将为人们的生活带来翻天覆地的变化。

【1】曾崇,杨伟萍.真三维立体显示技术探讨[J].信息通信,2014(11):34. 【2】刘涛,吕国强,童浩,常云飞.真三维立体显示技术研究现状与进展[J].现代显示,2010(10):33-36+40. 【3】姜太平,沈春林,谭皓.真三维立体显示技术[J].中国图象图形学报,2003(04):3-8.