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走近3D(二):主动立体与被动立体

2014年09月11 14:52 来源:曼恒数字

目前市场上立体投影解决方案有很多种,最为普遍的成像方式有主动式立体显示和被动式立体显示两种。主动式立体显示是这两年兴起的立体显示方式,无论在显示性能和设备价格方面都体现了优越性,逐渐成为主流的虚拟仿真解决方案。

一、立体成像原理

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。

人类的眼睛相距有一定的距离,所以在观察一个三维物体时,由于两眼水平分开在两个不同的位置上,所观察到的物体图像是不同的,它们之间存在着一个像差,由于这个像差的存在,通过人类的大脑,我们可以感到一个三维世界的深度立体变化,这就是所谓的立体视觉原理。

据立体视觉原理,如果我们能够将我们的左右眼分别看到两幅在不同位置拍摄的图像,我们应该可以从这两幅图像感受到一个立体的三维空间。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。

二、立体投影的分类

立体投影的分类:主动立体和被动立体。

1. 被动立体

被动立体技术是将影象信号输出到信号分转设备用,然后接到两台垂直叠加的投影机,用两台投影机同时投射一幅影象,一台投影机投右眼影象,一台投影机投左眼影象。两台投影机要配置偏振镜片,采用不同的极化方向。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。

在观看时需要佩戴特殊眼镜,这种眼镜同样采用简单的图像偏光镜来区分左眼和右眼信息。通过偏光眼镜每只眼睛只能看到相应的偏振光图像。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。

在一个单通道的被动立体投影系统中,共需要2台工程投影机,即每个通道需要2台分别显示左、右眼图像。

优点:

  • 眼镜成本低,易于维护;
  • 对图形发生主机要求低;

缺点:

  • 投影机数量比主动式多一倍;
  • 每个通道由两台投影机构成系统结构略为复杂;
  • 可视范围较小,且观看时要保持水平,不能偏移;
  • 屏幕造价较高。

2. 主动立体

主动立体显示就是用一个投影机投射图象,某瞬间投射左眼看到的信号,下个瞬间投射右眼看到的信号。当投射左眼信号的瞬间,从工作站发出一个控制信号去控制主动立体眼镜的左镜片,使它打开,这个时候右眼的镜片关闭;反之,当投射右眼图象的时候,左眼的镜片是关闭的。总之,主动立体的眼镜是被控制的。

主动立体需要一个分离的IR发送器发送同步信息到眼镜,且投影机必须配备空白间隔与快门速度相匹配。主动式立体3维的优点是可在任何投影屏幕上来实现。

在一个单通道的被动立体投影系统中,只需1台投影机即可。实现主动投影必须使用支持120Hz刷新率的投影机,一般在每秒闪烁60次,人的肉眼不会察觉出闪烁,而每秒60次相当于屏幕每秒更新60次(60Hz)。由于左、右眼快分别以60Hz快速切换,所以得出显示器必须支持120Hz。这使得主动立体投影需要配备专门的带有立体显示技术的投影机。

主动立体显示原理如上图所示。由图形工作站、IR发射器、3D眼镜以及120Hz的投影机组成。

优点:

  • 投影机数量少,系统性价比高;
  • 系统结构简洁,易于维护;
  • 对投影幕的要求较低,适应性强;
  • 无须添加偏振镜片,成像效果较好。

缺点:

  • 眼镜成本高,且易人为损坏;
  • 对图形发生主机要求高;

主动立体与被动立体性能分析

 

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