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全息术:3D 显示的未来
来源: | 作者:4SHQ | 发布时间: 723天前 | 1751 次浏览 | 分享到:



按照图1中的发展时间轴预测,实现商业化的全息3D显示大约要到2100年

发展轨迹或许不是无法改变的,所有的这一切取决于人类的不断努力。尽管实现难度非常大,但全息仍然被认为是实现3D 显示的终极技术。这是因为全息术是目前可满足适配人眼视觉系统光学要求的唯一方法。



二、人眼视觉和3D 显示

理解人眼视觉系统是如何感知三维信息对研发3D显示至关重要。


人眼视觉系统从外部获取的众多信息中来进行深度感知,而其中绝大多数重要的深度感知要素是二维信息,其中包括阴影(shading + shadowing)透视方向(perspective)相对大小(relative size)遮挡(occlusion)模糊度(blurriness + haze)


如下图2展示了在一个二维平面上的三个球,但其包含了以上列举的二维深度感知要素,这些二维深度感知要素经过人眼视觉系统后,我们会认为它们是存在于三维空间中的球。所以无论是绘画,照片,或是影像,只要上面的二维深度感知要素被植入,我们人眼就会产生三维感知效果,否则光学图像错觉就会产生。因此3D 显示系统首先需要保证以上二维深度感知要素,其次再加入和解决其他一些三维感知要素,如立体视差,运动视察和视觉辐辏调节冲突(vergence-accommodation conflict,VAC)等等。



图2:二维深度感知要素及其对深度感知的影响



基于以上信息,作者讨论了目前主要的几种3D 显示技术及其特点:


  1.  基于立体视差(Stereo disparity):常见于现在3D影院,需要穿戴3D眼镜,存在VAC。
  2. 裸眼3D 显示(Autostereoscopy):常用透镜阵列实现光场三维成像;需要用户固定在特定位置,存在VAC。
  3. 基于运动视差 (Motion Parallax,Multiview):相当于用户可移动的裸眼3D,存在VAC,所需比特率低,约10⁵ Gb/s,也是目前研究的热点。
  4. 立体显示(volumetric displays):通过预先定义好的三维空间进行光发射,散射,照明以显示三维图像。图像就像悬浮在空中,给人以极大的视觉冲击。但存在遮挡问题,且成像体积受到限制。



以上这些3D 显示技术各有利弊及其适用的应用场景,且很多受到人眼视觉系统限制而无法解决。但这些技术在最终全息术成熟之前,仍将继续向前为朝着用户体现更舒适,显示效果更佳的方向继续前进。

三、全息3D显示
全息术被证明是目前唯一可满足所有人眼视觉系统所需要素的3D 显示技术。但其挑战是巨大的,主要从三个方面阐述: