視差性立體顯示器通過(guò)為用戶左右眼生成兩幅有視差的圖像，從而使用戶產(chǎn)生深度知覺(jué)(立體視覺(jué))。在視差型立體顯示技術(shù)方面，北京理工大學(xué)課題組利用這一原理已經(jīng)研發(fā)出簡(jiǎn)易3D立體顯示器、軸對(duì)稱式立體頭盔顯示系統(tǒng)以及自由曲面光學(xué)透視式頭盔顯示器等相關(guān)產(chǎn)品。

    在裸眼立體顯示技術(shù)方面，課題組目前已研發(fā)出多投影機(jī)柱面柵屏幕立體顯示系統(tǒng)、基于斜光柵的自由立體顯示器以及360°懸浮顯示方法和系統(tǒng)等。

    在進(jìn)行立體拍攝顯示技術(shù)研究時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，由于人眼的視覺(jué)生理機(jī)理和立體顯示原理不同，立體圖像往往都存在畸變，畸變使立體影像缺乏真實(shí)深度感，影響立體顯示效果。同時(shí)在一些對(duì)深度信息要求比較嚴(yán)格的應(yīng)用領(lǐng)域，例如遙感遙測(cè)、機(jī)器人視覺(jué)、手術(shù)導(dǎo)航和立體觀測(cè)等，其要求立體影像與真實(shí)場(chǎng)景盡可能一致，否則將影響觀看者充分利用立體顯示的空間深度信息，無(wú)法做出準(zhǔn)確的形狀和位置判斷。2006年，課題組經(jīng)研究提出了一種可消畸變的立體拍攝顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，首次將拍攝、顯示和觀看等系統(tǒng)綜合考慮，用戶采用該設(shè)計(jì)方法可以獲得正面小視場(chǎng)觀看時(shí)一定深度范圍內(nèi)的無(wú)畸變影像。

    另外，目前基于視差柵的自由立體顯示器尚有一個(gè)重要環(huán)節(jié)不完善，就是它的圖像源都是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)加工的圖像，無(wú)法解決真實(shí)性和實(shí)時(shí)性的問(wèn)題，無(wú)法完成實(shí)拍實(shí)顯，而且圖像動(dòng)畫開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，投資較大，表面內(nèi)容不豐富。在醫(yī)療手術(shù)、機(jī)械裝配、氣象分析和空中交通管理、軍事指揮以及廣告娛樂(lè)等領(lǐng)域中，這一問(wèn)題則更為突出。目前我們正在開(kāi)發(fā)一種多視角立體攝像裝置，通過(guò)硬件同步采集多視角圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)編碼處理，配合現(xiàn)有的自由立體顯示器還原真實(shí)的立體場(chǎng)景。

    舒適度問(wèn)題有待解決

    大屏幕立體顯示系統(tǒng)立體展示效果好，臨場(chǎng)感強(qiáng)，在大型立體影院中深受廣大觀眾喜愛(ài)。尤其是2009年上映的3D電影《阿凡達(dá)》更是將視差型立體顯示技術(shù)展現(xiàn)到了極致，獲得了空前的成功，標(biāo)志著立體電影時(shí)代的開(kāi)始。但在實(shí)際應(yīng)用中，大屏幕立體顯示系統(tǒng)也暴露出一些問(wèn)題，例如長(zhǎng)時(shí)間觀看3D電影會(huì)導(dǎo)致頭暈和視疲勞，觀看位置、屏幕大小影響觀看效果以及立體影像存在畸變,畫面缺乏真實(shí)深度感等問(wèn)題。

    北京理工大學(xué)課題組自2009年起開(kāi)始進(jìn)行立體顯示舒適度研究，將影響舒適度的因素分為系統(tǒng)安裝制造引起的畸變(視差圖形狀和顏色差異、投影機(jī)安裝、刷新率)和立體顯示機(jī)理與人眼視覺(jué)生理不同而引起的畸變。前者可通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)系統(tǒng)安裝調(diào)試進(jìn)行要求來(lái)解決；后者則可以進(jìn)行理論研究，選擇合適的拍攝顯示觀看參數(shù)，將不舒適性降低到人體可接受范圍之內(nèi)。目前這方面的研究正在進(jìn)行當(dāng)中，同時(shí)我們還在進(jìn)行與人眼主觀觀看效果一致的立體顯示系統(tǒng)畸變檢測(cè)方法研究，研究完成后可對(duì)3D節(jié)目制作(實(shí)拍或者電腦制作)進(jìn)行指導(dǎo)，對(duì)立體顯示系統(tǒng)和觀看場(chǎng)所的設(shè)計(jì)進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)。

    著眼真三維觸摸技術(shù)

    除進(jìn)行視差型立體顯示技術(shù)、裸眼立體顯示技術(shù)的研究之外，2007年，課題組研制成功了擁有完全獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于多投影機(jī)的全彩色真三維顯示系統(tǒng)。基于該系統(tǒng)，課題組申請(qǐng)了發(fā)明專利———“基于多投影機(jī)旋轉(zhuǎn)屏的體三維顯示系統(tǒng)”，并于2009年獲得廣東省產(chǎn)學(xué)研重大項(xiàng)目支持。目前我們正在進(jìn)行第二代樣機(jī)的研制，力求進(jìn)一步增大顯示空間。

    為使用戶可以零距離接觸真三維立體影像，并與真三維顯示系統(tǒng)進(jìn)行交互，2008年，課題組開(kāi)始真三維顯示可觸摸技術(shù)的研究，申請(qǐng)發(fā)明專利——— “基于多投影機(jī)旋轉(zhuǎn)屏三維影像可觸摸的真三維顯示方法”。系統(tǒng)將光學(xué)懸浮成像技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)和真三維顯示技術(shù)三者結(jié)合，使用戶可通過(guò)不同的手部位置和姿態(tài)對(duì)真三維圖像進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等實(shí)時(shí)操作，實(shí)現(xiàn)虛擬裝配、虛擬三維雕塑、虛擬立體繪畫等功能。同時(shí)，用戶也可通過(guò)手指或三維鼠標(biāo)進(jìn)行三維體元的選控，實(shí)現(xiàn)圖像上部分內(nèi)容的標(biāo)示可用手指點(diǎn)擊等功能，使系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性、魯棒性以及用戶使用舒適度方面具有較高的水平。

    我們下一步的工作重點(diǎn)包括：

    第一，為提高頭盔顯示器的舒適程度，采用新型光學(xué)元件，改進(jìn)頭盔光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步減小系統(tǒng)的體積質(zhì)量，進(jìn)而減輕整體系統(tǒng)的質(zhì)量。

    第二，為滿足寬視場(chǎng)高分辨率的要求，開(kāi)展新型結(jié)構(gòu)的探索，研究新的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)具有高度浸沒(méi)感的3D頭盔顯示技術(shù)。

    第三，建立立體顯示舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和客觀檢測(cè)方法，進(jìn)一步擴(kuò)大基于多投影機(jī)的真三維顯示系統(tǒng)顯示空間，提高圖像亮度，并實(shí)現(xiàn)在醫(yī)療和游戲娛樂(lè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

    第四，開(kāi)展無(wú)掃描運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、無(wú)噪聲、無(wú)振動(dòng)、可靠性高、成本相對(duì)較低、無(wú)需佩戴任何輔助設(shè)備也無(wú)需頭部跟蹤、可360度周視觀看、可實(shí)現(xiàn)水平視差和垂直視差的3D顯示系統(tǒng)的研究。