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分类: Android平台

2015-02-11 10:38:31

    这种显示器不需要眼镜就能提供立体显示,并且很多情况下,也不需要头部跟踪[28]。这种显示器产生多幅不同的图像,这其中的每一幅图像仅仅在特定的视区可见。在最佳观看距离,这些视区一般20-30mm宽,并且一个视区紧靠另一个。每一个用户的眼镜都在不同的视区,所以每一只眼睛看到不同的图像,基于此,就可以获取立体图像。多幅图像由多个摄像机产生,真实或者虚拟的,呈水平行排列。
    这一类的显示器传统地被称为自动立体:因为它能自动产生立体而不需任何人工辅助。为了消除歧义,这通常被称为“多视觉自动立体”。最近,这个术语被Konrad and Agniel描述为自动立体,作为这类显示器的一种简称。
    很多技术被开发出来产生这种立体效果。所有的这些,都有一个最佳观看距离,所有的都有3D工作的区域也有3D不工作的区域。对于这些区域的分析,以及任意给定位置什么是可见的分析,在Dodgson的论文里面有详细的介绍[30][31]。需求的视图区域数量的实证分析,以及任务性能的好处,在Hassaine[23]的论文里进行了介绍。
3.1 光栅显示器
    最普通的多视觉显示类型是采用光栅小透镜:在平板显示器前面,垂直切片一一邻近柱面对接。这保证了空间上每一列像素仅能对特定的区域可见,从而将底层显示器的分辨率分隔成很多离散的视图:每一视图对应每一区域可见。光栅的传统垂直对齐,有两个问题。空间上,视图域之间存在黑色地带,在这些黑色地带,像素间的间隔(gap)投影到了显示器,而不是像素本身。另一方面,传统的光栅显示器,源于特殊目的,限制到了4个视图,因为底层显示的水平分辨率是视图间共享的。相比较而言,垂直分辨率,不是视图间共享的。每一个视图有相同的垂直分辨率。例如,一个平面1920×1080的显示器,将变成四个480×1080的显示器。
    1996年,Philips的van Berkel,成功的生产了一个七视图的光栅显示器,其采用的方法是将光栅相对于底层像素(underlying pixels)倾斜放置[32],这种技术由Winnek在1968年提出[33][34]。这种技术解决了黑色地带的问题。这种技术将水平分辨率和垂直分辨率都进行了 分割。因而它成功生产出了一个比四视图更多并且水平垂直两向分辨率均可用的多视觉显示器。很多商用的光栅显示器都采用了这种倾斜光栅的方式,例如已经可用的产生七个到九个视图的光栅显示器。Hassaine等最近的研究[23],针对于任务性能需求的最优视图数,展示了一个少的视图数(每cm少于一个视区)是要求获取良好立体效果的最大值。Speranza [35]等建议更多的视图数,能提供更好的平滑性。有一些实验显示器有更多的视图数,例如LG Display公司的60视图实验显示器,但他们的独立视角分辨率太低,以至于难以实用。
(LG显示器的每一个视图分辨率仅260×480像素数)。


3.2 视差屏障显示器
    另一类多视觉显示器设计,采用一个视差屏障(或者光栅屏障,raster barrier)元件,这个元件里面有垂直或者倾斜半透明和不透明的区域阵列。这使得屏障一侧的观察者只能看到屏障另一侧光亮度的子集。这也使得每一侧的一组视区仅某一部分像素可见。与光栅显示相比,采用垂直狭缝将限定一个实际的显示器在四个视图之内。并且,相比光栅显示器,倾斜屏障将获得更多视图[37]。传统上,视差屏障并没有光栅显示成功,因为视差屏障显得不那么亮,设计屏障阻隔了大部分的光。
    最近十年,视差屏障有三个有趣的扩展,每一个扩展都让它更加有吸引力。第一,4D- Vision生产了一个“波长选择滤波器阵列”,为红绿蓝分量分别提供一个视差屏障,像他们所声称的,能提供一个更好的视觉效果[37]。第二个扩展,视差屏障被设计为动态的,能够在人眼整合时间之内根据某一点屏幕上对人眼可见的像素部分进行快速地改变[38]。第三个扩展,显示器从两个完全可寻址面板进行构建。并且为了构造两个面板上像素的最优颜色,一个系统方程的解被采用[39]。前面板仍旧可以考虑使用视差屏障,某种意义上来讲,这个扩展想法好到超出了传统观念的屏障,并且这第三个扩展把我们带出了水平视差显示器的境界。


3.3 多投影器显示器
    以上两种方法都以分隔底层面板的分辨率为多个低分辨率视图的方式工作。多投影器显示器,相比较而言,采用单投影器产生每一个视图。这些投影器以水平行的方式以一定距离被挂载在一个特定的屏幕后面。这个屏幕一般是一个垂直扩散双光栅镜头或者全息光学元件,采用一个单投影器在屏幕前面产生每一个窄区。这样做的结果是,从视觉上看,基本上跟视差屏障和光栅显示器一样,以同一种方式工作,如Dodgson所描述的[30][31]。多投影器显示器的优势是屏幕可以更大。因为它的大小并不被底层平面板的大小所限制。其缺陷在于,每一个视图需要一个投影器,并且这些投影器需要被精确的对齐。尽管如此,几个实验室大力的研究了这种显示器,包括一个十六视图实验显示器Mitsubishi[40]和一个128视图的实验显示器(东京农业技术大学) [41]。
    伴随视图数目的增加,术语也到了最高程度,如超多视显示器[41]。这些显示器视区之间的间距非常小,甚至单个slice比人眼瞳孔还要窄。这种密度一经达到,Speranza总结了[35]继续增加密度将不能提升平滑性。然而,最近的研究建议,构建宽度跨越瞳孔宽度的可产生多视图的显示器,会带来一些好处。它也有可能可以支持物理的 accommodation cues,Hoffman [43]总结了这些特征对于较近观看距离的精确深度再现是非常重要的。
    另一个可选方法是对投影器时分复用,因而单个投影器可以产生多个视图。原型是采用单个投影器产生四到十六腑视图。这种显示器已经多达28视图,四个投影器,每一个产生七幅视图[44]。这种显示器的光路长度要求使得它们在商业上不那么有吸引力,在这么一个平板显示器的年代。


3.4 采用全息元件的显示器
    两家公司,Holografika and Qinetiq,已经尝试通过以不同的跟踪方式来解决视图密度的问题:基本思想是通过某些更接近连续的东西来代替离散视区。两家公司在他们的显示器里面都采用了全息元件,单是用的是不同的方法。
    Holografika生产了一种显示器,采用了一列全息光学元件(HOE)作为它的主屏幕[45],[46]。这些元件将来自屏幕后面不同方向的光线导向到屏幕前面不同的扇形片。屏幕由一系列的激光投影器点亮,每一个激光投影器都经过了调制,因此屏幕上每一个“像素”由几个来自不同角度的投影器点亮。HOE表保证了这些光束都能准确地控制角度来发出,从而每一个像素从所有方向来看都是可见的,但是像素点的颜色在不同的方向看可以不一样。这样的效果类似于水平视差多视觉显示器,但Holografika公司仅允许水平方向的不同。没有垂直方向的调制器。它不同于多视图显示器的关键在于它没有独立的视图,如Dodgson所描述的那样[30][31]。每一个像素有其自己的角度扇区集合(angular sectors set),由其相对于激光投影器的位置决定。这意味着看到的图像看起来更加连续,而不是像其他显示器那样在视图之间有跳跃感。这也意味着为Holografika显示器创建图像不是将多个相机获取的多幅图像进行渲染(render)这么简单,而是需要一个复杂的视图交织调度。Holografika的显示器有107到108之间数量的像素数。这个像素数类似于超多视(super-multi-view)显示器,超多视显示器有约102多个视图,每个视图约106多像素。
    Qinetiq公司采用光学寻址空间光调制器(optically-addressed spatial light modulators (OASLM)),OASLM能影响激光的相位[47]。最后的干涉图像(interference patterns)达到全息效果。空间量化也被纳入需求,这将使得计算必要的相位阵列成为可能,因而达到的效果将类似于水平视差多视图显示器。同时垂直视差也可以获取,只是比水平方向会丢失一部分的视觉感知能力。采用三个不同颜色的激光器、时分复用不同颜色通道,那么他们就能展示全色类全息图像。他们的实验系统采用108像素来产生140mm宽的图像,更新频率达到了30HZ。做真实的全息显示器,Qinetiq预计他们需要1011像素数[48]。但这以当前的技术水平明显是不可能的,但未来的发展使得这样的显示器也将有可能实现。
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