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3D投影技术原理(主动3D,4D和被动3D,4D)

3D投影技术原理(主动3D,4D和被动3D,4D)

上海海秦花文化传播有限公司.

一、立体实现原理

     

     我们看到的物体为什么是立体的?答案很简单,因为人长着两只眼睛。人双眼大约相隔6.5厘米,观察物体(如一排重叠的保龄球瓶)时,两只眼睛从不同的位置和角度注视着物体,左眼看到左侧,右眼看到右侧。这排球瓶同时在视网膜上成像,左右两面的印象合起来人就得到对它的立体感觉了。引起这种立体感觉的效应叫做“视觉位移”。用两只眼睛同时观察一个物体时物体上每一点对两只眼睛都有一个张角。物体离双眼越近,其上每一点对双眼的张角越大,视差位移也越大。

     正是这种视差位移,使我们能区别物体的远近,并获得有深度的立体感。对于远离我们的物体,两眼的视线几乎是平行的,视差位移接近于零,所以我们很难判断这个物体的距离,更不会对它产生立体感觉了,夜望星空你会感觉到天上所有的星星似乎都在同一球面上,分不清远近,这就是视差位移为零造成的结果。

一、立体实现原理图

二、3D立体显示实现方式— 被动立体

    被动立体显示方式也称:光学偏振显示技术,主要实现方式:通过两台显示设备(投影机),同时把两个经过特殊处理(立体处理)的图像或影片同步放映,使这略有差别的两幅图像(景深差别)重叠在银幕上(偏振光学幕)。这时如果用眼睛直接观看,看到的画面是重影模糊不清的,要看到立体影像,就要在每架投影机前装一块偏振片。从两架放映机射出的光,通过偏振片后,就成了偏振光。左右两架投影机前的偏振片的偏振化方向互相垂直,因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。

    这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处,偏振光方向不改变。当观众带上偏振眼镜后,左右两片偏振镜的偏振轴互相垂直并与放映镜头前的偏振轴一致,所以每只眼睛只看到相应的偏振光图象,即左眼只能看到左机映出的画面,右眼只能看到右机映出的画面,这样就会像直接观看那样产生立体感觉。

二、3D立体显示实现方式— 被动立体

 

二、3D立体显示实现方式— 被动立体

l 技术优势:

l 1、色彩还原;使用偏振光系统时的色彩更为准确。虽然有一些源于眼镜的光线损失,但色彩更接近其原始值。鉴于眼镜的透镜本身几乎没有任何颜色,对用于偏振光系统的节目内容进行色彩纠正也更为容易。尤其是肤色,在一个偏振光系统中,看上去更为真实可信。

l 2、被动眼镜;偏振光3D使用被动式的眼镜,廉价并且不包含电器元件。偏振光眼镜的框架通常是用塑料制作的,使其相比纸质框架的3D眼镜更耐用、更能重复使用。

l 3、防止串线;由于偏振光线的特性,左眼图像被右眼看到的情况几乎不可能发生(反过来也一样)。

l 技术劣势:

l 1、亮度损失;与一个2D系统相比,所有的单投影机3D系统都有明显的亮度缩减。由于偏振系统使得一只眼睛看见一个投射图像而另一只眼镜什么都看不到。这样,在一个时间点上,人眼只看到了屏幕反射的一半光线,立即导致至少50%的亮度缩减。我之所以说“至少”,是因为偏振镜和3D眼镜都不具有完美通光效率。偏振镜其本质上只允许投影机的总光量的一部分到达屏幕。

l 2、系统复杂;由于该技术需要两套投影设备及两套播放设备因此构建系统相对比较复杂,并且对于大型被动立体融合项目,实现立体融合及同步播放较为困难。

3、效果欠佳;由于图像重叠困难,因此达到最好的显示效果较为困难;

幻灯片7

三、3D立体显示实现方式— 主动立体

    

    

    主动动立体显示方式也称:快门式3D显示技术,主动快门式3D技术是目前3D投影设备市场上应用比较广泛的3D显示技术,其需要配合主动快门式眼镜使用,原理是这样的:屏幕会先显示给左眼看的画面,这时眼镜会同步将你的右眼遮住,有点像海盗戴的眼罩那样。接着,屏幕会快速切换到给右眼看的画面,这时眼镜就会转成将你的左眼遮住,确保你看到的画面是正确的。

    主动快门式3D技术是通过交替左眼和右眼看到的图像以至于你的大脑将两幅图像融合成一体来实现,从而产生了单幅图像的3D立体感。画面交替的过程非常迅速,每秒可以到120次(120Hz刷新率),因此对人眼来说是无法看到这个左右转换的。

三、3D立体显示实现方式— 主动立体

 

三、3D立体显示实现方式— 主动立体

l 技术优势:

l 1、立体感强;由于采用单台可以实现120Hz刷新率输出的3D投影设备,因此无需进行画面重叠调试,因此该技术显示的立体效果相对于被动立体技术要强;

l 2、显示自由;该技术采用快门式切换左右眼图像,因此不需要用偏振光学镜片及偏振光学投影幕,因此该技术的显示自由度更大;就算是白墙上投影显示,依然可以实现立体效果生成;

l 3、构架简便;整个主动立体显示系统,通过单台3D投影设备就可以产生较好的3D立体效果,因此在整个系统构架上,无需像被动立体技术那样:左右眼画面分别采用投影设备,同步播放的方式,因此构架较为简单;

l 技术劣势:

l 1、画面问题:首先就是画面的亮度问题,带上这种加入黑膜的3D眼镜以后,每只眼睛实际上只能得到一半的光,再者主动式快门眼镜受那块液晶层的限制,镜片面积也不能做得太大,而且眼镜边框需要放入电池,所以其边框通常会比较宽大,使用时很容易看到四周粗粗的黑框 

l 2、可视角度;用户需要正视的角度观看3D画面,当侧躺或者是眼镜旋转一定的角度后,将看不清甚至看不到3D画面 。

3、成本较高;由于现如今主动立体设备(投影机、播放服务器、3D眼镜)价格相对较高,导致整个系统成本较高,但对比多台设备实现的被动立体系统,成本较为持平;

四、3D立体显示实现方式— 光栅立体

 光栅立体技术,也称干扰滤波器的技术,由一家德国公司Infitec制造。该系统使用一台投影机并且不需要镀银屏幕。Infitec 3D兼容的投影机有一个特殊的色轮被插入到灯泡和成像器件之间,将主色分离成不同的片段。想像一下:之前是红色、绿色、蓝色,现在则是红色1、红色2、绿色1、绿色2、蓝色1、蓝色2。特殊的干扰滤波器眼镜,允许左眼只看到标记为“1”的片段而右眼只看到标记为“2”的片段。3D眼镜使用额外的滤波器来就纠正对色彩的感知,因此眼睛所看到的东西是尽可能地接近原始电影的。你可能已经看过了这种技术:在商业影院中它被称为Dolby 3D(杜比3D)。Dolby 3D不如偏振光3D系统那样普遍应用于影院投影,但在伦敦Leicester广场的帝国影院举行的《阿凡达》的全球首映式,就使用了Dolby 3D。

四、3D立体显示实现方式— 光栅立体

1、舒适感明显增强 (主动立体因为眼镜原因舒适感最差)

2、左右立体图像隔离度好 (被动立体隔离度比较差)

3、对IG的刷新率要求不高(因为无液晶切换)

4、屏幕维护容易 (被动立体使用的偏振屏幕对维护要求比较高)

5、头部可任意活动 (主动立体有红外发射器控制范围限制)

6、戴眼镜可同时看屏幕和显示器(其它立体则受限制)

7、眼镜成本约为主动立体的1/3,不易损坏。

五、3D立体显示技术对比

对比项目

被动立体显示技术

主动立体显示技术

最终显示效果

一般

较好

对显示环境要求

较高

一般

设备构架复杂程度

较高

一般

对播放设备要求

一般

较高

安装调试难易度

较高

一般

技术应用广泛度

一般

较高

整体设备成本

一般

一般

 

 

六、3D立体播放及融合技术

 

       NVIDIA 3D Stereo并不是显卡的负担。通过安装最新的驱动程序,我们就能够在一块NVIDIA GeForce 9600GT或更高级别的显卡上实现这项技术,并且通过NVIDIA专用的3D眼镜观看液晶显示器上的3D画面。

NVIDIA 3D Stereo采用的画面交错(Page Flipping)的方式实现3D效果的。液晶显示以奇偶帧交错显示左右眼的视频,然后通过3D眼镜交错屏蔽让双眼获得不同的图象以及视觉位移,从而实现3D立体图象。其核心技术就是通过红外传感器联动,使3D眼镜左右眼切换同步与奇偶帧完全同步。另外,NVIDIA这项技术还支持多个3D眼镜同时工作,亲朋好友可以一起玩3D游戏或者看立体电影,更具娱乐性。

七、主动3D融合处理器介绍

 

       NVIDIA 3D Stereo并不是显卡的负担。通过安装最新的驱动程序,我们就能够在一块NVIDIA GeForce 9600GT或更高级别的显卡上实现这项技术,并且通过NVIDIA专用的3D眼镜观看液晶显示器上的3D画面。

NVIDIA 3D Stereo采用的画面交错(Page Flipping)的方式实现3D效果的。液晶显示以奇偶帧交错显示左右眼的视频,然后通过3D眼镜交错屏蔽让双眼获得不同的图象以及视觉位移,从而实现3D立体图象。其核心技术就是通过红外传感器联动,使3D眼镜左右眼切换同步与奇偶帧完全同步。另外,NVIDIA这项技术还支持多个3D眼镜同时工作,亲朋好友可以一起玩3D游戏或者看立体电影,更具娱乐性。

八、主动立体显示应用—多媒体会议室

 

 

八、3D多媒体会议室系统应用示意图

 

 

八、3D多媒体会议室系统应用优势

1.     通过ST3D-M作为信号处理终端的多媒体会议系统不但具备常规会议应用的功能以外,并且还存在更多优势;下面我简要介绍一下主要应用优势:

l   简单的配置、较强的效果;

l 通过主动立体融合服务器可以实现最好的立体显示效果,并且无需多台显示设备实现立体,通过单台3D显示设备轻松实现震撼的立体显示效果;

1.  一机多能,融合、播放、立体显示轻松实现;

1. 单台处理设备完全可以实现双通道投影融合立体显示,并且不用借助任何外接设备,轻松实现将立体片源播放在融合后的大屏幕上;

l  2D3D切换变为可能;

l 由于主动立体服务器默认输出120Hz刷新率图像,因此通过服务器均可以简单实现2D3D在不同应用时轻松转换;

l  2D3D同屏显示;

由于处理器支持多窗口输出功能,因此完全可以将2D画面及主动3D画面同时显示在一个融合大屏幕上;

九、主动立体显示应用—仿真

 

 

 

 

 

九、3D虚拟仿真系统应用示意图

 

 

 

八、3D虚拟仿真系统应用优势

l     通过DESKOUT3D-M作为虚拟仿真平台服务器时具有以下优势:

l   卓越的性能;

l 服务器所有硬件均采用图形工作站最好硬件配置,对于3D图形制做软件:3DMAX、玛雅等建模及3D动画制作软件运行自如,并且轻松运行大型虚拟仿真平台;

l  超强的立体显示效果;

l 通过服务器实现主动式立体显示,完全超越被动立体显示效果,并且对现实环境要求较低,显示亮度损失较小,并且服务器使3D眼镜左右眼切换同步与奇偶帧完全同步,达到最好的立体显示效果;

l  自带主动立体融合功能;

l 一般主动立体都是通过一台主动投影机进行显示,无法实现多台融合功能,但通过DESKOUT3D服务器完全可以实现多台3D投影设备融合,并且实现融合后大屏幕3D立体显示;

l  自带桌面融合+高清播放

该系统不但支持主动立体融合,并且自带桌面融合及高清立体播放功能,可以直接运行虚拟仿真平台或播放高清立体片源;

六、主动立体显示应用—3D培训室、实验室

 

 

 

九、3D虚拟仿真系统应用示意图

八、3D虚拟仿真系统应用优势

l     通过IP3D-M 作为整个培训系统信号处理终端时具有以下优势:

l   主动立体显示;

l 通过该设备可以在虚拟仿真实验室、3D软件培训室、动画制作工作室等应用时,实现主动3D显示,并且随时可以将制作好的片源或软件在服务器上运行,并实时观看制作好的3D立体效果;

l  真正的网络流媒体信号传输;

l 传统系统信号传输技术依然应用网络抓屏技术或远程桌面连接技术,并不能实现动画、视频、3D场景等动态视频信号的传输;但通过应用现如今最先进的IP流媒体编解码技术,实现视频、音频、动画、3D模型及场景等信号流畅显示;

l  良好的教学及分析交互性

l 学生机共享信号控制权限,增强学生与教室间交互性,无论教师授课还是学生讲解完全可以实现学生机与教室机之间交互,并且轻松将学生机信号传输显示至授课大屏幕上;

l  简单系统组建、强大功能体现

通过简单的系统组建可以提供更多功能;如:虚拟仿真平台运行、主动3D显示播放、录播功能、回放功能、融合功能等;

六、主动立体显示应用—博物馆

 

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