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1、三维技术基础与艺术欣赏陈永强 教授数学与计算机学院E-mail:Tel:153371857851教学内容主要讲解三维测量、三维静态建模、三维动态仿真、三维重建、三维显示、三维打印、三维动画、三维游戏、三维影视等基本原理和技术；引导学生科学鉴赏三维图形图像、三维动画游戏和三维电影艺术；了解和熟悉三维领域涉及的基本概念和思维方式，了解三维技术最新发展和动态，能更好适应现代三维科技时代的学习工作生活。2教学内容第1章三维技术概述第2章三维测量技术第3章三维建模技术第4章三维重建技术第5章三维显示技术第6章三维打印技术第7章三维动画技术第8章三维游戏技术第9章三维影视技术3第5章三维显示技术3D成象原
2、理原理：人类的左眼和右眼在水平方向上有56.5cm的位移，因此左右眼所看见的画面中对应实际物体上同一点存在一定距离，通过这种差别判断物体的远近和深度，即视差parallax原理。根据“视差”原理，把同一景像用两只眼睛视角的差距制造出两个影像，然后让两只眼睛各看到对应自己一边的影像，就能刺激大脑产生3D（3Dimensions）立体效果的。景深感受形象举例：1、大家可以轮流闭上一只眼试试看同一个东西，侧面不同 2、单眼对笔尖比双眼困难很多4第5章三维显示技术3D成象原理5不同距离的物体在两个视网膜上成像的夹角不同，从而分辨出远近。第5章三维显示技术3D显示技术发展6第5章三维显示技术3D显示技术
3、发展7第5章三维显示技术3D显示技术发展电视机显示屏发展概况8第5章三维显示技术3D显示技术分类93D显示技术眼镜式偏光式快门式色差式头戴式裸眼式光栅式体三维式全息式前置光栅式后置光栅式狭缝光栅式柱镜光栅式双视点多视点双视点多视点第5章三维显示技术3D显示技术分类偏光式眼镜3D10 利用光波振动的方向性来做左右眼影像的区分。由于线偏光容易产生串扰问题，目前的产品全部采用圆偏光系统。第5章三维显示技术3D显示技术分类偏光式眼镜3D11 空间分割式偏光眼镜3D显示系统，优点是刷新频率不变，缺点是分辨率下降。时间分割式则优缺点互换。第5章三维显示技术3D显示技术分类快门式眼镜3D快门式眼镜3D系统类
4、似于时间分割的偏振式眼镜3D系统，大多是利用液晶控制透光度来做遮蔽 在屏幕上以两倍的场频交互地显示左眼和右眼的影像，而快门眼镜则会动态地屏蔽使用者的左眼和右眼，利用人眼的视觉暂留机制，两眼影像叠加后产生双眼视差。整套系统所需要的硬件，除了主动眼镜本身外，还需要一台可以拥有两倍以上更新率的显示装置。另外，立体眼镜也还要有办法可以和屏幕的画面同步。优点：显示屏无改动 缺点：眼镜较贵且较重 12第5章三维显示技术3D显示技术分类视差挡板式裸眼3D13视差挡板就是在光路加上一些遮蔽物，把部分方向的光遮住，只让某些角度的光可以传出去。挡板的位置经过精密计算，可以左眼像素（绿色）只被左眼看到，右眼像素（红
5、色）只被右眼看到。优点：结构及制作比较简单缺点：分辨率下降，亮度下降第5章三维显示技术3D显示技术分类柱透镜式裸眼3D14 基本原理是在面板前方，放上经过精确计算的透镜来改变光线的方向。由左眼像素发出的光，会经过透镜的折射，都进入左眼的区域，同样的右眼的像素也只进入右眼。优点：亮度没有损失缺点：分辨率下降，柱透镜 加工精度要求较高第5章三维显示技术3D显示技术分类体三维显示技术眼镜式及裸眼式3D显示的缺陷：仅利用了3D视觉中的双眼视差效应，但由于成像都在显示屏表面，焦距固定，使得眼睛无法象观看一个真实物体时那样调节焦距，没有物理深度感。体三维显示技术的提出就是为了解决这个问题，其图象是在真正的
6、三维空间构造，使得表现出的三维物体既有心理景深，更有物理景深。15第5章三维显示技术3D显示技术分类基于发光介质的体三维显示16 利用两束可独立控制的能量射线（如激光）射入特定介质内，单根射线的能量不足以激发跃迁。但两束射线交叉点高于跃迁能级，导致该点发光。控制射线扫描便可形成由体素点集组成的三维图像。问题：尚无合适的激励源和发光介质；体素总量 无法提高。第5章三维显示技术3D显示技术分类基于运动扫描的体三维显示17优点：结构简单缺点：清晰度受限；平板旋转屏三维体素的空间分布不均匀。基于LED阵列平板旋转的三维显示 第5章三维显示技术3D显示技术分类基于运动扫描的体三维显示18 螺旋面片上的像
7、素运动情况即等价于像素沿轴向在两个相距360/N的水平面间作竖直移动，因此体素大小可以近似均等第5章三维显示技术3D显示技术分类基于运动扫描的体三维显示19Felix 3D 系统 优点：不需要复杂的转向光学部件缺点：激光扫描器的速度有限，显示容量受限 第5章三维显示技术3D显示技术分类基于运动扫描的体三维显示20Perspecta 3D 系统 采用柱面轴心旋转外加空间投影的结构优点：旋转结构简单，能显示近10亿个体象素 缺点：为了解决平面屏带来的体素重叠死区，引入了复杂精密的光学中 继转向器件，增加了系统的制备难度和生产成本。第5章三维显示技术3D显示技术分类静态层叠式体三维显示21Depth
8、Cube 3D 系统利用DLP投影，在层叠胆甾液晶屏幕上显像 优点：避免了运动扫描方式固有的亮度和旋转问题 缺点：观看角度受限，成本较高。第5章三维显示技术3D显示问题2D/3D转换目前出售的3D显示器必须要向2D兼容，2D/3D间需要一键切换。对于眼镜式3D，只要把眼镜去掉，并把左右眼视差信号变成同样的信号，就可以完成转换。对于裸眼3D，已发明了主动控制的技术（液晶挡板或液晶透镜），技术问题已经解决，成本问题尚存。22第5章三维显示技术3D显示问题231.加电改变排列方向，使折射率由ne变成no，与同它配套的凹透镜折射率相同。2.以液晶层控制入射光折射率，决定柱状透镜是否作用。3.以液晶改变
9、折射率的原理，用液晶层虚拟透镜的效果。第5章三维显示技术3D显示问题价格在3D节目的拍摄、制作、传输方面的问题没解决前，依赖蓝光影碟机提供节目源，3D只能是电视机的一个附加功能，价格成为成功的关键。眼镜3D中快门眼镜+普通显示屏的方式成本更加可控。裸眼3D中普通视差障板成本最低，但无法实现2D/3D转换，进入不了家庭市场。24第5章三维显示技术3D显示问题消费者体验眼镜式：无法边看电视边做别的事情；快门式眼镜太重，有压迫感；长时间观看有眩晕感。裸眼式：双视点系统头稍稍偏一下就可能看到错误的图像，引起眩晕或者头疼。多视点系统分辨率下降太大，画质受损。25第5章三维显示技术3D显示问题26 多视点系统使看到错误图像的概率大大下降，而且在不同位置，可以感觉到不同的3D效果。第5章三维显示技术总结眼镜式3D显示技术已经具备进入家庭的条件。3D电视的用户体验还不够好，目前只适合成为电视机的附加功能。从技术路线看，3D电视只是目前产品的升级，产业链格局不会有大的变化。27