三维立体光栅片面向元宇宙的集成成像3D显示技术进展

信息产业的发展在很大程度上推动了3D显示技术的进步。科研工作者的不断努力使3D显示成为可能。21世纪以来,3D显示进入高速发展时期,特别是2009年3D电影《阿凡达》的上映掀起了全球3D显示技术的进一步发展热潮。这标志着3D技术正式进入商业模式。

3D显示技术主要包括裸眼(又称裸视)3D显示和助视3D显示两个体系[3]。其中,助视3D显示主要包括头盔3D显示和眼镜3D显示两种。助视3D显示主要基于双目视差原理,双目视差是指人的两个眼睛在观看同一景物时在观看角度上存在略微的差异,这就导致了两只眼睛在视网膜上形成的视觉图像有所不同。基于这样的工作原理,将获取到的左右视差图像分别提供给左右眼,经过大脑的视觉融合处理,人们就感知到了具有深度的3D显示效果。

因此,而人类感知世界的视觉系统是采用双目视差的原理,其中,2D显示设备无法提供双目所需要的不同视差图像,裸眼3D显示包括光栅3D显示[4-5]、全息3D显示[6-8]和集成成像3D显示[9-11]等。通过视觉获取的信息量大于80%[1],无法获得深度信息。而其它如听觉、嗅觉和触觉仅占20%。

3D显示技术应运而生,人们一直在探索这样的技术可以感知图像的深度信息,可以逼线D显示是指采用光电和计算机等多种技术手段来模拟实现人眼的立体视觉特性,将空间物体以三维信息再现出来,呈现出具有纵深感的一种显示方式。

三维(three-dimensional, 3D) 显示技术是元宇宙等领域的关键技术, 通过 3D 显示设备进入元宇宙可以将虚拟世界与现实世界进行密切融合。介绍了 3D 显示的概念和分类, 阐述了 3D 显示与元宇宙的关系. 再介绍集成成像(integral imaging, InIm) 3D 显示技术的发展历程。 考虑到集成成像 3D 显示技术的发展主要受限于 3D 分辨率低、 观看视角窄、 景深小等因素, 分析了集成成像 3D 图像性能不佳的根本原因, 并介绍了国内外解决这些问题的研究进展。随着科学技术的不断进步, 集成成像 3D 显示性能将会得到进一步提升并在元宇宙领域发挥重要作用。

人们迫切需求一种显示设备能够提供并显示图像的深度信息。光栅3D显示器包括狭缝光栅3D显示器和柱透镜阵列3D显示器[5],人类在感知世界、认识世界的过程中,1925年英国工程师约翰·贝尔德发明了世界上第一台黑白电视机[2],它们只能显示平面、无深度的图像信息,1941年研制出了彩色电视。这些显示设备以2D平面的方式显示图像。经过大脑融合获取得到深度信息。随后,这样就可以在显示技术朝着数字化、高清化、网络化等方向发展。其工作原理都是基于双目视差。通过双目获取不同视角的图像信息,光栅3D显示器与助视3D显示器的区别是将眼镜戴到显示屏上,

元宇宙是一个映射现实世界的虚拟平行世界,通过形象化的3D表现形式,给人们提供一种沉浸式、真实感的数字虚拟世界体验,通过显示设备进入虚拟世界可以进行类现实世界的大部分活动。元宇宙是整合多种新技术而产生的新型虚实融合的互联网应用和社会形态,它基于扩展现实技术提供沉浸式体验,将虚拟世界与现实世界进行密切融合。元宇宙兴起的核心目的是以引导社交网络为核心的数字空间进化到3D化的数字人和数字环境,形成一个世界统一的沉浸式体验的3D数字世界空间。3D 显示设备可以给人们提供沉浸式、高逼线D显示设备进入元宇宙的虚拟世界可以为参与者提供深度线D显示效果和沉浸感。因此,3D显示技术是一种重要的元宇宙技术。