摘 要：傳統(tǒng)的二維甚至封閉的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備已不足以滿足人們對視覺體驗(yàn)的追求，為了體驗(yàn)更加真實(shí)的三維顯示效果，人們對光場三維做了大量研究。文中簡要比較了實(shí)現(xiàn)三維的經(jīng)典技術(shù)，并基于光場相機(jī)以及仿生的原理，提出了一種全新的三維光場重建技術(shù)的構(gòu)想。同時(shí)針對光場顯示的不同實(shí)現(xiàn)方法，討論了光場三維的應(yīng)用與前景。

關(guān)鍵詞：三維顯示；光場相機(jī)；仿生；光場重建

1 研究現(xiàn)狀

隨著光電顯示等一系列技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)二維顯示已不能滿足人們的需求，而三維立體顯示技術(shù)可以給觀察者身臨其境的感受，其全新的用戶體驗(yàn)受到歡迎。為了能夠更加真實(shí)的還原三維世界，國內(nèi)外進(jìn)行了大量研究，目前成熟的顯示技術(shù)分為兩種，一是光場顯示[1]技術(shù)，Balogh[2]等于2006年推出HoloVizio三維顯示系統(tǒng)，之后又將光場[3]采集裝置引入其中，實(shí)現(xiàn)從光場采集到三維顯示的解決方案。浙江大學(xué)劉旭[4，5]團(tuán)隊(duì)研發(fā)到目前為止世界最大的光場三維顯示系統(tǒng)。北京理工大學(xué)陳飔[6]團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出了周視懸浮立體顯示系統(tǒng)。美國加州大學(xué)的Jones等[7]使用72臺投影機(jī)和凸面散射屏構(gòu)建了三維顯示系統(tǒng)。二是全息技術(shù)，劉永春等[8]設(shè)計(jì)出基于全息定向散射屏的三維成像顯示系統(tǒng)。

2 分析與創(chuàng)新

以上已有的三維重建方式存在數(shù)據(jù)量大；計(jì)算難度高；設(shè)備昂貴復(fù)雜，不易操作；成本高等缺點(diǎn)。本文基于上述問題提出研究的便攜式光場三維成像技術(shù)，這一技術(shù)將解決傳統(tǒng)的光場三維顯示技術(shù)中通過水平光場采集光線，利用平面投影技術(shù)顯示圖像造成的圖像不清晰、圖形易產(chǎn)生變形等問題。

在前人研究成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)人眼視網(wǎng)膜成像的特點(diǎn)，提出模仿昆蟲的復(fù)眼式結(jié)構(gòu)[9]，將多個(gè)微型拍攝模塊按照特定的排列順序集成在一個(gè)非平面框架上的特征點(diǎn)上。通過計(jì)算，使得每一個(gè)單獨(dú)拍攝模塊分別記錄某一角度的光場信息，從而解決傳感器平面采樣造成的數(shù)據(jù)量大等問題。即利用非平面拍攝模塊陣列對光線進(jìn)行采集，然后通過光纖傳感耦合系統(tǒng)對采集到的圖像進(jìn)行球面三維投影。這種裝置使用半球狀排列著180個(gè)顯微透鏡，使其具有160度的視野，能夠同時(shí)聚焦物體的不同深度。如圖1所示。

3 總結(jié)與展望

隨著近幾年光場重構(gòu)與顯示技術(shù)的研究，三維顯示技術(shù)已日漸成熟，但是目前的成果僅限于實(shí)驗(yàn)室，由于其存在的難以克服的缺點(diǎn)，與人們期待的實(shí)用化目標(biāo)還有不小的距離。設(shè)備要向便攜式，易操作方向進(jìn)行，提升設(shè)備的數(shù)據(jù)處理能力和速度，建立完善的質(zhì)量衡量體系。隨著未來物聯(lián)網(wǎng)與可穿戴設(shè)備的發(fā)展，便攜式光場設(shè)備必將得到更廣闊的發(fā)展。

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作者簡介

王亞洲（1996-），男，漢族，鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院2014級學(xué)生。