夏候寅

（吉水縣融媒體中心，江西 吉安 331600）

1 三維顯示技術(shù)概述

三維顯示技術(shù)是一種以立體視覺(jué)原理為基礎(chǔ)的顯示技術(shù)，通過(guò)模擬人眼雙眼視覺(jué)，使觀眾能夠感知到物體在3 個(gè)維度上的位置。該技術(shù)主要通過(guò)特殊眼鏡、自動(dòng)立體顯示和全息投影等方法，將不同的圖像投射給觀眾的左右眼，創(chuàng)造出具有深度感的圖像效果[1]。三維顯示器應(yīng)用了光學(xué)科技、微電子科技、微控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，能夠收集二維面圖像并以三維方式顯示。與二維顯示器相比，三維顯示器能夠更真實(shí)地再現(xiàn)主觀目標(biāo)，能夠提供更加精確的顯示效果。

2 三維顯示技術(shù)原理

2.1 三維顯示技術(shù)分類

通常，三維顯示技術(shù)的分類方式有兩種。第一，根據(jù)人看三維圖像時(shí)是否需要輔助設(shè)備，可把3D分成助視3D 及裸視3D 兩種。第二，根據(jù)顯示機(jī)理及人眼視覺(jué)生理沖突，可把3D 分成助視光柵3D 及真3D 兩大類。

2.2 裸視3D 顯示技術(shù)原理

2.2.1 光柵3D 顯示

根據(jù)光柵的不同性質(zhì)，光柵3D 分為狹縫光柵3D 顯示器和柱面透鏡光柵3D 顯示器。例如，在兩個(gè)視圖中，左視圖和右視圖的圖像以奇數(shù)（偶數(shù)）和偶數(shù)（奇數(shù)）列像素顯示在具有列間距的平面屏幕上。前狹縫格柵將左眼和右眼的光傳輸分開(kāi)，并提供在線視聽(tīng)顯示。對(duì)應(yīng)于內(nèi)窺鏡圖像的布置，內(nèi)窺鏡的圖像與空氣分離。通過(guò)3D 顯示的間隙網(wǎng)格將背光調(diào)制為線性光源。觀眾的左眼只能在視聽(tīng)位置看到監(jiān)視器上的奇數(shù)（偶數(shù)）像素列，而偶數(shù)（奇數(shù)）像素列則對(duì)應(yīng)于左眼的全部黑色。同樣，右眼只能看見(jiàn)顯示屏中偶數(shù)（奇數(shù)）列的像素，而奇數(shù)（偶數(shù)）列則在右眼為全部黑色。在柱面透鏡元件的布置中，柱面透鏡的每個(gè)元件將來(lái)自不同方向的差分圖像光從不同方向折射到焦平面中，從而實(shí)現(xiàn)差分光的空氣分離。透鏡焦面上的不同方位上的內(nèi)視差圖像光線被折射到各自的方位，實(shí)現(xiàn)以內(nèi)視差光的空中分離圖片[2]。

2.2.2 集成成像3D 顯示

整合成像3D 顯示器包含記錄和再現(xiàn)兩個(gè)關(guān)鍵流程。在記錄流程中，使用記錄微鏡片陣列對(duì)物體空間情景進(jìn)行成像，將圖像記錄在微鏡片陣列的焦面中的膠卷中。組成記錄微鏡片陣列的每個(gè)鏡片部件都從不同方向記錄情景信息的組成部分，每個(gè)鏡片部件產(chǎn)生具有不同出發(fā)點(diǎn)的微小圖像。通過(guò)與透鏡元件上相同數(shù)量的圖像元素進(jìn)行交互，每個(gè)圖像部件都將物體空間中任意點(diǎn)的立體信息漫射地記錄在整個(gè)膜上，記錄在膜上的圖像稱為圖像陣列。再現(xiàn)過(guò)程中，使用具有與將圖像陣列膜放置在焦平面上相同參數(shù)的可重復(fù)微透鏡陣列進(jìn)行復(fù)制。通過(guò)整合成再現(xiàn)3D 圖像，完整地包括實(shí)際的視差信息，人們能夠真實(shí)地感受到所呈現(xiàn)的場(chǎng)景[3]。

2.2.3 立體3D 顯示

圖像的動(dòng)態(tài)屏幕可以通過(guò)直接出現(xiàn)在屏幕上或者投影出現(xiàn)在屏幕上的方式實(shí)現(xiàn)，其外形可以是平板類型或螺旋類型。這一系統(tǒng)主要包括動(dòng)態(tài)屏幕、成像裝置、三維參數(shù)接口和計(jì)算機(jī)。如果動(dòng)態(tài)屏幕直接出現(xiàn)，成像裝置就不需要特殊規(guī)范。然而，盡管這種3D 顯示方式允許在線觀看，但相關(guān)的機(jī)器設(shè)備比較復(fù)雜，同時(shí)測(cè)量3D 參數(shù)的計(jì)算量也較大，因此在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用相對(duì)困難。立體3D 應(yīng)用采用了兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光束，用于掃描和激發(fā)透明體積內(nèi)的光學(xué)活性介質(zhì)。通過(guò)在雙頻兩步中切換功能，這兩束光線形成可見(jiàn)的熒光效果。這種方法可以實(shí)現(xiàn)更真實(shí)、更生動(dòng)的三維效果，為醫(yī)學(xué)成像、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域提供了創(chuàng)新的解決方案[4]。

3 3D 技術(shù)與廣播電視工程融合發(fā)展

3.1 廣播電視的發(fā)展

人們的生活質(zhì)量與社會(huì)的發(fā)展密不可分。電視技術(shù)的發(fā)展環(huán)境在不斷更新，對(duì)廣播電視的發(fā)展造成了重大影響。廣播電視工程技術(shù)需要不斷創(chuàng)新，以適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展環(huán)境，推動(dòng)其不斷進(jìn)步。

與傳統(tǒng)媒體時(shí)代相比，新媒體時(shí)代帶來(lái)了翻天覆地的變化，尤其在廣播電視領(lǐng)域，每個(gè)人對(duì)新時(shí)代都有不同的理解。相較于當(dāng)今的發(fā)展，廣播電視技術(shù)的進(jìn)步相對(duì)較緩慢。廣播電視最初是一種簡(jiǎn)易的媒介方式，目前，廣播電視已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，觀眾可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在線收看。通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸，我國(guó)電視屏幕上出現(xiàn)了許多海外劇目，傳統(tǒng)媒體和新媒介逐漸融為一體。盡管新媒介為人們帶來(lái)了生活的樂(lè)趣，但并沒(méi)有完全取代傳統(tǒng)媒體。新媒介具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，而傳統(tǒng)媒體也保持著自身的優(yōu)勢(shì)。為了在新時(shí)代取得進(jìn)步，傳統(tǒng)媒體需要整合新媒介的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)學(xué)習(xí)。

3.2 3D 可應(yīng)用的切入點(diǎn)——終端可視化自由立體顯示

3.2.1 三維虛擬聲音技術(shù)

當(dāng)完全浸入電影和電視環(huán)境時(shí)，觀眾能夠在虛擬環(huán)境中識(shí)別聲音來(lái)源。這種虛擬技術(shù)提高了視覺(jué)效果的真實(shí)性，使觀眾能夠?qū)Ｗ⒂诠适?，感受影視主角的心理和運(yùn)動(dòng)動(dòng)機(jī)。3D 虛擬語(yǔ)音技術(shù)在視覺(jué)感知和圖像渲染中的應(yīng)用關(guān)鍵特征包括如下方面。首先，虛擬語(yǔ)音進(jìn)一步增強(qiáng)了觀眾與圖像中事件之間的互動(dòng)。即使這種感覺(jué)沒(méi)有立即發(fā)生，也可以使觀眾更好地感知和理解電影反映的價(jià)值觀和藝術(shù)價(jià)值。其次，理解敘事的敘事風(fēng)格和內(nèi)容，使其具有更深的藝術(shù)價(jià)值和美學(xué)意義[5]。最后，虛擬3D 技術(shù)處理的聲音比視覺(jué)更廣泛、更全面，因此該技術(shù)的應(yīng)用可以豐富虛擬環(huán)境中的空間信息，擴(kuò)大電影藝術(shù)表演的范圍。

3.2.2 三維立體顯示技術(shù)

在虛擬環(huán)境中，三維科技的實(shí)現(xiàn)依賴傳感器科技。當(dāng)前的3D 圖像技術(shù)相當(dāng)成熟，可以利用3D參數(shù)構(gòu)建出三維模型。通過(guò)多個(gè)圖片的拼接，實(shí)現(xiàn)三維全景的構(gòu)建，以不變的視點(diǎn)為基準(zhǔn)，同時(shí)記錄3 個(gè)方向的圖像參數(shù)。整個(gè)過(guò)程包括記錄和回放兩個(gè)主要步驟。在記錄階段，采用可寫(xiě)微透鏡網(wǎng)格記錄物體的空氣場(chǎng)景，并將圖像記錄在微透鏡網(wǎng)格的焦平面上。由于用于記錄的微透鏡陣列由記錄來(lái)自不同方向信息的部件組成，因此每個(gè)透鏡部件中的圖像元素?cái)?shù)量與其相同。通過(guò)在膠片上記錄圖像元素，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)空間內(nèi)一個(gè)點(diǎn)的立體信息的記錄。當(dāng)受眾觀看到三維全景構(gòu)圖時(shí)，呈現(xiàn)在其眼前的是真實(shí)的立體形象，這能夠引起受眾的極大興趣并產(chǎn)生強(qiáng)烈的震撼感。

3.2.3 三維觸覺(jué)反饋技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)軟件允許用戶直接操作和模擬操縱虛擬物體，從而產(chǎn)生真實(shí)存在的感覺(jué)。通常，這些觸覺(jué)反饋被廣泛應(yīng)用于在線游戲、智能制造、教育培訓(xùn)以及高風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)業(yè)。實(shí)現(xiàn)這種體驗(yàn)通常需要應(yīng)用模擬手套和模擬設(shè)備。傳統(tǒng)上，用戶交互主要依賴鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、方向盤(pán)及操縱桿等外部附件來(lái)實(shí)現(xiàn)操控和訪問(wèn)。因此，相關(guān)產(chǎn)品主要包括光閥眼鏡、3D投影儀以及頭盔顯示器等。這些工具和設(shè)備的使用使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都得以應(yīng)用。

3.3 3D 技術(shù)提升廣電產(chǎn)業(yè)發(fā)展

三維顯示技術(shù)現(xiàn)在越來(lái)越流行。廣播電視是人們?nèi)粘Ｉ钪薪邮招畔⒌闹匾緩?。將三維顯示技術(shù)融入廣播電視系統(tǒng)，是行業(yè)下一步要做的創(chuàng)新點(diǎn)。3D 技術(shù)的發(fā)展迎合了市場(chǎng)發(fā)展以及人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的文化需求，擁有廣闊的發(fā)展前景。為了更好地提高廣播電視服務(wù)質(zhì)量，在對(duì)現(xiàn)有的三維顯示理論和方法進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，本文提出了可以應(yīng)用于廣播電視系統(tǒng)的切入點(diǎn)，為廣播電視系統(tǒng)帶來(lái)了技術(shù)創(chuàng)新，從而增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。

在未來(lái)的廣播電視行業(yè)發(fā)展中，“5G+3D”將為虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)帶來(lái)廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)上，網(wǎng)絡(luò)速度和寬帶一直是制約虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。然而，隨著5G時(shí)代的來(lái)臨和相關(guān)新技術(shù)的應(yīng)用，正在建設(shè)中的新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將提供超過(guò)100 Gb·s-1的帶寬，同時(shí)實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的延遲和高密度連接等技術(shù)服務(wù)，從而顯著提高網(wǎng)絡(luò)性能?！?G+3D”技術(shù)在廣播電視行業(yè)的發(fā)展中有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其中5G 網(wǎng)絡(luò)與3D 技術(shù)的融合實(shí)現(xiàn)了3D 圖像的交互。為了創(chuàng)造技術(shù)條件，以實(shí)現(xiàn)高分辨率和逼真建模的目標(biāo)，廣播電視行業(yè)應(yīng)該積極利用“5G+3D”時(shí)代的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主動(dòng)開(kāi)發(fā)3D 新聞、3D 游戲及3D 購(gòu)物等各種應(yīng)用，以提高公眾對(duì)這一領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)。

4 結(jié)語(yǔ)

三維顯示是我國(guó)目前重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域之一，深受人們青睞，未來(lái)有望得到更好的實(shí)踐應(yīng)用。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和國(guó)力的提升，人們的生活水平在逐步提高。廣播電視作為人們生活中非常重要的一部分，我國(guó)正努力提升廣播電視技術(shù)水平。為了更好地提升廣播電視服務(wù)的質(zhì)量，本文基于對(duì)現(xiàn)有三維顯示理論和方法的研究，提出了可應(yīng)用于廣播電視系統(tǒng)的準(zhǔn)備工作，為廣播電視的發(fā)展帶來(lái)了技術(shù)創(chuàng)新，同時(shí)增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)。盡管當(dāng)前三維顯示技術(shù)在廣播電視中仍然面臨一些阻力，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和穩(wěn)定的科研投入，預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，這兩者的結(jié)合將充分應(yīng)用于實(shí)際生活，為人們帶來(lái)更多的便利。