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裸眼看3D電視正在變?yōu)楝F(xiàn)實

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責(zé)任編輯：傳說的落葉時間：2015-05-18 14:34

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[導(dǎo)讀]不需要佩戴任何輔助設(shè)備，裸眼就能觀看3D影片！一種被稱為“裸眼光柵3D顯示器”的新型“電視”，已經(jīng)具有在較大屏幕上高清晰度顯示的技術(shù)，可以被應(yīng)用于3D影院、廣告、游戲、虛

不需要佩戴任何輔助設(shè)備，裸眼就能觀看3D影片！近日，一種被稱為“裸眼（亦稱裸視）光柵3D顯示器”的新型“電視”，已經(jīng)具有在較大屏幕上高清晰度顯示的技術(shù)，可以被應(yīng)用于3D影院、廣告、游戲、虛擬現(xiàn)實和軍事仿真等領(lǐng)域。據(jù)悉，自主成功研制了這種“今后看3D電視可以不用佩戴特殊眼鏡”設(shè)備的，就是四川大學(xué)信息顯示研究所“長江學(xué)者特聘教授”王瓊?cè)A所帶領(lǐng)的團隊完成的。

推開重現(xiàn)3D世界的大門
    十年前的2004年，王瓊?cè)A從美國中佛羅里達大學(xué)光學(xué)激光研究教育中心完成博士后工作，來到四川大學(xué)，承擔(dān)了四川大學(xué)振興計劃項目——“三維立體顯示技術(shù)”的研究，開始了在“裸眼3D顯示”領(lǐng)域的研究工作。
    “裸眼3D顯示的技術(shù)方案有很多，在行業(yè)里也不是什么秘密。”談到研究的起步，王瓊?cè)A說：“當(dāng)初，我們也在基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光體和變焦液晶透鏡的3D顯示等技術(shù)方案上做了研究，發(fā)表了一些論文。”但是，由于實驗條件和經(jīng)費的限制，王瓊?cè)A的團隊最終選擇了制作簡單易行的狹縫光柵裸眼3D顯示方案。
    “人的兩眼間有一定瞳距，在觀看物體時，左右眼所接收到的視覺圖像略有差異，這種雙目視差是我們研制光柵3D顯示的理論基礎(chǔ)。”王瓊?cè)A說，“我們采用在常規(guī)2D平面顯示屏上附加光學(xué)元件——光柵，讓左右眼分別只看到對應(yīng)的左右眼圖像，經(jīng)過大腦的合成，觀看者就能感知到立體圖像。”
    2006年，王瓊?cè)A團隊成功研制了首臺裸眼3D顯示器。“當(dāng)時采用的是狹縫光柵方案，透光率比較低，畫面的亮度并不理想。”雖然第一臺顯示器效果不佳，但是團隊已經(jīng)推開了重現(xiàn)3D世界的大門。

自主研發(fā)3D攝錄、顯示系統(tǒng)
    2007年，已經(jīng)是信息顯示研究所所長的王瓊?cè)A帶領(lǐng)團隊申請到了科技部“863”專題項目“裸眼三維自由立體顯示器的研制”。
    有了項目經(jīng)費的支持，她的團隊就改用透光率更高的柱透鏡光柵方案，經(jīng)過兩年的反復(fù)計算和試驗，團隊終于成功研制了顯示效果良好的裸眼柱透鏡光柵3D顯示器。
    王瓊?cè)A告訴記者，為了解決柱透鏡光柵顯示器研制過程中光柵設(shè)計和硬件裝配等難題，團隊通過不斷地反復(fù)實驗，設(shè)計出柱透鏡光柵厚度、柱透鏡曲率半徑和節(jié)距的最佳組合，實現(xiàn)了強烈的立體顯示效果；開發(fā)了裸眼光柵3D顯示器裝配測試軟件，保證了光柵與顯示屏的最佳匹配，減少了摩爾條紋，解決了圖像串?dāng)_等問題。
    3D顯示器的研發(fā)是一項系統(tǒng)工程，不僅要有顯示終端，還要采集制作3D片源。為此，團隊還研發(fā)出多視點3D攝像機、3D圖像錄制軟件和2D/3D視頻實時轉(zhuǎn)換軟件和裸眼光柵3D顯示的視頻播放器等，實現(xiàn)了片源的采集、制作和播放。
    “我們的軟件采用了自主開發(fā)的GPU處理算法，具有很高的運行效率。”王瓊?cè)A說。運用研發(fā)的3D顯示硬件設(shè)備和軟件，她的團隊還開發(fā)了裸眼3D實時拍攝與顯示系統(tǒng)、裸眼3D游戲系統(tǒng)、裸眼3D IPad等。
    復(fù)合柱面鏡光柵自由立體顯示器、獲取視差圖像的平行攝像機陣列移位法，視差圖像實時合成立體圖像的方法……王瓊?cè)A團隊在項目研究中的一系列成果也獲得了國家發(fā)明專利。

大屏高清顯示，讓觀看更舒適
    大屏幕高清顯示是當(dāng)下人們追求的一種視聽享受。王瓊?cè)A的團隊經(jīng)過反復(fù)試驗研發(fā)了一種雙光柵裸眼3D投影系統(tǒng)，由普通投影機陣列、投影屏和位于投影屏兩側(cè)的兩個光柵組成。通過合理地設(shè)計兩個光柵的相關(guān)參數(shù)，實現(xiàn)了大屏幕高分辨率的3D顯示效果。
    在四川大學(xué)科技孵化樓三樓，記者看到了王教授團隊研制出的3D投影樣機。在電腦主機的控制下，六臺普通投影機同時投向50英寸的屏幕，站在屏幕前適當(dāng)?shù)奈恢每吹降漠嬅嬗泻軓娏Ⅲw效果，圖像清晰度也和高清電視的畫面差別不大。
    “我們研制的裸眼光柵3D投影機可以應(yīng)用于3D影院、廣告、游戲、虛擬現(xiàn)實和軍事仿真等領(lǐng)域。”王教授自信地告訴記者。
    在電影院佩戴眼鏡觀看3D電影，時間長了眼睛會有酸痛的感覺。“這是視覺疲勞。光柵3D顯示器看久了也會出現(xiàn)同樣的問題，并且需要在固定的視角和距離內(nèi)觀看才會有最佳的立體顯示效果。”她說，為了解決這些問題，她的團隊又研制出了集成成像3D顯示器。
    據(jù)介紹，集成成像技術(shù)是利用二維微透鏡陣列記錄物體空間信息，根據(jù)光路可逆原理，再用附加在常規(guī)2D顯示屏前的二維微透鏡陣列再現(xiàn)出物體的3D圖像。“由集成成像技術(shù)再現(xiàn)的3D圖像包含全真色彩以及連續(xù)的視差信息，觀看者可獲得觀看真實景物的感覺。我們研發(fā)的集成成像3D顯示器裸眼橫看、豎看和斜看均具有很強的立體感，并且長時間觀看也不會產(chǎn)生視覺疲勞。”

編教材，教學(xué)生，團隊在前進
    十年來，王瓊?cè)A教授帶領(lǐng)團隊一直奮戰(zhàn)在裸眼3D顯示研究的最前沿，先后有30多項研究成果獲國家發(fā)明專利，并獲得了3項省部級科技獎勵。
    2011年，她總結(jié)了多年裸眼3D顯示理論研究、器件研制和系統(tǒng)開發(fā)的經(jīng)驗，編著了《3D顯示技術(shù)與器件》（科學(xué)出版社）一書，獲得了國內(nèi)外同行的一致好評，被評價為“不僅對從事3D顯示技術(shù)的專業(yè)人員具有重要的參考意義，同時也為熱愛3D顯示的廣大讀者提供了既全面又實用的啟蒙好書”。
    “現(xiàn)在這本書是第二次印刷，已經(jīng)脫銷了，我自己都沒有。”王教授說，“前兩天我的一個朋友問我要，都還是找學(xué)生要了一本舊的寄過去。”
    除了做科研、編教材，王教授的團隊還培養(yǎng)了40多位3D顯示領(lǐng)域的碩、博研究生。“但是，他們畢業(yè)后只有部分在繼續(xù)從事裸眼3D顯示研究工作。”王教授清醒地認識到，目前我國的裸眼3D顯示技術(shù)還不夠成熟，市場還處在孕育期，該方向的中低端就業(yè)機會還不多。作為科研工作者，她和團隊任重而道遠，需要繼續(xù)努力。
    國家“863”課題“新型三維顯示器技術(shù)”（2012—2016年），國家自然科學(xué)基金項目“集成成像3D顯示器性能提升的理論與技術(shù)研究” （2014—2017年）……王教授和她的團隊仍在用光電重現(xiàn)3D世界的道路上不斷前進。

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