-、三维立体投影的原理简介 |
| 先从人眼的视差说起。人的两只眼睛同时观察物体,不但能扩大视野,而且能判断物体的远近,产生立体感。这是由于人的两只眼睛之间存在4-6厘米的距离，所以每只眼睛具有差别很小的视点。从这两个不同的视点得到的图像略有不同，左眼看到物体的左侧面较多,右眼看到物体的右侧面较多，通常称为视差，这两个像经过大脑综合以后就能区分物体的前后、远近,从而产生立体视觉。合成为具有景深感或立体图像。 |
| 具有立体感的投影就是基于同样的原理：首先，要求计算机产生两个略有区别的图像，也就是左右眼的图像；然后把这两个图像投影到屏幕上。但是有一个最基本、也是最重要的要求，就是左眼只能看到投影在屏幕上的左眼的图像，右眼只能看到投影在屏幕上的右眼的图像。 |
| 于是产生了两种立体投影方式：主动式立体和被动式立体。 |
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1.主动式立体 |
| 这种方式采用单台投影机。要求计算机连续不断地生成左眼、右眼的图像，同时投影机也不断地交替投影出左眼、右眼的图像。而观察者需要戴一副由红外发射器控制的LCD液晶光阀眼镜，以保持与投影机的同步。当投影机显示左眼的图像时，红外发射器发出同步信号，眼镜的右眼光阀关闭，这样左眼只能看到投影机投射出的左眼的图像。反之亦然 |
| 由于单台投影机要同时投射左眼、右眼的图像，所以要求该投影机必须具有较高的垂直刷新频率，以保证观察者在观看时不能出现闪烁。 |
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2.被动式立体 |
| 这种方式需要两台投影机。一台投影机显示左眼的图像，另一台投影机显示右眼的图像，使这略有差别的两幅图像重叠在屏幕上。而每台投影机不需要具有很高的垂直刷新率，普通投影机即可。这时如果用眼睛直接观看,看到的画面是模糊不清的,要看到立体效果，就要在每台投影机镜头前装一块偏振片,它的作用相当于起偏器。从两台投影机射出的光,通过偏振片后,就成了偏振光。两台投影机前的偏振片的偏振化方向互相垂直,因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。这两束偏振光投射到屏幕上再反射到观众处,偏振光方向不改变。观众用上述的偏振眼镜观看,每只眼睛只看到相应的偏振光图象,即左眼只能看到左机映出的画面,右眼只能看到右机映出的画面,这样就会像直接观看那样产生立体感觉。 |
| 需要特别指出的是，这种实现方案对投影屏幕有特殊要求，需要高增益、抗偏振的屏幕。 |
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3.立体图象质量 |
| 立体流明是指最终进入观察者眼睛的亮度，是唯一有实际意义的亮度指标， 对有相同的亮度输出指标但采用不同的投影技术的投影机，其立体流明的差异是很大的。 |
| 对主动式立体投影，由于采用单台DLP投影机，如下图所示，最终的立体流明只有亮度输出指标的16%。 |
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对于被动式立体投影，如下图所示，最终的立体流明可达亮度输出指标的38%。 |
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| 被动立体是通过光的偏振来实现的。光的偏振有内部和外部两种实现方法。BARCO的LCD技术投影机采用的是内部偏振技术，光经过偏振后的利用率是 70%，经过优化后的被动立体眼镜对光的利用率是 84%， 可以计算出投影机输出光线到达眼睛的利用率接近59%。例如SIM6（或IQ 350系列）单机的亮度指标是3000流明，我们能看到的立体信号亮度能达到1770流明。BARCO的DLP或CRT采用外部偏振方法，投影机输出光线的利用率为45%（同主动立体），被动立体眼镜对光的利用率是 84%，因此到达眼睛的光线利用率为38%。 |
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| 所有的投影机都可以通过使用ZScreen方法进行被动立体显示，实际上是将输出的主动立体信号在镜头前进行转换。 由于ZScreen 显示需要更多的黑场（左右镜片切换空白），使得投影机输出光线的利用率只有40%. 经过偏振后剩余35%，再经过立体眼镜 84%的利用率, 最终结果是光线亮度只有12%。例如：投影机的输出亮度为4000流明，到达每只眼睛中只有480流明。 |
| 被动立体显示如果要想取得理想的效果，每个通道需要用到2台投影机，这给多通道的边缘融合带来难题。最好的解决方案是光学融合方法（Optical blending）和电子融合方法（electrical blending） 相结合进行边缘处理，否则会带来严重的重叠区亮带问题。具有投影系统集成能力的厂家（不一定生产投影机）一般都能解决好这个问题，而只能生产投影机不做投影集成的厂家则无能为力。 |
| Barco公司1978年就推出了多通道主动立体显示系统，之后很多年其它公司才推出该技术的商用系统。现在Barco新一带被动立体技术已经给我们的应用带来众多的益处并在所有指标上超过主动立体，2000年以后逐渐为高端用户所接受并开始在国际上普及。最新统计表明，国际上新显示系统装机量被动立体比例已占压倒性多数。在石油天然气、汽车制造等行业，即使将以前所有的显示系统计算在内，被动立体系统装机量所占比例已经超过60% |
| 其原理是：光线传播时，垂直传播方向的360度都有光波震荡传输。光的偏振实际上是利用某一特定方向的光波进行显示的原理。以前的线性偏振的原理是偏振片方向不动，光只能以固定的角度传输，此方法的缺点是头部不能偏移，因此现在已被淘汰。 |
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| 圆周偏振技术的原理是光的偏振方向可旋转变化，左右眼看到的光线的旋转方向相反。基于圆周偏振技术，观察者的头部可以自由活动，因为光线的方向变化不影响显示。 |
二、三维立体投影的分类 |
| 三维立体显示系统提供了良好的沉浸式虚拟场景。在虚拟现实应用中用以显示实时的虚拟现实仿真应用程序，该系统通常主要包括专业投影显示系统、悬挂系统、成像装置等三部分。投影系统是正投或背投，应该依据展示空间面积大小与实际需要来选择。正投系统更为紧凑，占用的空间更小，投影幕墙具有较好的稳定性。背投主要适用于空间比较大，而且投影前需要讲解人的场合。由于光线从另一侧打在投影幕上，讲解人不会挡住光线，也不会被强烈的光线损伤视力。 |
| 三维立体显示系统包括；桌面立体显示系统，单通道三维立体投影显示系统，双通道立体投影显示系统，多通道环幕投影立体显示系统，CAV三维立体显示系统 |
| 在众多的虚拟现实三维显示系统中，单通道立体投影系统是一种低成本、操作简便、占用空间较小（可选择正投或背投）具有极好性能价格比的小型虚拟三维投影显示系统，其集成的显示系统使安装、操作使用更加容易方便，被广泛应用于高等院校和科研院所的虚拟现实实验室中 |
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三、单通道立体投影系统 |
1.方案介绍 |
| 本文是专门针对单通道被动立体投影系统所编制的技术方案。 |
（一）本方案采用2台的DLP技术投影机，每2台投影机组成一个通道，利用Diamond立体影像分离器产生被动立体效果，组成一套投影显示系统，150寸金属投影硬幕可作为参考，整个投影系统主要由以下部分组成： |
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