Войти
A Устройство объемного отображения - это графическое устройство отображения, которое образует визуальное представление объекта в трех физических измерениях, в отличие от плоского изображения традиционных экранов, которые имитируют глубину с помощью ряда различных визуальных эффектов. Одно из определений, предложенных пионерами в этой области, заключается в том, что объемные дисплеи создают трехмерные изображения посредством излучения, рассеяния или ретрансляции освещения из четко определенных областей в пространстве (x, y, z).
Истинный объемный дисплей отображает цифровое представление реального объекта в физическом пространстве (объеме), результирующее «изображение» отображает характеристики, аналогичные характеристикам реального объекта, позволяя наблюдателю видеть его с любого направления, фокусировки камера на определенной детали и видит перспективу, то есть части изображения, расположенные ближе к зрителю, будут казаться больше, чем части, которые находятся дальше.
Объемные 3D-дисплеи являются автостереоскопическими в том смысле, что они создают трехмерные изображения, видимые невооруженным глазом.
Объемные 3D-дисплеи в целом воплощают только одно семейство 3D-дисплеев. К другим типам 3D-дисплеев относятся: стереограммы / стереоскопы, дисплеи с последовательным просмотром, электроголографические дисплеи, параллаксные дисплеи с двумя ракурсами и параллаксные панорамы (которые обычно представляют собой пространственно мультиплексированные системы, такие как лентикулярные дисплеи и параллакс-барьерные дисплеи), системы повторной визуализации и другие.
Хотя впервые постулированный в 1912 году и основной продукт научной фантастики, объемные дисплеи до сих пор не получили широкого распространения в повседневной жизни. Существует множество потенциальных рынков для объемных дисплеев со случаями использования, включая медицинскую визуализацию, добычу полезных ископаемых, образование, рекламу, моделирование, видеоигры, связь и геофизическую визуализацию. По сравнению с другими инструментами трехмерной визуализации, такими как виртуальная реальность, объемные дисплеи предлагают принципиально другой способ взаимодействия, позволяющий группе людей собираться вокруг дисплея и взаимодействовать естественным и общительным образом. без предварительного надевания 3D-очков или другого головного убора. Трехмерные объекты, визуализированные на объемном дисплее, могут иметь такие же характеристики, как и объекты реального мира, включая глубину фокуса, параллакс движения (возможность просмотра дисплея с любого направления одновременно несколькими людьми, причем каждый человек имеет их собственный уникальный вид) и вергенция (способность человеческого глаза фокусироваться на объекте с наклоненной головой).
Было предпринято множество различных попыток создать устройства для получения объемных изображений. Не существует официально принятой «таксономии » разнообразия объемных дисплеев, проблема, которая осложняется множеством перестановок их характеристик. Например, освещение внутри объемного дисплея может достигать глаза либо непосредственно от источника, либо через промежуточную поверхность, такую как зеркало или стекло; аналогично, эта поверхность, которая не обязательно должна быть ощутимой, может подвергаться движению, например колебаниям или вращению. Одна из категорий такова:
Объемные трехмерные изображения развернутой поверхности (или «развернутого объема») зависят от человеческого постоянного зрения, чтобы объединить серию срезов трехмерного объекта в одно трехмерное изображение. Были созданы различные дисплеи с развернутым объемом.
Например, трехмерная сцена с помощью вычислений разлагается на серию «срезов», которые могут быть прямоугольными, дискообразными или спиралевидными в поперечном сечении, после чего они проецируются на движущуюся поверхность дисплея или с нее.. Изображение на двумерной поверхности (созданное проекцией на поверхность, встроенными в поверхность светодиодами или другими методами) изменяется по мере движения или вращения поверхности. Из-за постоянного зрения люди воспринимают непрерывный объем света. Поверхность дисплея может быть отражающей, пропускающей или их сочетанием.
Другим типом трехмерного дисплея, который является кандидатом в член класса трехмерных дисплеев с развернутым объемом, является архитектура с варифокальным зеркалом. Одна из первых ссылок на этот тип системы относится к 1966 году, в которой вибрирующая зеркальная пластина барабана отражает серию шаблонов от источника 2D-изображения с высокой частотой кадров, такого как векторный дисплей, на соответствующий набор глубинных поверхностей.
Примером имеющегося в продаже дисплея Swept-volume является Voxon Photonics VX1. Этот дисплей имеет объемную область 18 см * 18 см * 8 см глубиной и может отображать до 500 миллионов вокселей в секунду. Контент для VX1 может быть создан с использованием Unity или стандартных типов файлов 3D, таких как OBJ, STL и DICOM для медицинских изображений.
Медицинские данные DICOM высокого разрешения, отображаемые на волюметрическом дисплее Voxon VX1 Так называемые «статические объемные» трехмерные дисплеи создают изображения без каких-либо макроскопических движущихся частей в объеме изображения. Неясно, должна ли остальная система оставаться неподвижной, чтобы членство в этом классе отображения было жизнеспособным.
Это, вероятно, самая «прямая» форма объемного отображения. В простейшем случае адресный объем пространства создается из активных элементов, которые прозрачны в выключенном состоянии, но либо непрозрачны, либо светятся во включенном состоянии. Когда элементы (называемые вокселями ) активированы, они показывают сплошной узор в пространстве дисплея.
В некоторых объемных 3D-дисплеях со статическим объемом используется лазерный свет для стимулирования видимого излучения в твердом, жидком или газообразном состоянии. Например, некоторые исследователи полагались на двухэтапное преобразование с повышением частоты в редкоземельном - легированном материале при освещении пересекающимися инфракрасными лазерными лучами соответствующих частот.
Недавние достижения были сосредоточены на нематериальных (свободное пространство) реализациях категории статического объема, которые в конечном итоге могут позволить прямое взаимодействие с дисплеем. Например, отображение тумана с использованием нескольких проекторов может визуализировать трехмерное изображение в объеме пространства, что приводит к объемному отображению статического объема.
Метод, представленный в 2006 году, устраняет в целом, используя сфокусированный импульсный инфракрасный лазер (около 100 импульсов в секунду; продолжительность каждого наносекунды ) для создания шариков из светящаяся плазма в фокусной точке в обычном воздухе. Точка фокусировки направляется двумя движущимися зеркалами и скользящей линзой , что позволяет рисовать фигуры в воздухе. Каждый импульс создает хлопающий звук, поэтому при работе устройство трескает. В настоящее время он может создавать точки где угодно в пределах одного кубического метра. Считается, что устройство можно масштабировать до любого размера, позволяя создавать трехмерные изображения в небе.
Более поздние модификации, такие как использование газовой смеси неон / аргон / ксенон / гелий, аналогичной газовой смеси плазменный шар и система быстрой рециркуляции газа, использующая вытяжку и вакуумные насосы, могут позволить этой технологии получать двухцветные (R / W) и, возможно, RGB изображения, изменяя ширину импульса и интенсивность каждого импульса для настройки спектров излучения светящихся плазменное тело.
В 2017 году был выпущен новый дисплей, известный как «3D Light PAD». Среда дисплея состоит из класса фотоактивируемых молекул (известных как спиродамина) и технологии цифровой обработки света (DLP) для генерации структурированного света в трех измерениях. Этот метод позволяет обойтись без использования мощных лазеров и генерации плазмы, что снимает опасения по поводу безопасности и значительно улучшает доступность трехмерных дисплеев. Узоры в ультрафиолетовом и зеленом свете направлены на раствор красителя, который инициирует фотоактивацию и, таким образом, создает "включенный" воксель. Устройство способно отображать минимальный размер вокселя 0,68 мм с разрешением 200 мкм и хорошей стабильностью в течение сотен циклов включения-выключения.
Уникальные свойства объемных дисплеев, которые могут включать 360-градусный обзор, согласование конвергенции и сигналов аккомодации, а также присущая им «трехмерность», позволяют создавать новые методы пользовательского интерфейса. В последнее время проводятся исследования преимуществ скорости и точности объемных дисплеев, новых графических пользовательских интерфейсов и медицинских приложений, улучшенных объемными дисплеями.
Кроме того, существуют программные платформы, которые доставляют исходный и унаследованный 2D и 3D контент на объемные дисплеи..
Гологлифика: художественное использование объемных изображений с использованием лазеров и кривых Лиссажу.Художественная форма под названием «Гологлифика» изучается с 1994 года, сочетая элементы голографии, музыка, видеосинтез, визионерский фильм, скульптура и импровизация. Хотя этот тип дисплея может отображать визуальные данные в объеме, он не является адресуемым дисплеем и способен отображать только фигуры Лиссажу, например, те, которые генерируются отражением лазера от гальванического элемента или диффузора динамика.
Известные технологии объемного отображения также имеют несколько недостатков, которые проявляются в зависимости от компромиссов, выбранных разработчиком системы.
Часто утверждают, что объемные дисплеи неспособны реконструировать сцены с эффектами, зависящими от позиции зрителя, такими как окклюзия и непрозрачность. Это заблуждение; дисплей, вокселы которого имеют неизотропные профили излучения, действительно способен отображать эффекты, зависящие от положения. На сегодняшний день объемные дисплеи с возможностью окклюзии требуют двух условий: (1) изображение визуализируется и проецируется как серия «видов», а не «срезов», и (2) изменяющаяся во времени поверхность изображения не является однородной. диффузор. Например, исследователи продемонстрировали объемные дисплеи с вращающимся экраном с отражающими и / или вертикально рассеивающими экранами, изображения которых демонстрируют непрозрачность и непрозрачность. Одна система создавала трехмерные изображения HPO с полем обзора 360 градусов путем наклонной проекции на вертикальный диффузор; другой проецирует 24 вида на вращающуюся поверхность контролируемого рассеивания; а другой обеспечивает изображения с 12 ракурсами с использованием вертикально ориентированной жалюзи.
До сих пор возможность реконструировать сцены с окклюзией и другими позиционно-зависимыми эффектами была за счет вертикального параллакса, так как трехмерная сцена выглядела искаженной при просмотре из других мест, кроме тех, для которых сцена была создана..
Еще одно соображение - очень большая пропускная способность, необходимая для передачи изображений на объемный дисплей. Например, для стандартного 24 бита на пиксель, разрешения 1024 × 768, плоского / 2D-дисплея требуется около 135 МБ / с для отправки на аппаратное обеспечение дисплея для поддержки 60 кадров в секунду., тогда как объемный дисплей с 24 битами на воксель, 1024 × 768 × 1024 (1024 «пиксельных слоя» по оси Z) должен передать примерно на три порядка больше (135 ГБ / с ) к оборудованию дисплея для поддержки 60 томов в секунду. Как и в случае с обычным 2D-видео, можно уменьшить требуемую полосу пропускания, просто посылая меньшее количество томов в секунду и позволяя аппаратному обеспечению дисплея повторять кадры в промежутке, или отправляя только достаточное количество данных, чтобы повлиять на те области дисплея, которые необходимо обновить, поскольку Так обстоит дело с современными видеоформатами со сжатием с потерями, такими как MPEG. Кроме того, трехмерное объемное изображение потребует на два-три порядка больше мощности CPU и / или GPU сверх того, что необходимо для 2D-изображений эквивалентного качества, по крайней мере частично из-за огромное количество данных, которые необходимо создать и отправить на дисплейное оборудование. Однако, если видна только внешняя поверхность объема, количество требуемых вокселей будет того же порядка, что и количество пикселей на обычном дисплее. Это будет только в том случае, если воксели не имеют значений «альфа» или прозрачности.
