三維顯示技術(shù)在廣播電視工程中的應(yīng)用

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)是一種以立體視覺原理為基礎(chǔ)的顯示技術(shù)，通過模擬人眼雙眼視覺，使觀眾能夠感知到物體在3 個維度上的位置。該技術(shù)主要通過特殊眼鏡、自動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)以及計算機圖形學(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)顯示機理及人眼視覺生理沖突，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，并提供在線視聽顯示。對應(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)）像素列則對應(yīng)于左眼的全部黑色。同樣，右眼只能看見顯示屏中偶數(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，柱面透鏡的每個元件將來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)兩個關(guān)鍵流程。在記錄流程中，使用記錄微鏡片陣列對物體空間情景進行成像，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鏡片部件都從不同方向記錄情景信息的組成部分，每個鏡片部件產(chǎn)生具有不同出發(fā)點的微小圖像。通過與透鏡元件上相同數(shù)量的圖像元素進行交互，每個圖像部件都將物體空間中任意點的立體信息漫射地記錄在整個膜上，記錄在膜上的圖像稱為圖像陣列。再現(xiàn)過程中，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)微透鏡陣列進行復(fù)制。通過整合成再現(xiàn)3D 圖像，完整地包括實際的視差信息，人們能夠真實地感受到所呈現(xiàn)的場景[3]。

2.2.3 立體3D 顯示

圖像的動態(tài)屏幕可以通過直接出現(xiàn)在屏幕上或者投影出現(xiàn)在屏幕上的方式實現(xiàn)，其外形可以是平板類型或螺旋類型。這一系統(tǒng)主要包括動態(tài)屏幕、成像裝置、三維參數(shù)接口和計算機。如果動態(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)的機器設(shè)備比較復(fù)雜，同時測量3D 參數(shù)的計算量也較大，因此在實際場景中的應(yīng)用相對困難。立體3D 應(yīng)用采用了兩個不同波長的光束，用于掃描和激發(fā)透明體積內(nèi)的光學(xué)活性介質(zhì)。通過在雙頻兩步中切換功能，這兩束光線形成可見的熒光效果。這種方法可以實現(xiàn)更真實、更生動的三維效果，為醫(yī)學(xué)成像、虛擬現(xiàn)實等領(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，推動其不斷進步。

與傳統(tǒng)媒體時代相比，新媒體時代帶來了翻天覆地的變化，尤其在廣播電視領(lǐng)域，每個人對新時代都有不同的理解。相較于當(dāng)今的發(fā)展，廣播電視技術(shù)的進步相對較緩慢。廣播電視最初是一種簡易的媒介方式，目前，廣播電視已經(jīng)逐漸實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，觀眾可以通過網(wǎng)絡(luò)在線收看。通過衛(wèi)星信號的實時傳輸，我國電視屏幕上出現(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了生活的樂趣，但并沒有完全取代傳統(tǒng)媒體。新媒介具有其獨特的優(yōu)勢，而傳統(tǒng)媒體也保持著自身的優(yōu)勢。為了在新時代取得進步，傳統(tǒng)媒體需要整合新媒介的優(yōu)勢，實現(xiàn)互補學(xué)習(xí)。

3.2 3D 可應(yīng)用的切入點——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，觀眾能夠在虛擬環(huán)境中識別聲音來源。這種虛擬技術(shù)提高了視覺效果的真實性，使觀眾能夠?qū)Ｗ⒂诠适?，感受影視主角的心理和運動動機。3D 虛擬語音技術(shù)在視覺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，虛擬語音進一步增強了觀眾與圖像中事件之間的互動。即使這種感覺沒有立即發(fā)生，也可以使觀眾更好地感知和理解電影反映的價值觀和藝術(shù)價值。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)價值和美學(xué)意義[5]。最后，虛擬3D 技術(shù)處理的聲音比視覺更廣泛、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。通過多個圖片的拼接，實現(xiàn)三維全景的構(gòu)建，以不變的視點為基準(zhǔn)，同時記錄3 個方向的圖像參數(shù)。整個過程包括記錄和回放兩個主要步驟。在記錄階段，采用可寫微透鏡網(wǎng)格記錄物體的空氣場景，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自不同方向信息的部件組成，因此每個透鏡部件中的圖像元素數(shù)量與其相同。通過在膠片上記錄圖像元素，實現(xiàn)對整個空間內(nèi)一個點的立體信息的記錄。當(dāng)受眾觀看到三維全景構(gòu)圖時，呈現(xiàn)在其眼前的是真實的立體形象，這能夠引起受眾的極大興趣并產(chǎn)生強烈的震撼感。

3.2.3 三維觸覺反饋技術(shù)

虛擬現(xiàn)實軟件允許用戶直接操作和模擬操縱虛擬物體，從而產(chǎn)生真實存在的感覺。通常，這些觸覺反饋被廣泛應(yīng)用于在線游戲、智能制造、教育培訓(xùn)以及高風(fēng)險產(chǎn)業(yè)。實現(xiàn)這種體驗通常需要應(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、鼠標(biāo)、方向盤及操縱桿等外部附件來實現(xiàn)操控和訪問。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)實技術(shù)在各個領(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。3D 技術(shù)的發(fā)展迎合了市場發(fā)展以及人們?nèi)找嬖鲩L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，在對現(xiàn)有的三維顯示理論和方法進行研究的基礎(chǔ)上，本文提出了可以應(yīng)用于廣播電視系統(tǒng)的切入點，為廣播電視系統(tǒng)帶來了技術(shù)創(chuàng)新，從而增強用戶體驗。

在未來的廣播電視行業(yè)發(fā)展中，“5G+3D”將為虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實技術(shù)帶來廣泛的應(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)實技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。然而，隨著5G時代的來臨和相關(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100 Gb·s-1的帶寬，同時實現(xiàn)毫秒級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)展中有著獨特的優(yōu)勢，其中5G 網(wǎng)絡(luò)與3D 技術(shù)的融合實現(xiàn)了3D 圖像的交互。為了創(chuàng)造技術(shù)條件，以實現(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”時代的技術(shù)優(yōu)勢，主動開發(fā)3D 新聞、3D 游戲及3D 購物等各種應(yīng)用，以提高公眾對這一領(lǐng)域的認(rèn)識。

4 結(jié)語

三維顯示是我國目前重點發(fā)展的領(lǐng)域之一，深受人們青睞，未來有望得到更好的實踐應(yīng)用。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和國力的提升，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)展帶來了技術(shù)創(chuàng)新，同時增強了用戶體驗。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)計在不久的將來，這兩者的結(jié)合將充分應(yīng)用于實際生活，為人們帶來更多的便利。