真三维立体显示静态成像技术研究

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1、真三维立体显示静态成像技术研究大学三位学者根据频率上转换发光原理，利用两束相交的红外光激发掺杂Pr3+离子的ZBLAN玻璃得到了三维立体显示图像，从而使三维立体显示出现了质的飞跃。这种图像不仅可以再现各种物体的立体图像，而且还可以显示经过计算机处理的运动立体图像，被誉为1996年最新技术之一[3]。真三维立体显示静态成像技术就是基于频率上转换技术实现的一种自体视、全固化、实物化、高分辨、可靠性强、运行速度快的成像技术。1.2真三维立体显示技术的研究现状真三维立体显示技术作为一种崭新的显示技术，一经提出便在学术界引起了很大的震动。国外从上世纪四十年代就已开

2、始对此方面进行研究，先后提出了各式各样的真三维显示模型，但因为显示精度等方面的原因，一直没有一个成型的系统。随着计算机技术、图像处理技术、驱动控制及显示扫描技术的不断完善和发展，真三维立体显示技术的研究也取得了令人瞩目的成绩，现在国外的一些国家如美国、德国和俄罗斯都有此相关方面的研究。美国和德国在真三维显示技术特别是球状显示技术上取得了相当的成果[4]。美国的耶鲁、麻省理工学院等大学一直在进行相关研究[5]，其国内的几家公司也提出了自己的原型化的系统，而NASA更加支持这个项目的研究[6]，同GENEX在内的多家美国公司合作[7]，致力于将真三维球状显示

3、技术应用于航空宇航和地球科学研究等领域。美国的JohnsHopkinsHospital和GeorgetownUniversity也开展了利用真三维显示技术进行癌症诊断方面的研究工作,德国的TechnicalUniversityofBraunschweig的飞行器导航和控制研究所也开发了相应的原型化系统，可见西方国家对三维显示研究的重视程度[8]。在国内，只有南京航空航天大学自动控制研究所和生物医学工程系在此方面进行了专门的研究，并取得了一定的成绩，被列为校学科建设中重点支持的课题，它的研究填补了国内的一个空白。1.3真三维立体显示技术的应用前景真三维立体

4、显示技术是一种全新的三维显示技术，它克服了传统立体显示技术需要借助辅助设备的缺陷，更具真实性，该技术的突破，将在虚拟现实和仿真领域产生重大的影响，在科学分析和科学可视化方面有着广泛的应用[9]。应用于飞行器设计、仿真，将提高飞行器外观设计效果和效率。后期使用2南京航空航天大学硕士学位论文真三维显示技术进行仿真可以获得更直观的飞行轨迹和动态性能等仿真结果。应用于CAD/CAM领域，可以克服目前显示技术中缺乏物理深度的缺点，获得更加逼真的显示效果，从而提高CAD/CAM系统的能力。应用于构建虚拟现实环境，可作为一种非浸入式的显示终端，构建出逼真的三维环境，提

5、高整个虚拟环境系统的性能，获得更加逼真的效果。应用于医学领域，可从本质上解决医学图像三维重构后的显示问题，利用具有真实物理深度的医学影像辅助医生对病情做出准确的判断，例如介入疗法、癌症的辅助诊断、微创外科等，特别是作为CT、MRI、三维B超等设备的显示手段。由于现在的平面显示器只能表达二维信息，若需同时表达组织器官的多维信息，则必须使用多台平面显示器[10]，而真三维立体显示器空间表达的多维性使得只用一台立体显示器就可以同时观察到组织器官整个的形态和结构。国外的医学院已开始相关的研究工作如（图1.1）。图1.1人体三维骨骼显示应用于航空交通管制系统，可有

6、效地解决常规雷达跟踪显示只能解决二维的问题，因为真三维立体显示系统能直观显示飞机的第三维深度问题，如飞机在同一面上前后飞行，二维显示雷达捕捉到的是前一架飞机的图像，后一架飞机因不能被表达出来而常被忽略，而真三维立体显示器能快速客观的显示它们的相对位置，这样降低了空管人员的劳动强度，大大提高了空管工作的安全性和可靠性。应用于军事领域，可以形象地描述三军协同战区事态，方便地变换场景，随意地对战场环境进行缩放、旋转和平移，对战区场景随意拉近和拉远，有利于指挥官洞悉整个战区环境，指挥作战，其功能将大大优于电子沙盘（图1.2）。3真三维立体显示静态成像技术研究图1

7、.2采用真三维显示器模拟战场1.4课题主要研究的内容目前，我国还没有真三维立体显示器，真三维立体显示相关技术的研制也还刚刚起步，许多理论还不完善，所以本课题的重点是静态成像相关理论研究及其成像过程可视化模拟实现，为真三维立体显示技术的进一步研究奠定基础，主要包括以下几个方面的问题需要解决：静态成像物理过程分析；静态成像技术系统模型；模拟静态成像所需的医学三维图像建模；医学三维图像的渲染；三维静态图像的模拟显示；静态成像死区的物理分析；死区的解决方案。1.5本文的组织结构全文共分为七章：第一章：讨论本课题的研究背景、意义和应用前景；第二章：当

8、前三维显示常用技术及真三维立体显示相关理论；分析三维显示的发展过程，对基于人眼立