三维显示技术在广播电视工程中的应用

夏候寅

（吉水县融媒体中心，江西 吉安 331600）

1 三维显示技术概述

三维显示技术是一种以立体视觉原理为基础的显示技术，通过模拟人眼双眼视觉，使观众能够感知到物体在3 个维度上的位置。该技术主要通过特殊眼镜、自动立体显示和全息投影等方法，将不同的图像投射给观众的左右眼，创造出具有深度感的图像效果[1]。三维显示器应用了光学科技、微电子科技、微控制技术以及计算机图形学技术，能够收集二维面图像并以三维方式显示。与二维显示器相比，三维显示器能够更真实地再现主观目标，能够提供更加精确的显示效果。

2 三维显示技术原理

2.1 三维显示技术分类

通常，三维显示技术的分类方式有两种。第一，根据人看三维图像时是否需要辅助设备，可把3D分成助视3D 及裸视3D 两种。第二，根据显示机理及人眼视觉生理冲突，可把3D 分成助视光栅3D 及真3D 两大类。

2.2 裸视3D 显示技术原理

2.2.1 光栅3D 显示

根据光栅的不同性质，光栅3D 分为狭缝光栅3D 显示器和柱面透镜光栅3D 显示器。例如，在两个视图中，左视图和右视图的图像以奇数（偶数）和偶数（奇数）列像素显示在具有列间距的平面屏幕上。前狭缝格栅将左眼和右眼的光传输分开，并提供在线视听显示。对应于内窥镜图像的布置，内窥镜的图像与空气分离。通过3D 显示的间隙网格将背光调制为线性光源。观众的左眼只能在视听位置看到监视器上的奇数（偶数）像素列，而偶数（奇数）像素列则对应于左眼的全部黑色。同样，右眼只能看见显示屏中偶数（奇数）列的像素，而奇数（偶数）列则在右眼为全部黑色。在柱面透镜元件的布置中，柱面透镜的每个元件将来自不同方向的差分图像光从不同方向折射到焦平面中，从而实现差分光的空气分离。透镜焦面上的不同方位上的内视差图像光线被折射到各自的方位，实现以内视差光的空中分离图片[2]。

2.2.2 集成成像3D 显示

整合成像3D 显示器包含记录和再现两个关键流程。在记录流程中，使用记录微镜片阵列对物体空间情景进行成像，将图像记录在微镜片阵列的焦面中的胶卷中。组成记录微镜片阵列的每个镜片部件都从不同方向记录情景信息的组成部分，每个镜片部件产生具有不同出发点的微小图像。通过与透镜元件上相同数量的图像元素进行交互，每个图像部件都将物体空间中任意点的立体信息漫射地记录在整个膜上，记录在膜上的图像称为图像阵列。再现过程中，使用具有与将图像阵列膜放置在焦平面上相同参数的可重复微透镜阵列进行复制。通过整合成再现3D 图像，完整地包括实际的视差信息，人们能够真实地感受到所呈现的场景[3]。

2.2.3 立体3D 显示

图像的动态屏幕可以通过直接出现在屏幕上或者投影出现在屏幕上的方式实现，其外形可以是平板类型或螺旋类型。这一系统主要包括动态屏幕、成像装置、三维参数接口和计算机。如果动态屏幕直接出现，成像装置就不需要特殊规范。然而，尽管这种3D 显示方式允许在线观看，但相关的机器设备比较复杂，同时测量3D 参数的计算量也较大，因此在实际场景中的应用相对困难。立体3D 应用采用了两个不同波长的光束，用于扫描和激发透明体积内的光学活性介质。通过在双频两步中切换功能，这两束光线形成可见的荧光效果。这种方法可以实现更真实、更生动的三维效果，为医学成像、虚拟现实等领域提供了创新的解决方案[4]。

3 3D 技术与广播电视工程融合发展

3.1 广播电视的发展

人们的生活质量与社会的发展密不可分。电视技术的发展环境在不断更新，对广播电视的发展造成了重大影响。广播电视工程技术需要不断创新，以适应当前的发展环境，推动其不断进步。

与传统媒体时代相比，新媒体时代带来了翻天覆地的变化，尤其在广播电视领域，每个人对新时代都有不同的理解。相较于当今的发展，广播电视技术的进步相对较缓慢。广播电视最初是一种简易的媒介方式，目前，广播电视已经逐渐实现网络化，观众可以通过网络在线收看。通过卫星信号的实时传输，我国电视屏幕上出现了许多海外剧目，传统媒体和新媒介逐渐融为一体。尽管新媒介为人们带来了生活的乐趣，但并没有完全取代传统媒体。新媒介具有其独特的优势，而传统媒体也保持着自身的优势。为了在新时代取得进步，传统媒体需要整合新媒介的优势，实现互补学习。

3.2 3D 可应用的切入点——终端可视化自由立体显示

3.2.1 三维虚拟声音技术

当完全浸入电影和电视环境时，观众能够在虚拟环境中识别声音来源。这种虚拟技术提高了视觉效果的真实性，使观众能够专注于故事，感受影视主角的心理和运动动机。3D 虚拟语音技术在视觉感知和图像渲染中的应用关键特征包括如下方面。首先，虚拟语音进一步增强了观众与图像中事件之间的互动。即使这种感觉没有立即发生，也可以使观众更好地感知和理解电影反映的价值观和艺术价值。其次，理解叙事的叙事风格和内容，使其具有更深的艺术价值和美学意义[5]。最后，虚拟3D 技术处理的声音比视觉更广泛、更全面，因此该技术的应用可以丰富虚拟环境中的空间信息，扩大电影艺术表演的范围。

3.2.2 三维立体显示技术

在虚拟环境中，三维科技的实现依赖传感器科技。当前的3D 图像技术相当成熟，可以利用3D参数构建出三维模型。通过多个图片的拼接，实现三维全景的构建，以不变的视点为基准，同时记录3 个方向的图像参数。整个过程包括记录和回放两个主要步骤。在记录阶段，采用可写微透镜网格记录物体的空气场景，并将图像记录在微透镜网格的焦平面上。由于用于记录的微透镜阵列由记录来自不同方向信息的部件组成，因此每个透镜部件中的图像元素数量与其相同。通过在胶片上记录图像元素，实现对整个空间内一个点的立体信息的记录。当受众观看到三维全景构图时，呈现在其眼前的是真实的立体形象，这能够引起受众的极大兴趣并产生强烈的震撼感。

3.2.3 三维触觉反馈技术

虚拟现实软件允许用户直接操作和模拟操纵虚拟物体，从而产生真实存在的感觉。通常，这些触觉反馈被广泛应用于在线游戏、智能制造、教育培训以及高风险产业。实现这种体验通常需要应用模拟手套和模拟设备。传统上，用户交互主要依赖键盘、鼠标、方向盘及操纵杆等外部附件来实现操控和访问。因此，相关产品主要包括光阀眼镜、3D投影仪以及头盔显示器等。这些工具和设备的使用使得虚拟现实技术在各个领域都得以应用。

3.3 3D 技术提升广电产业发展

三维显示技术现在越来越流行。广播电视是人们日常生活中接收信息的重要途径。将三维显示技术融入广播电视系统，是行业下一步要做的创新点。3D 技术的发展迎合了市场发展以及人们日益增长的文化需求，拥有广阔的发展前景。为了更好地提高广播电视服务质量，在对现有的三维显示理论和方法进行研究的基础上，本文提出了可以应用于广播电视系统的切入点，为广播电视系统带来了技术创新，从而增强用户体验。

在未来的广播电视行业发展中，“5G+3D”将为虚拟现实、增强现实和混合现实技术带来广泛的应用前景。传统上，网络速度和宽带一直是制约虚拟现实技术可持续发展的主要因素。然而，随着5G时代的来临和相关新技术的应用，正在建设中的新网络架构将提供超过100 Gb·s-1的带宽，同时实现毫秒级的延迟和高密度连接等技术服务，从而显著提高网络性能。“5G+3D”技术在广播电视行业的发展中有着独特的优势，其中5G 网络与3D 技术的融合实现了3D 图像的交互。为了创造技术条件，以实现高分辨率和逼真建模的目标，广播电视行业应该积极利用“5G+3D”时代的技术优势，主动开发3D 新闻、3D 游戏及3D 购物等各种应用，以提高公众对这一领域的认识。

4 结语

三维显示是我国目前重点发展的领域之一，深受人们青睐，未来有望得到更好的实践应用。随着我国经济的不断发展和国力的提升，人们的生活水平在逐步提高。广播电视作为人们生活中非常重要的一部分，我国正努力提升广播电视技术水平。为了更好地提升广播电视服务的质量，本文基于对现有三维显示理论和方法的研究，提出了可应用于广播电视系统的准备工作，为广播电视的发展带来了技术创新，同时增强了用户体验。尽管当前三维显示技术在广播电视中仍然面临一些阻力，但随着技术的不断发展和稳定的科研投入，预计在不久的将来，这两者的结合将充分应用于实际生活，为人们带来更多的便利。