摘要：3D显示技术是元宇宙等诸多领域的核心技术，将3D显示器引入到元宇宙中，能够实现虚拟世界与现实世界的紧密结合。文章从元宇宙3D显示的基本概念出发，阐述了集成成像3D显示技术的结构，并对目前此技术发展的趋势进行了分析。随着科技的发展，集成成像3D显示性能必将进一步提高，并在元宇宙领域中占有举足轻重的地位。本焕大师
关键词：元宇宙；集成成像；3D 显示
元宇宙指的是一种对真实世界进行投影的虚拟空间，在未来有可能是一个平行于现实世界的虚拟的、有人类参与的数字平行空间。元宇宙可以创造新的技术，也可以被现有技术所利用，比如 VR、 AR等。给人们带去一种沉浸的数字虚拟世界的感受，借助显示设备，让人们来到一个虚拟的世界中，完成与现实世界类似的大多数活动。元宇宙是一种融合了多种新技术而生成的新型虚实融合的网络应用和社会形态，以拓展现实技术为基础，为用户带来了沉浸式的体验，将虚拟世界与真实世界紧密地结合在一起。元宇宙的核心目标是以社会网络为中心的数字空间演化为3D数字人物与场景，从而构建出一个具有全景性、沉浸感的3D数字世界空间。3D显示技术能够为用户提供具有沉浸性、高真实度、社会临场感的3D视觉体验。
将3D显示设备引入元宇宙，能够给用户带来具有深度信息的三维视觉体验和身临其境的体验。因此，3D显示技术是元宇宙领域的一项重要技术。
一、3D显示的概念
人类超过80%的感知和认识过程是通过眼睛获取的，其他如听觉，嗅觉，触觉等的信息只有20%。当全球第一台黑白电视机被制造出来的时候，就意味着人类进入二维平面世界。在此基础上，显示器的发展趋势呈现出数字化、高清和网络化，而且在这个时候，这些显示器都是将图像以二维平面形式进行显示的。2D图像只能显示平面的、没有深度的影像信息，而人的视觉系统则利用了双目视差的原理，利用两个眼睛获得了不同角度的影像信息，再由大脑进行整合，从而获得深度信息。2 D显示器不能给人以视觉上的视觉体验，也不能使人类获得深度的信息。由此，产生了3D显示技术，该3D显示技术可以对影像进行深度信息的提供和显示。人类对这方面的研究从未放弃过，而且随着时间的推移，3D显示技术也在不断地进步。3D显示是利用光、电、计算机等各种技术，对人的立体视觉特征进行仿真，以3D的形式重现空间对象，从而使其呈现出一种有深度的表现形式。 二、集成成像3D显示技术的结构原理
集成成像3D显示起源于一个多世纪以前，李普曼专家提出了一种新的方法，即使用一组透镜阵列，将3D空间中不同方位、不同角度的光数据拍摄成一组图像元阵列，即所谓的微图像阵列。在3D图像重构的过程中，需要在2 D显示屏上加载微图像阵列，以生成数字图像，然后用 GPU进行处理。这种方法的一个优点是，可以在不影响性能的情况下重新绘制3D图形。以光路可逆原理为依据，微镜头阵列将由微图像阵列所发射的射线再次聚集，从而恢复并构建出3D影像。这种方法可以在不相关的光照条件下，获得全视差和全彩的3D显示，并且不需要使用辅助装置，是一种简单、高效、不会出现三维视觉疲劳的裸眼3D显示方法。
北京航空航天大学在2020年度成功研发了一种以8 K 二维显示屏、复合透镜阵列等系统构成的一套基于复合透镜阵列的桌面3D显示系统。其中，采用复合透镜阵列来控制总视场内的光斑尺寸，从而提高3D图像的分辨率和视场角度。随着计算机技术、微透镜阵列加工技术和2D显示器性能的提高，集成成像3D显示技术得到了快速发展，涌现出了一系列新型的集成成像3D显示技术。
三、集成成像 3D 显示技术研究进展
3D 图像分辨率较低，严重影响了用户的视觉体验，成为制约集成成像3D技术发展的瓶颈。影响3D图像分辨率的主要因素有角分辨率与空间分辨率两个方面。角分辨率反映了透镜元覆盖的像素数目对三维信息的连续性的影响。空间分辨率是反映3D 图像显示精确度的指标，与系统采样频率相关。1998年，日本广播协会对限制综合成像3D 图像分辨率的主要因素进行了分析。该项目采用二维显示屏与微透镜阵列相结合的方法，在不考虑透镜元像差的前提下，使用了各种镜头元的光线，在3D 立体图像上进行重构，并在其前后两幅图像间，设置三维像素点，见图1。空间分辨率由空间频率来表示，观察者可以感知到的最大空间频率如下所示：，由公式可知，空间分辨力与取样频率有很大关系，且受奈奎斯特取样频率的制约。奈奎斯特取样频率是指奈奎斯特定律的极限频率，而空间分辨力是指一束光在一个很小范围内的分辨率。用来衡量一束光的空间分辨力，一般是在两个实验中取平均值。当测量距离较远时，像差可能会产生明显的影响，导致测量结果产生偏差。因此，一般使用一个目标作为参照物来衡量像差。不过，在一些场合中，像差在测量距离较近时会比较明显。
图1奈奎斯特采样频率对3D图像分辨率限制的原因
在确定2D显示屏的分辨率时，3D图像的角度分辨率是通过透镜元下像素的数量来确定的，而3D图像的空间分辨率是通过透镜单元的间距大小来确定的。2D显示屏幕的分辨率是由透镜元下像素的数量和空间分辨率共同决定的，即：2D显示器的像素密度越高，对应2D图像的清晰度也越高，但同时3D显示器显示2D图像时也会更加容易产生动态模糊。在对分辨率进行测量时，首先需要计算出图像的空间分辨率和角度分辨率，然后再计算出透镜单元之间的间距。
其中，屏幕尺寸是指从屏幕中心到屏幕边缘方向上所画出的长度为横轴，从屏幕边缘向中心方向上画出的长度为纵轴。它是通过对屏幕中心像素密度与它所对应的分辨率之间关系进行计算得到。目前，提高三维图像分辨率的方法主要有时分复用（Time Multiple）和空分复用（Flow Multiplication）两类，旨在提高三维图像的角向和空间分辨率。
为我唱首歌吧 阅读答案目前，越来越多的大孔径透镜阵列被用于改善3D图像的像质，在3D图像中加入了一种新的全息散射薄膜以抑制颗粒感。与常规的一体化三维图像显示技术相比，该技术在制备技术、成本等方面都有着明显的优势。在二维显示屏和微透镜阵列间放置一层全息散射膜，
打破二维显示屏上3个子像素的周期排布规律，既能有效地克服3D图像彩摩尔纹的问题，又能提升集成成像3D图像的分辨率。并利用二面角反射镜阵列的特点，把它作为光学低通滤波器，能够有效地解决集成成像3D 图像中存在颗粒感的问题，进一步提升三维成像分辨率。
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四、结语
在新技术的推动下，2 D屏幕分辨率不断提升，以及对透镜阵列的处理和制作水平的提升，进一步提高三维图像的分辨率、视角和景深值，它们都将成为未来元宇宙中重要的显示设备。目前，多项3D显示技术瓶颈已被突破，3D显示设备性能大幅提升。美国，日本等西方国家在20世纪八十年代就开始对3D显示技术进行研究，并在该领域取得了一定的成果。虽然我国在3D显示领域的研究相对较晚，但近几年来，我国的发展迅猛，很快就进入了国际3D显示的行列。
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止脱
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