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Il display volumetrico forma una rappresentazione visiva di un oggetto in tre dimensioni fisiche
Apr 22, 2017

Display volumetrico

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera

Un dispositivo di visualizzazione volumetrico è un dispositivo di visualizzazione grafica che rappresenta una rappresentazione visiva di un oggetto in tre dimensioni fisiche , a differenza dell'immagine pianistica delle schermate tradizionali che simulano la profondità attraverso diversi effetti visivi diversi. Una definizione offerta dai pionieri nel campo è che le visualizzazioni volumetriche creano immagini in 3D attraverso l'emissione, la dispersione o la trasmissione dell'illuminazione da regioni ben definite nello spazio (x, y, z). Sebbene non esista consenso tra i ricercatori sul campo, può essere ragionevole ammettersi schermi olografici e altamente multiview alla famiglia di visualizzazione volumetrica se fanno un lavoro ragionevole di proiettare un campo luminoso tridimensionale all'interno di un volume.

La maggior parte, se non tutti, i display 3D volumetrici sono autostereoscopici o automultiscopici ; Cioè, creano immagini 3D visibili all'occhio sguardo. Si noti che alcuni tecnici di visualizzazione riservano il termine "autostereoscopico" per le visualizzazioni parallasse multiple multiple spatialmente piatte, ad esempio i display a foglio lenticolare . Tuttavia, quasi tutti gli schermi 3D diversi da quelli che richiedono copricapo, ad esempio occhiali stereo e display a testa stereo, sono autostereoscopici. Di conseguenza, un ampio gruppo di architetture di visualizzazione è considerato autostereoscopico.

Le visualizzazioni volumetriche 3D rappresentano in generale una sola famiglia di display 3D. Altri tipi di schermi 3D sono: stereogrammi / stereoscopi, visualizzazioni sequenziali, display elettro-olografici, visualizzazioni parallax "due visualizzazioni" e panoramagrammi parallassi (che sono tipicamente sistemi multiplex spaziali come le esposizioni a lamierine e barriere parallasse), re Sistemi di imaging e altri.

Anche se prima postulato nel 1912, e un punto fondamentale della fantascienza , le esposizioni volumetriche sono ancora in fase di sviluppo e devono ancora raggiungere la popolazione generale. Con una varietà di sistemi proposti e in uso in piccole quantità - per lo più in università e in vari laboratori di ricerca - le visualizzazioni volumetriche rimangono accessibili solo agli accademici, alle corporazioni e alle forze armate.


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Tipi [ modifica ]

Sono stati fatti diversi tentativi per produrre dispositivi di imaging volumetrico. [1] Non esiste una " tassonomia " accettata ufficialmente della varietà di display volumetrici, un problema complicato dalle molteplici permutazioni delle loro caratteristiche. Ad esempio, l'illuminazione all'interno di un display volumetrico può raggiungere l'occhio direttamente dalla sorgente o attraverso una superficie intermedia, ad esempio uno specchio o un vetro; Allo stesso modo, questa superficie, che non deve essere tangibile, può subire un movimento come oscillazione o rotazione. Una categorizzazione è la seguente:

Schermata a volume interrotto [ modifica ]

I display 3D volumetrici a superficie (o "swept-volume") contano sulla persistenza umana della visione per fondere una serie di fette dell'oggetto 3D in un'unica immagine 3D. Sono state create varie schermate di volume.

I LED a scorrimento rapido creano un oggetto a 360 gradi in aria in questo prototipo di University College Sedaya International

Per esempio, la scena 3D è computazionalmente scomposta in una serie di "fette", che possono essere di sezione rettangolare, a forma di disco o elicoidale, quindi vengono proiettate su o da una superficie di visualizzazione in movimento. L'immagine sulla superficie 2D (creata dalla proiezione sulla superficie, i LED incorporati nella superficie o altre tecniche) cambia quando la superficie si muove o ruota. A causa della persistenza della visione gli umani percepiscono un volume continuo di luce. La superficie del display può essere riflettente, trasmissiva o una combinazione di entrambi.

Un'altra tipologia di visualizzazione 3D che è un membro candidato alla classe dei display a volume swept-volume è l'architettura speculare varifocale. Uno dei primi riferimenti a questo tipo di sistema è dal 1966, in cui un tamburo a specchio vibrante riflette una serie di modelli da una sorgente di immagini 2D ad alta velocità, ad esempio un display vettoriale, ad un insieme corrispondente di superfici di profondità.

Volume statico [ modifica ]

I cosiddetti "static volume" visualizzazioni 3D volumetriche creano immagini senza alcuna parte in movimento macroscopica nel volume di immagine. Non è chiaro se il resto del sistema deve rimanere fisso per l'adesione a questa classe di visualizzazione per essere vitale.

Questa è probabilmente la forma più diretta della visualizzazione volumetrica. Nel caso più semplice, un volume di spazio indirizzabile viene creato da elementi attivi trasparenti allo stato spento , ma sono opachi o luminosi nello stato attivo. Quando gli elementi (chiamati voxel ) sono attivati, mostrano un modello solido all'interno dello spazio del display.

Alcuni display 3D volumetrici a volume statico utilizzano la luce laser per favorire la radiazione visibile in un solido, liquido o gas. Ad esempio, alcuni ricercatori si sono basati su una trasformazione in due fasi all'interno di un materiale raro per la terra , quando è illuminato dall'intersezione di raggi laser a raggi infrarossi delle frequenze appropriate. [2] [3]

I recenti progressi si sono concentrati su implementazioni non tangibili (libere dello spazio) della categoria di volume statico, che potrebbero eventualmente consentire un'interazione diretta con il display. Ad esempio, un display di nebbia che utilizza più proiettori può rendere un'immagine 3D in un volume di spazio, con conseguente visualizzazione volumetrica del volume statico. [4] [5]

Una tecnica presentata nel 2006 elimina completamente il mezzo di visualizzazione, utilizzando un laser ad infrarossi pulsato concentrato (circa 100 impulsi al secondo, ciascuno dei quali durano un nanosecondo ) per creare palline di plasma incandescente al punto focale in aria normale. Il punto focale è diretto da due specchi mobili e da una lente scorrevole che consente di disegnare forme nell'aria. Ogni impulso crea un suono sconvolgente, in modo che il dispositivo crepa come funziona. Attualmente può generare punti ovunque all'interno di un metro cubo. Si pensa che il dispositivo possa essere scalato a qualsiasi dimensione, consentendo la generazione di immagini 3D nel cielo. [6] [7]

Le successive modifiche come l'uso di un miscuglio di gas neon / argon / xeno / elio simile a un globo plasmatico e un sistema di riciclaggio rapido del gas che impiegano pompe a vuoto e vuoto potrebbe consentire a questa tecnologia di ottenere due colori (R / W) e possibilmente RGB Cambiando la larghezza e l'intensità dell'impulso di ogni impulso per sintonizzare gli spettri di emissione del corpo luminoso del plasma.

Interfacce uomo-computer [ modifica ]

Le proprietà uniche di visualizzazioni volumetriche, che possono includere: la visione a 360 gradi, l'accordo di convergenza e le indicazioni di alloggio e la loro "tridimensionalità" intrinseca, consentono nuove tecniche di interfaccia utente . Ci sono lavori recenti che esaminano i vantaggi di velocità e precisione dei display volumetrici, [8] nuove interfacce utente grafiche [9] e applicazioni mediche rafforzate da display volumetrici. [10] [11]

Esistono inoltre piattaforme software che forniscono contenuti nativi e contenuti 2D e 3D a display volumetrici. [12]

Uso artistico [ modifica ]

Hologlyphics: utilizzo artistico di display volumetrici, che coinvolgono film volumi e musica

Un'arteforme chiamata Hologlyphics è stata esplorata dal 1994, combinando elementi di olografia , musica , sintesi video , film visionario, scultura e improvvisazione . I film volumi sono stati mostrati per vivere il pubblico in festival cinematografici, gallerie d'arte e eventi musicali. Molti display volumetrici e array multi-altoparlanti circondano un pubblico. I film sono mostrati in combinazione con la musica, viva o registrata con le animazioni volumetriche.

L'intento originale era quello di unire l' olografia con la musica, e finalmente i display volumetrici furono stabiliti come un supporto artistico. Molti effetti speciali tradizionali di pellicole e video sono stati adattati ai film anglosassici, e molti altri effetti speciali unici per i display volumetrici sono stati sviluppati. Questi includono effetti di pulitura volumetrica, flessione raster, morphing, caleidoscopio e effetti di mirroring, rotazioni sperimentali, effetti di rottura spaziale e sequenziamento delle immagini.

I film Hologlyphic possono essere eseguiti in tempo reale, come un sintetizzatore video , controllato da tastiere musicali, sensori di movimento, pannelli di controllo e strumenti acustici. Il sistema di generazione di immagini è per lo più digitale, ma alcuni dei generatori e processori di immagini originali erano analogici e rimangono in uso.

Svantaggi [ modifica ]

Le tecnologie di visualizzazione voluminose note hanno anche diversi inconvenienti esposti a seconda dei compromessi scelti dal progettista del sistema.

Si afferma spesso che le visualizzazioni volumetriche non sono in grado di ricostruire scene con gli effetti dipendenti dal visualizzatore-posizione, come l'occlusione e l'opacità. Questo è un errore; Un display i cui voxel hanno profili di irraggiamento non isotropici sono infatti in grado di rappresentare effetti dipendenti dalla posizione. Le visualizzazioni volumetriche attualmente in grado di occlusione richiedono due condizioni: (1) l'immagine viene resa e proiettata come una serie di "viste" piuttosto che "fette", e (2) la superficie dell'immagine non è uniforme diffusore. Ad esempio, i ricercatori hanno dimostrato schermature volumetriche a filatura a schermo con riflettenti e / o verticalmente diffusi, le cui immagini presentano occlusioni e opacità. Un sistema [13] [14] ha creato immagini 3D di HPO con un campo visivo a 360 gradi dalla proiezione obliqua su un diffusore verticale; Un altro [15] prevede 24 viste su una superficie di controllo controllata di rotazione; Ed un altro [16] fornisce immagini a 12 immagini usando una lamiera orientata verticalmente.

Finora la capacità di ricostruire scene con occlusione e altri effetti dipendenti dalla posizione è stata a scapito della parallasse verticale, in quanto la scena 3D appare distorta se viene visualizzata da località diverse da quelle per cui è stata generata la scena.

Un'altra considerazione è la grande quantità di larghezza di banda necessaria per alimentare immagini a un display volumetrico. Ad esempio, un standard di 24 bit per pixel , risoluzione 1024x768, display a schermo piatto / 2D richiede circa 135 MB / s per essere inviato all'hardware di visualizzazione per sostenere 60 fotogrammi al secondo, mentre un 24 bit per voxel , 1024 × 768 × 1024 (1024 "pixel" nell'asse Z), il display volumetrico dovrebbe inviare circa tre ordini di grandezza (135 GB / s ) all'hardware di visualizzazione per sostenere 60 volumi al secondo. Come per i normali video 2D, si potrebbe ridurre la larghezza di banda necessaria semplicemente inviando meno volumi al secondo e consentendo all'hardware di visualizzazione di ripetere i fotogrammi durante l'intervallo o inviando solo dati sufficienti per influenzare quelle aree del display che devono essere aggiornate È il caso nei moderni formati di compressione perdita di compressione come MPEG . Inoltre, un display volumetrico 3D richiederebbe due o tre ordini di grandezza maggiore di potenza CPU e / o GPU al di là di quella necessaria per immagini 2D di qualità equivalente, dovuta almeno in parte alla pura quantità di dati che devono essere creati e inviati alla Hardware di visualizzazione. Tuttavia, se è visibile solo la superficie esterna del volume, il numero di voxel richiesti sarebbe dello stesso ordine del numero di pixel su un display convenzionale. Ciò avverrebbe solo se i voxel non hanno valori "alfa" o trasparenza.

Mercato [ modifica ]

Attualmente ci sono una manciata di aziende coinvolte nello sviluppo di tecnologie di visualizzazione volumetrica 3D. Le seguenti società hanno tecnologia di visualizzazione volumetrica che è stata esposta pubblicamente ed è disponibile per la vendita:

Questo è un elenco che include tutte le aziende che hanno sperimentato una qualche forma di tecnologia di visualizzazione volumetrica: