高级投影显示系统

14.2　高级投影显示系统

14.2.1　全息投影技术^[3]

全息投影技术是近些年来流行的一种高科技技术，它是采用一种国外进口的全息膜配合投影再加以影像内容来展示产品的一种推广手段。它提供了神奇的全息影像，可以在玻璃上或亚克力材料上成像。这种全新的互动展示技术将装饰性和实用性融为一体，在没有图像时完全透明，给使用者以全新的互动感受，成为当今一种最时尚的产品展示和市场推广手段。全息投影设备包括全息投影仪、全息投影幕、全息投影膜、全息投影内容制作等。

全息投影技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体光波波前的一种技术。其第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，此即拍摄过程：被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图，或称全息照片。其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，这是成像过程。全息图犹如一个复杂的光栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦形全息图的衍射光波一般可给出两个像，即原始像（又称初始像）和共轭像。再现的图像立体感强，具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。利用全息投影技术，可以让身处异地的人们“面对面”地进行交流，令人称奇。

全息投影分为180度全息投影和360度全息投影和幻影成像，180度全息投影适合单面展示，一般应用在3D成像面积较大的舞台全息投影和成像面积加大的场合使用，并且可以实现互动；360度全息投影又称360全息，适合展示单件的贵重物品，并且4面都可以看到3D的影像，如图14.2所示。

图14.2　360度全息展示

14.2.2　幻影成像技术

幻影成像系统是基于“实景造型”和“幻影”的光学成像结合，将所拍摄的影像（人、物）投射到布景箱中的主体模型景观中，演示故事的发展过程。幻影成像系统由立体模型场景、造型灯光系统、光学成像系统、影视播放系统、计算机多媒体系统、音响系统及控制系统组成，可以实现大的场景、复杂的生产流水线、大型产品等的逼真展示。

1.幻影成像硬件设备

近年来国内的一些博物馆、校史陈列馆、图书馆等场所开始引进国外先进技术，利用幻影成像技术向公众讲述文物背后的故事。幻影成像展示系统主要由实物展示台、幻影成像设备、液压和机械控制设备等软硬件构成。

2.幻影成像的优势

幻影成像的优点在于它不受场地等因素的限制，可以根据场地的大小来调节。幻影成像技术已经在国外广泛使用，在国内的各类博物馆、名人故居、百年古镇、历史名街、主题公园、遗址公园、城市规划展示馆等也开始逐渐应用。

3.幻影成像的应用

随着信息技术在世界范围内的迅猛发展，特别是数字化技术的普及应用。利用信息化的集中管理手段配合信息直观、集中的交互式表达，将使各项管理工作更加严密、有效，服务更加便捷、高效。幻影成像系统作为当今最现代的成像技术，已经被广泛地应用于我国国民经济生产的各个领域。

幻影成像可以揭示一个现象、演示一个规律、解释一个科学原理、讲解一段故事、树立企业形象、介绍一种产品、分析数据曲线，以及一些危险环境下的不适宜人进入的场景等。

幻影成像适合展示的场合包括：城市规划展示馆、图书馆、博物馆、科技馆、档案馆、娱乐厅、展览会、博览会等。

14.2.3　无缝拼接技术

随着虚拟现实、科学可视化、仿真训练、家庭剧场等应用日益广泛，对图形、图像、视频的大范围和高分辨率显示的需求也越来越强烈，同时也促使这方面的研究不断地走向深入。受限于传统显示硬件（CRT，LCD显示器）的工艺水平，不能生产出显示面积为十几甚至几十平方米的单一显示设备。然而，由于各种商用投影设备的显示性能大幅度提高，而价格却在不断下降，因此越来越多的研究机构和研究者开始研究基于多投影仪的无缝拼接显示技术，其目的是通过投影仪阵列投影来实现大范围的、高分辨率的无缝显示。^[4]

1.概述

追求亮丽的超大画面、纯真的色彩、高分辨率的显示效果是历来人们对视觉感受的一种潜在要求。大到主题公园、指挥监控中心、模拟仿真训练系统的建立，小到数字电影、视频会议、学术报告、技术讲座和多功能会议的进行，对大画面、多色彩、高亮度、高分辨率显示效果的需求越来越多。

在经历了由CRT、等离子电视墙、LED显示墙、DLP背投单元等大屏幕拼接显示技术后，最新崛起来源于模拟仿真和立体影院系统的大屏幕无缝融合拼接投影显示技术正在快速成熟。

其关键技术分别是几何校正、色彩校正、边缘融合，以及相关的图形拼接控制及公共像素生成的软硬件技术，为客户提供视觉宽广、真实，画面高度沉浸感，无缝、连续、亮度均匀、色彩统一的整体图像显示。

2.典型系统简介

典型应用可分为两大类，分别是大视场可视化应用领域和控制室（指挥监控及多功能会议）应用，具体内容如下：

●大屏幕虚拟现实应用

●飞行、车船等模拟器

●主题公园、科技娱乐展示

●数字（立体）电影

●控制室、多功能会议室应用

其各种细分产品，从单独的几何校正处理器到同时具备集成边缘融合与拼接控制功能的一体化设备，可为各种专业显示系统提供完美解决方案，定制多种功能模式共存的复杂系统，三维视景仿真显示、指挥监控与会议汇报功能模式可任意切换。

3.视景仿真显示功能

在视景仿真显示模式下可接收前端的图形工作站集群输出多路高分辨率三维视景仿真（虚拟现实）图像及多路二维GIS指挥图像信号，任意拼接组合显示高质量的MVC画面。

4.指挥控制与会议多媒体汇报功能

在会议模式下可完成各种工作汇报、成果展示等，系统可接入各种计算机信号、图像、文字资料，可在系统上运行各类高分辨率的PPT、WORD、DVD视频以及多媒体软件。

5.大视场可视化应用

可视化技术（Visualization）是20世纪80年代兴起的一种技术，其含义为将复杂的数据以图形/图像的形式在高度沉浸感的显示环境中实时展现出来，使人对数据有直观、准确的了解，并为其提供与数据交互的手段。

大视场、高临场感可视化系统的概念最早由SG I公司提出，并称为Reality Center，以后Reality Center这一名称就成为大视场可视化系统的代名词。所谓Reality Center（简称RC），是指一种可供多人同时使用的大屏幕交互式可视化系统，该系统以高沉浸感、实时性、交互性为特点，是支持群体决策、群体可视化的重要手段。

大视场可视化系统的基本特点是通过单个或多个图形发生器（IG）生成图像，并根据观众眼点、屏幕、投影仪的位置关系对画面进行修正，由多个投影仪在折幕、柱幕、球幕上面形成无缝、连续、亮度均匀、色彩统一的整体图像。

大视场可视化系统（Reality Center）由以下部分组成：

Reality Center主要由图形发生器（IG）、投影系统（包括屏幕及相关附属设备）组成。图形发生器负责实时生成多通道同步图像，投影系统负责将这些图像正确地投射到屏幕上。

图形发生器（IG）是Reality Center系统的核心，其作用是根据虚拟场景数据库中的场景几何造型及观察者视觉信息实时生成虚拟场景的图像。

投影系统由设计眼点（Designed Eye Point）、投影机、几何校正/边缘融合器、屏幕等设备组成。其中几何校正/边缘融合器的主要任务是对投射在屏幕上的图像进行几何校正，并对相邻投影图像的重叠区域进行融合，以得到一幅几何正确、无缝拼接的图像。

6.控制室应用

大屏幕显示系统在公安交警指挥、交通监控管理、军事作战指挥训练、工业生产调度、电信网络管理等多个领域的控制室及多功能会议室中有广泛的应用。它能够集中显示来自RGB、Video和网络等多种不同信号源的信号，以满足用户大面积显示各种共享信息和综合信息的需求。

采用无缝融合拼接投影显示技术的控制室显示系统解决方案是将无缝融合拼接技术、多屏图像处理技术、多路信号切换技术、网络技术、集中控制技术等的应用综合为一体，形成一个拥有高亮度、高清晰度、高智能化控制、操作方法先进的大屏幕显示系统。

7.典型行业应用简介

●模拟训练器：包括飞行模拟训练器、特种车辆模拟器、机车模拟器等；

●仿真展示中心：各类院校及研究所的仿真中心用于研究及成果（产品等）展示；

●数字娱乐（游戏）：包括赛车模拟机在内的各种高端数字互动游戏平台；

●科博馆：各类虚拟互动及多媒体展陈项目、数字化博物馆展示；

●主题公园：大型声光电一体化的主题展示中心；

●数字影院：家庭及社区数字影院；

●规划局：各地规划局用于城市规划的数字环幕系统；

●天文馆：数字天象仪、天文馆大型球幕系统；

●广告宣传：大型广告球、广告媒体发布平台；

●指挥中心：大中型的军事、政府指挥控制显示系统；

●会议室：各行业中小型的多功能会议室。