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基于光场的立体显示

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计算机图形学中的一项重要研究内容就是在计算机中重现具有高度真实感的虚拟环境，并且使用户可以像在真实世界中一样自由地进行漫游或浏览。对于其中一些应用场景，传统的先几何建模再进行绘制的图形学流程，无论是在真实感方面还是绘制效率方面，都已经无法满足需要。而与光场相关的研究，是直接对空间中 所有光线的分布和传播进行建模。建立了空间光场模型，就可以从任意视角对三维场景进行浏览，并且可以实现不同深度的重对焦绘制效果。由于避免了几何建模的复杂性 ，并且具有更强的真实感，光场在虚拟现实、计算摄影学等相关领域中都具有其特别的优势。

近年来对光场进行表达和采集方面的研究及应用已经相对成熟，光场相机也已开始走向实用化，然而对光场进行显示和浏览的研究工作仍然相对不足。本课题就将对基于光场的立体显示方面的理论和应用进行相关的研究，在现有技术的基础之上提出更有效的光场显示方法及相应的装置系统。

现有的虚拟现实立体显示系统，通常采用的是基于双目视差立体显示原理的显示设备，例如双目立体投影系统、双目立体显示眼镜或头盔等。这类设备存在的一个重要问题是，由于分辨率、视差以及头部运动跟踪等多种因素，观察双目立体图像时需要人眼不断调整对焦，因此在长时间观看时容易引起人眼视疲劳、头晕等不良症状，不利于实际应用。此问题可以利用光场显示原理，通过重建场景中的完整光场加以解决。本课题的研究目标就是实现一种小型的光场显示系统，可以快速高效地进行场景中的光场重建及显示。

　

  

▲ 双屏幕光场立体显示装置

▲ 光场显示模拟实验：对焦点移动（由近到远）

▲ 光场显示装置实拍：重对焦效果

　

相关科研项目：

• 国家自然科学基金青年基金项目，61602012，“基于非负矩阵分解的光场显示方法”，2017.1-2019.12（在研）