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擬轉(zhuǎn)化成果 | 懸浮3D顯示+手勢交互=未來觸手可及
來源:中國光學(xué)《液晶與顯示》（ESCI,、Scopus收錄，中文核心期刊）2022 年第 5 期 | 作者:4SHQ | 發(fā)布時間: 1062天前 | 4482 次瀏覽 | 分享到:

在電影《鋼鐵俠 2》中有這樣一幕：影片主角托尼·斯塔克在一張懸浮的 3D 地圖上輕點手指，地圖發(fā)生令人眼花繚亂的變化,，他過世的父親遺留給他的“信息”——一種新型人造元素的 3D 原子結(jié)構(gòu)模型被提取出來。

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圖1：《鋼鐵俠 2》電影片段

許許多多的科幻電影中的類似場景無不體現(xiàn)出人們對 3D 顯示與交互無限的遐想,?？上驳氖牵@樣的遐想或許有望在不遠(yuǎn)的將來成為現(xiàn)實,。

近日,，北京航空航天大學(xué) 王瓊?cè)A 教授團隊開發(fā)出一套懸浮真 3D 顯示實時交互系統(tǒng),，展現(xiàn)出了該種 3D 顯示與交互系統(tǒng)的雛形。該系統(tǒng)能夠動態(tài)地顯示裸眼3D圖像,，在 3D 片源分辨率為 4K 下實現(xiàn) 30 幀/秒的實時,、準(zhǔn)確的手勢交互，并且支持通過預(yù)設(shè)的多種手勢實現(xiàn)多手對多物體的獨立交互,。
該成果以“基于 Leap Motion 手勢識別的懸浮真 3D 顯示實時交互系統(tǒng)”為題發(fā)表于《液晶與顯示》（ESCI,、Scopus收錄，中文核心期刊）2022 年第 5 期,。

  1. 懸浮真 3D 顯示實時交互系統(tǒng)構(gòu)成  

該系統(tǒng)主要分為顯示模塊和交互模塊,，并通過計算機進行銜接和數(shù)據(jù)處理。

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圖2：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
圖源：液晶與顯示, 2022, 37(5): 658. Fig. 6

顯示模塊基于集成成像 3D 顯示,，這一技術(shù)可追溯到 1908 年 Lippmann G. 提出的集成攝影術(shù),。集成成像 3D 顯示利用光路可逆原理，使用透鏡陣列將光線在特定的空間點先匯聚再發(fā)散,，如同光本就是從匯聚點發(fā)出的一樣,，從而模擬真實物體表面發(fā)光或反射光的情況，因此被認(rèn)為是一種裸眼真 3D 顯示,。

在此基礎(chǔ)上研究人員應(yīng)用了懸浮器件——二面角反射鏡陣列,。從一個點光源出發(fā)出的光經(jīng)過每個二面角反射鏡單元后，被反射 2 次匯聚成懸浮于空中的像,。因此集成成像 3D 顯示的 3D 圖像將被投射出整個系統(tǒng)之外,，帶來更強的視覺沖擊，也為更自由的交互提供便利,。

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圖3：懸浮真 3D 顯示原理
圖源：液晶與顯示, 2022, 37(5): 655. Fig. 2

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圖4：二面角反射鏡單元
圖源：液晶與顯示, 2022, 37(5):655. Fig. 3

交互模塊通過體感控制器 Leap Motion 采集手勢數(shù)據(jù),。Leap Motion 是一款基于雙目計算機視覺的體感控制器，它通過頂部的透明窗口拍攝圖片,，提取用戶手的關(guān)節(jié)特征,，進而反映整個手的手勢和姿態(tài)。Leap Motion 采集到的數(shù)據(jù)將被送入計算機處理,，把用戶手勢反映的信息轉(zhuǎn)化為控制 3D 片源變化的指令,，實現(xiàn) 3D 片源隨著手勢動態(tài)變化，也就能結(jié)合顯示模塊實現(xiàn) 3D 圖像隨著手勢動態(tài)變化,。