现阶段最先进的非HMD裸眼3D技术—— 空气成像显示器“MidAir Touch Display”

发表于2016-02-26
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  VR设备的发展有两个方向,一个是追求沉浸感的设备巨大化,如大型体感设备和包裹性很高的HMD设备,另一个方向则是轻便化,如和普通眼镜相似的AR眼镜以及裸眼3D技术,后者在未来可能会完全替代现在的HMD,随时随地在现实中创造出一个立体影像。这次介绍的这项3D显示器技术是目前比较先进、可利用价值极高的一项裸眼3D技术。

 

 

  在3D技术发展的高峰期,立体复印机这一设备出现标志着成像技术达到了一个巅峰期,而2015年初,Intel的公布了其3D成像技术“Intel RealSense Technology”,之后一年时间内,东京大学和庆应义塾大学以使用这项3D技术的光学设备Aerial Imaging Plate 为基础,研发出可在空气中成像的显示器“MidAir Touch Display”(简称MTD),与一般显示器不同,空气成像显示器MTD可以在立体空间内复制出一个和现实一模一样的等大投影,而且这是一项无需佩戴VR设备的成像技术。

 

左图是立体摄影设备、右图为带有inter标识的摄像头

 

  在介绍MidAir Touch Display前,首先让我们来了解下利用inter技术的Aerial Imaging Plate(简称AIP),AIP是一个大箱子一样的设备,四周都用黑布遮挡,上方有透明玻璃一样的显示板和进行手势识别的摄像头,体验者通过显示板可以看到里面的3D成像,然后在这套设备前可以通过按键和触碰来进行操纵。

 

 

AIP的成像原理示意图

 

  AIP的原理是通过大量双面镜进行折叠反射,让眼睛看到立体影像的虚像,用眼睛看普通镜片或玻璃时光线会进行反射,而多面镜却不会进行反射,而是向内侧折射,MidAir Touch Display并不是简单的与AIP组合使用,MTD的最大特点是显示的3D影像并非虚像而是可以触摸到有触感反馈的实像。

 

AIP技术中的虚像

 

  MidAir Touch Display是如何实现触感反馈的呢?在MidAir Touch Display内侧有横18*纵14数量的超声波光线发射器,体验者的手指接近显示屏范围时,红外感应设备Leap Motion Controller会将手指位置的信号坐标进行识别后发射超声波,让手指得到真实的触感反馈。这些触感反馈坐标的误差在1mm之内,而体验者可以进行连续的动作控制,不断进行操作。

 

MTD的3D触觉反馈技术示意图

 

  MidAir Touch Display技术的一个经常展示的例子有2个,其中之一就是实时触感反馈,而另一个则是远程触感交互。前者的展示比较简单,体验者可以通过手指触摸,感受到真实的触感,如下图。

 

 

  另一个展示则是通过两套设备实现,两部设备同时展现一个球体,体验者使用真实的球撞击MTD中的球体虚像,然后另一套设备中得到触感反馈的球体虚像也被同时撞到了,这项展示将可以和VRHMD设备组合使用,当体验者在虚拟世界中进行动作时,现实中的受力方则获得真实反馈。

 

MTD的同步力感反馈

 

  庆应义塾大学的前沿科学研究与东京大学VR技术团队合作后,将涉及虚拟现实领域的触感、裸视3D技术发展到一个更高的级别,但这套设备需要的电子元件过多,要应用到VRHMD中或者直接进入市场还需进行设备简化和调试。让我们期待这项技术的后续发展吧。

 

 

 

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