【摘要】：顯示技術是支持和推動醫(yī)療、文化、工業(yè)及軍事發(fā)展的重要基礎和動力。傳統(tǒng)的二維顯示技術及現(xiàn)有的如立體顯示、光場顯示等三維顯示技術無法提供三維場景的全部深度信息,人眼觀察會產生視覺疲勞等問題。全息三維顯示包含三維物體的全部物理信息,因此可以再現(xiàn)全部深度暗示并滿足人眼自然觀察習慣,是最具有發(fā)展?jié)摿Φ娜S顯示技術。傳統(tǒng)的光學全息只能記錄和再現(xiàn)靜態(tài)的三維場景且要求存在真實的光波進行物理上的光學干涉。而計算全息結合傳統(tǒng)光學全息、高速計算和先進光電器件可實現(xiàn)真實或虛擬場景的動態(tài)全息三維顯示。計算全息利用數(shù)字化的三維建模及光波衍射干涉計算來生成全息圖的信息分布,它決定了全息三維顯示的再現(xiàn)像質量和動態(tài)效果,是全息三維顯示中的重要研究內容。由于復雜三維場景存在巨大的信息量,計算全息圖的高速生成以及三維場景的真實渲染方法是當今全息三維顯示技術的研究熱點。本文研究動態(tài)全息三維顯示中計算全息面元方法的物理模型及全息圖生成的加速算法和光照渲染方法。研究目的為:在動態(tài)全息三維顯示的計算全息方法研究中提高全息圖計算速度,真實渲染三維場景。研究工作及取得成果包括:1.簡述全息三維顯示系統(tǒng)國內外發(fā)展狀況,對全息三維顯示的數(shù)理基礎進行深入研究和分析,介紹標量衍射理論及全息術基本原理,分析光波衍射的數(shù)值求解方法及特點。2.修正計算全息傳統(tǒng)面元法核心理論:詳細求解計算全息傳統(tǒng)面元法,求解原始三角形由空域旋轉帶來的頻譜旋轉,修正前人工作中積分變換以及相應雅克比行列式求解,消除傍軸近似要求。3.提出一種針對計算全息傳統(tǒng)面元法的環(huán)境光照補償方法:結合計算機圖形學研究朗伯表面的光照數(shù)學描述,分析計算全息傳統(tǒng)面元法中由二維線性內插過程中補零操作帶來的能量丟失,利用隨機信號的均一功率譜密度特性結合傍軸近似條件下新舊頻譜定義域間有限幾何關系補償頻譜旋轉帶來的能量丟失,分離全息圖計算與加工過程。通過光學實驗驗證上述方法并正確添加三維場景環(huán)境光照及高等光照。4.提出計算全息仿射傳統(tǒng)面元法:定義特殊的計算全息三維模型及唯一的基元三角形,根據(jù)多視幾何中的三維仿射變換理論建立任意三角形與基元三角形的一步空域變換關系,利用上述關系推導求解計算全息仿射傳統(tǒng)面元法中任意三角形頻譜與基元三角形頻譜的變換關系,并利用矩陣分析理論中的偽逆矩陣求解三維仿射變換核心參量,提高計算全息面元法計算速度。通過光學方法驗證計算全息仿射傳統(tǒng)面元方法的正確性,深入討論其加速特性條件。5.提出計算全息仿射解析面元法:定義唯一基元三角形并解析表達其基元頻譜,根據(jù)仿射變換理論解析求解任意三角形在全息圖平面頻譜域中各處的頻譜值,提出一種分割任意三角形并通過全矩陣計算增加隨機位相的方法實現(xiàn)相息圖再現(xiàn),提高了計算全息面元法計算速度,通過光學實驗驗證計算全息仿射解析面元方法的正確性。
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN873

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本文編號：2743689