【摘要】：顯示技術(shù)是支持和推動(dòng)醫(yī)療、文化、工業(yè)及軍事發(fā)展的重要基礎(chǔ)和動(dòng)力。傳統(tǒng)的二維顯示技術(shù)及現(xiàn)有的如立體顯示、光場(chǎng)顯示等三維顯示技術(shù)無法提供三維場(chǎng)景的全部深度信息,人眼觀察會(huì)產(chǎn)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(xí)慣,是最具有發(fā)展?jié)摿Φ娜S顯示技術(shù)。傳統(tǒng)的光學(xué)全息只能記錄和再現(xiàn)靜態(tài)的三維場(chǎng)景且要求存在真實(shí)的光波進(jìn)行物理上的光學(xué)干涉。而計(jì)算全息結(jié)合傳統(tǒng)光學(xué)全息、高速計(jì)算和先進(jìn)光電器件可實(shí)現(xiàn)真實(shí)或虛擬場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)全息三維顯示。計(jì)算全息利用數(shù)字化的三維建模及光波衍射干涉計(jì)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(zhì)量和動(dòng)態(tài)效果,是全息三維顯示中的重要研究?jī)?nèi)容。由于復(fù)雜三維場(chǎng)景存在巨大的信息量,計(jì)算全息圖的高速生成以及三維場(chǎng)景的真實(shí)渲染方法是當(dāng)今全息三維顯示技術(shù)的研究熱點(diǎn)。本文研究動(dòng)態(tài)全息三維顯示中計(jì)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(dòng)態(tài)全息三維顯示的計(jì)算全息方法研究中提高全息圖計(jì)算速度,真實(shí)渲染三維場(chǎng)景。研究工作及取得成果包括:1.簡(jiǎn)述全息三維顯示系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r,對(duì)全息三維顯示的數(shù)理基礎(chǔ)進(jìn)行深入研究和分析,介紹標(biāo)量衍射理論及全息術(shù)基本原理,分析光波衍射的數(shù)值求解方法及特點(diǎn)。2.修正計(jì)算全息傳統(tǒng)面元法核心理論:詳細(xì)求解計(jì)算全息傳統(tǒng)面元法,求解原始三角形由空域旋轉(zhuǎn)帶來的頻譜旋轉(zhuǎn),修正前人工作中積分變換以及相應(yīng)雅克比行列式求解,消除傍軸近似要求。3.提出一種針對(duì)計(jì)算全息傳統(tǒng)面元法的環(huán)境光照補(bǔ)償方法:結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究朗伯表面的光照數(shù)學(xué)描述,分析計(jì)算全息傳統(tǒng)面元法中由二維線性內(nèi)插過程中補(bǔ)零操作帶來的能量丟失,利用隨機(jī)信號(hào)的均一功率譜密度特性結(jié)合傍軸近似條件下新舊頻譜定義域間有限幾何關(guān)系補(bǔ)償頻譜旋轉(zhuǎn)帶來的能量丟失,分離全息圖計(jì)算與加工過程。通過光學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述方法并正確添加三維場(chǎng)景環(huán)境光照及高等光照。4.提出計(jì)算全息仿射傳統(tǒng)面元法:定義特殊的計(jì)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(guān)系,利用上述關(guān)系推導(dǎo)求解計(jì)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(guān)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(jì)算全息面元法計(jì)算速度。通過光學(xué)方法驗(yàn)證計(jì)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(jì)算全息仿射解析面元法:定義唯一基元三角形并解析表達(dá)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(jì)算增加隨機(jī)位相的方法實(shí)現(xiàn)相息圖再現(xiàn),提高了計(jì)算全息面元法計(jì)算速度,通過光學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)算全息仿射解析面元方法的正確性。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN873

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本文編號(hào)：2743689