北京理工大學光電學院在光學系統設計和CAD領域處于國內領先地位，成功地研制了資源衛星中繼光學系統、飛行仿真頭位跟蹤球幕視景系統、高速動態物質狀態測量光學系統等大型、軍用、復雜光學系統。目前正在系統地開展對自由曲面光學設計、加工、檢測技術的研究。課題組依托光電成像技術與系統教育部重點實驗室(籌)，得到教育部“211”、“985”工程建設項目的連續支持，擁有CODEV和LightTools光學工程軟件、系列光學干涉儀。

    近年來，在國家杰出青年基金項目、國家自然科學基金儀器專項、國家863項目、國防預研項目、教育部長江學者和創新團隊發展計劃項目、北京市科技計劃項目和廣東省省部產學研重大專項的支持下，其在頭盔式立體顯示技術、裸眼立體顯示技術、真三維顯示技術以及應用方面開展了卓有成效的研究。

    拍攝領域尋求突破

    視差性立體顯示器通過為用戶左右眼生成兩幅有視差的圖像，從而使用戶產生深度知覺(立體視覺)。在視差型立體顯示技術方面，北京理工大學課題組利用這一原理已經研發出簡易3D立體顯示器、軸對稱式立體頭盔顯示系統以及自由曲面光學透視式頭盔顯示器等相關產品。

    在裸眼立體顯示技術方面，課題組目前已研發出多投影機柱面柵屏幕立體顯示系統、基于斜光柵的自由立體顯示器以及360°懸浮顯示方法和系統等。

    在進行立體拍攝顯示技術研究時我們發現，由于人眼的視覺生理機理和立體顯示原理不同，立體圖像往往都存在畸變，畸變使立體影像缺乏真實深度感，影響立體顯示效果。同時在一些對深度信息要求比較嚴格的應用領域，例如遙感遙測、機器人視覺、手術導航和立體觀測等，其要求立體影像與真實場景盡可能一致，否則將影響觀看者充分利用立體顯示的空間深度信息，無法做出準確的形狀和位置判斷。2006年，課題組經研究提出了一種可消畸變的立體拍攝顯示系統設計方法，首次將拍攝、顯示和觀看等系統綜合考慮，用戶采用該設計方法可以獲得正面小視場觀看時一定深度范圍內的無畸變影像。

    另外，目前基于視差柵的自由立體顯示器尚有一個重要環節不完善，就是它的圖像源都是采用計算機技術加工的圖像，無法解決真實性和實時性的問題，無法完成實拍實顯，而且圖像動畫開發周期長，投資較大，表面內容不豐富。在醫療手術、機械裝配、氣象分析和空中交通管理、軍事指揮以及廣告娛樂等領域中，這一問題則更為突出。目前我們正在開發一種多視角立體攝像裝置，通過硬件同步采集多視角圖像，并對圖像進行實時編碼處理，配合現有的自由立體顯示器還原真實的立體場景。

    舒適度問題有待解決

    大屏幕立體顯示系統立體展示效果好，臨場感強，在大型立體影院中深受廣大觀眾喜愛。尤其是2009年上映的3D電影《阿凡達》更是將視差型立體顯示技術展現到了極致，獲得了空前的成功，標志著立體電影時代的開始。但在實際應用中，大屏幕立體顯示系統也暴露出一些問題，例如長時間觀看3D電影會導致頭暈和視疲勞，觀看位置、屏幕大小影響觀看效果以及立體影像存在畸變,畫面缺乏真實深度感等問題。

    北京理工大學課題組自2009年起開始進行立體顯示舒適度研究，將影響舒適度的因素分為系統安裝制造引起的畸變(視差圖形狀和顏色差異、投影機安裝、刷新率)和立體顯示機理與人眼視覺生理不同而引起的畸變。前者可通過大量實驗研究按照相應標準對系統安裝調試進行要求來解決；后者則可以進行理論研究，選擇合適的拍攝顯示觀看參數，將不舒適性降低到人體可接受范圍之內。目前這方面的研究正在進行當中，同時我們還在進行與人眼主觀觀看效果一致的立體顯示系統畸變檢測方法研究，研究完成后可對3D節目制作(實拍或者電腦制作)進行指導，對立體顯示系統和觀看場所的設計進行檢測評價。

    著眼真三維觸摸技術

    除進行視差型立體顯示技術、裸眼立體顯示技術的研究之外，2007年，課題組研制成功了擁有完全獨立知識產權的基于多投影機的全彩色真三維顯示系統。基于該系統，課題組申請了發明專利———“基于多投影機旋轉屏的體三維顯示系統”，并于2009年獲得廣東省產學研重大項目支持。目前我們正在進行第二代樣機的研制，力求進一步增大顯示空間。

    為使用戶可以零距離接觸真三維立體影像，并與真三維顯示系統進行交互，2008年，課題組開始真三維顯示可觸摸技術的研究，申請發明專利——— “基于多投影機旋轉屏三維影像可觸摸的真三維顯示方法”。系統將光學懸浮成像技術、人機交互技術和真三維顯示技術三者結合，使用戶可通過不同的手部位置和姿態對真三維圖像進行平移、旋轉、縮放等實時操作，實現虛擬裝配、虛擬三維雕塑、虛擬立體繪畫等功能。同時，用戶也可通過手指或三維鼠標進行三維體元的選控，實現圖像上部分內容的標示可用手指點擊等功能，使系統在實時性、魯棒性以及用戶使用舒適度方面具有較高的水平。

    我們下一步的工作重點包括：

    第一，為提高頭盔顯示器的舒適程度，采用新型光學元件，改進頭盔光學系統的設計，進一步減小系統的體積質量，進而減輕整體系統的質量。

    第二，為滿足寬視場高分辨率的要求，開展新型結構的探索，研究新的設計方法，實現具有高度浸沒感的3D頭盔顯示技術。

    第三，建立立體顯示舒適度評價標準和客觀檢測方法，進一步擴大基于多投影機的真三維顯示系統顯示空間，提高圖像亮度，并實現在醫療和游戲娛樂領域的應用。

    第四，開展無掃描運動機構、無噪聲、無振動、可靠性高、成本相對較低、無需佩戴任何輔助設備也無需頭部跟蹤、可360度周視觀看、可實現水平視差和垂直視差的3D顯示系統的研究。