仿真专业词义辨析之二——虚像显示与准直显示

  在飞行模拟器和其它的一些模拟器(如坦克、汽车驾驶模拟器……等)的视景系统中,有一种显示系统,有的称为虚像显示系统,有的称为准直显示系统。在多数情况下,人们所指的是同一个具体的系统。但是,从光学的概念来说,虚像显示系统和准直显示系统并不能完全等同。有的虚像显示系统也是准直显示系统,有的虚像显示系统却不是准直显示系统。两者的差别,本质上在于”虚像”与”准直”的差别。

  在飞行模拟器和其它的一些模拟器(如坦克、汽车驾驶模拟器……等)的视景系统中,有一种显示系统,有的称为虚像显示系统,有的称为准直显示系统。在多数情况下,人们所指的是同一个具体的系统。但是,从光学的概念来说,虚像显示系统和准直显示系统并不能完全等同。有的虚像显示系统也是准直显示系统,有的虚像显示系统却不是准直显示系统。两者的差别,本质上在于”虚像”与”准直”的差别。

  虚像(virtual image)

  虚像是相对实像而言的。简单地说,所谓“实像”(real image),就是在成像空间的像面上真实存在的像;所谓“虚像”,就是在成像空间的像面上实际不存在的像。具体地说,如果物体的物点发出的同心光束经过光学器件后是收敛的,其交汇点就是物点的实像点,物体所有物点的实像点的集合就构成了物体的实像;如果物体的物点发出的同心光束经过光学器件后是发散的,不能交汇于一点,但是,将这些发散的光线向其反方向延长,其虚线就会交汇成一点,这一点就是物点的虚像点,物体所有物点的虚像点的集合就构成了物体的虚像。如果在实像面处放置一个幕布(或毛玻璃),则会在幕布(或毛玻璃)上显示物体的实像,如电影屏幕上的景象或照相机毛玻璃上显示的像;如果在虚像面处放置一个幕布(或毛玻璃),则不能在幕布(或毛玻璃)上显示物体的虚像。人们从镜子中看到的像,就是虚像。不论是从平面镜还是曲面镜(当然包括球面镜),只要是人眼直接从镜中看到的像,统统都是虚像。

  例如,家庭用的镜子,是一个典型的平面反射镜,而平面反射镜的基本性质是对实物形成虚像,物和虚像对称于反射面,在反射面的两侧。人们从凹面镜中看到的虚像,物和虚像也在反射面的两侧。无知的婴儿常常要到镜子的背后寻找镜子中的人,当然是找不到的,因为镜子背后根本就没有人。人们平常使用的放大镜,是一种凸透镜,通过它看到的是放大了的虚像。这种虚像与物在同一侧。

  因此,在各种各样的模拟器中,只要是从镜面中看到景象的显示系统就是虚像显示系统;凡是从承影屏(如屏幕)上看到景象的显示系统就是实像显示系统。

  准直(collimation)

  所谓“准直”,也是光学中的一个名词,也就是使光线平行的意思。例如,平行光管(collimator),或称为准直光管,是一种能够提供无穷远目标和平行光束的光学仪器。准直显示系统,也就是一种能够提供无穷远景象和平行光束的光学显示系统。

  在飞机的驾驶舱中,飞行员通过前风挡所看到的外部景物的距离通常都是比较远的(几十米以上)。在远处景物的相邻各点所发出的(或反射的)光线基本上都是平行的。而在视景显示系统中,几十米的距离基本上就称为无穷远。因此,为了逼真地模拟舱外的景象,除少数模拟器的部分视窗(如直升机的下视窗,汽车模拟器的边窗等)外,对于大多数模拟器的视景系统来说,应该采用准直显示系统。又由于球面反射镜的主轴光线与入射光轴线重合,所以称为同轴准直显示系统。

  还有一种离轴准直显示系统,投影器是将图像投影到具有半透射性能的后投影屏幕上,形成实像,而它的位置也正好在准直反射镜的焦面上,所以准直反射镜反射的光线也是平行的。由于准直反射镜的主轴光线与入射光轴线有一个夹角,故称为离轴准直显示系统。

  从上述两种准直显示系统来看,它们都是虚像显示系统。

  由此可见,准直显示系统只是虚像显示系统的一个分支。对于具有准直作用的显示系统,以称“准直显示系统”为好,因为它直接表明了它的性能特征。

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