【正文】 ..... 20 5． 3 焦距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ........................................... 21 5． 4 總體裝配圖 ................................................... 22 結(jié) 論 ................................................................ 25 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................... 26 致 謝 ................................................................ 27 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 1 引言 近幾 年，隨著電子科技的發(fā)展，許多在實(shí)驗(yàn)室中的科技成果也更多的變?yōu)樯虡I(yè)上的現(xiàn)實(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)（ visual reality,簡(jiǎn)稱 VR,下同 ）技術(shù)的先驅(qū)之一 —— Oculus將人類帶入自己創(chuàng)造的虛擬世界里，優(yōu)異的沉浸感點(diǎn)燃了人類對(duì) VR 技術(shù)的熱情。微軟公司出品的 kinect 深深的改變了人類對(duì)人機(jī)交互的理解。而視覺是人類觀察世界和認(rèn)知世界的重要手段 [1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類從外部世界獲得的信息約有 80%來自于視覺系統(tǒng)，這更加凸顯了視覺的重要地位 [2]。古老悠久的光學(xué)與現(xiàn)代飛速發(fā)展的電子科技融合，造就了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的崛起，而增強(qiáng)現(xiàn) 實(shí)技術(shù)將在在機(jī)械制造、建筑設(shè)計(jì)、教育娛樂、商業(yè)演示等方面都有廣泛的應(yīng)用前景 ,而且它不僅提供了一種更新穎的顯示方法 ,更代表了下一代更便捷的人機(jī)交互界面的發(fā)展趨勢(shì)。但現(xiàn)階段增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)仍然處于技術(shù)路線中的發(fā)展初期。上市產(chǎn)品少、價(jià)格昂貴且實(shí)用性不高，加上增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)本身還需繼續(xù)完善，所以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)的春天還遠(yuǎn)未到來。本課題希望設(shè)計(jì)制造一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉卻有良好 3D 顯示效果的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) 3D眼鏡。 2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)概論 2． 1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)簡(jiǎn)介 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（ Augmented Reality，簡(jiǎn)稱 AR）， 采用投影等科 技手段，輔助以攝像頭追蹤 并加上相應(yīng) 計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別 的技術(shù)， 在 屏幕上把虛擬世界 嵌套在 現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行 有機(jī)的 互動(dòng)。 AR 技術(shù)可以把 虛擬世界 和 真實(shí)世界 融合在一起 ， 不僅將我們根據(jù)自身想法創(chuàng)造的虛擬物體無縫的疊加到現(xiàn)實(shí)的世界中。還可以將 是把原本在現(xiàn)實(shí)世界的一定時(shí)間空間范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息 (視覺信息、聲音、味道、觸覺等 )，通過電腦等科學(xué)技術(shù)，模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，被人類感官所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn) [10]。 這樣虛擬和真實(shí)的信息實(shí)時(shí)的融合在一個(gè)場(chǎng)景中，為我們現(xiàn)實(shí)的世界創(chuàng)造無限可能。 AR 技術(shù)脫胎于 VR，但又青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。 VR 強(qiáng)調(diào)的是虛擬世界給人帶來的沉浸感 ,使人可以用我們熟悉的方式與虛擬世界中的對(duì)象進(jìn)行交互；而 AR 則強(qiáng)調(diào)在真實(shí)場(chǎng)景中融入計(jì)算機(jī)生成的虛擬信息的能力，它并不隔離觀察者與真實(shí)世界之間的聯(lián)河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 系 [1] 。也就是， VR 技術(shù)注重將人帶到虛擬的世界中，增加沉浸感。而 AR 技術(shù)則是將虛擬的世界疊加到現(xiàn)實(shí)的世界中，在真實(shí)的世界中創(chuàng)造無限可能，這就是“增強(qiáng)”的含義。 2． 2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)概論的關(guān)鍵技術(shù) 一個(gè)成熟的 AR 系統(tǒng)是垂直結(jié)構(gòu)，分為四層。第一層是硬件設(shè)備，包含了顯示設(shè)備和攝像頭模組；第二 層是系統(tǒng)軟件部分，即實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算與建模的功能模塊；第三層是應(yīng)用軟件層，包含了可以實(shí)現(xiàn)各種功能的應(yīng)用軟件，例如 3D 導(dǎo)航、 3D模型演示；第 四 層 是 用 戶 層 ， 是 前 三 層 共 同 構(gòu) 建 的 用 戶 體 驗(yàn) 層 。 如 圖 。 圖 AR 系統(tǒng)層級(jí)圖 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的顯示技術(shù) AR 技術(shù)中的顯示技術(shù) 是指 圖象信息顯示器件， 廣泛 采用 的是 微型高分辨率陰極射線管 CRT(Cathode Ray Tube）或者小型液晶顯示屏 LCD(Liquid Crystal Display)。由于 CRT 具有高分辨率、高亮度、快的響應(yīng)速度和低的成本 ,目前在軍事 上較為常用 ,但一般為 ~l 英寸高亮度、高分辨率單色投影顯示 [2]。 但一般在 AR 設(shè)備中 ,多采用 LCD 為圖像顯示源以減輕重量。 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的光學(xué)結(jié)構(gòu) 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的顯示器可以頭盔顯示器 (HeadMounted Display， HMD)和非頭盔顯示設(shè)備 [3]。目前，一般的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要使用透視式頭盔顯示器 (SeeThrough HeadMounted Display， STHMD)[5]。（投射式 HMD 有三個(gè)部分組成：（ 1）圖像源（ 2）河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 中繼光學(xué)系統(tǒng)（ 3）入瞳系統(tǒng)。如圖 所示。 中繼光學(xué)系統(tǒng)主要由透鏡組組成，主要目的是會(huì)聚由前面圖像源發(fā)出的光線，并且起到調(diào)整像差，減少場(chǎng)曲和色差的功能。 入瞳系統(tǒng)主要是在人眼前放置一塊半反半透屏幕，使人既能觀察到現(xiàn)實(shí)的景象，也可以看到由圖像源輸送的信息，從而達(dá)到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的目的。 普通的 HMD 結(jié)構(gòu)大多數(shù)被應(yīng)用在飛行員頭盔上，由于應(yīng)用的特殊性，飛行員頭盔需要有非常良好的顯示質(zhì)量，因此在中繼光學(xué)系統(tǒng)和入瞳系統(tǒng)中，此 HMD 頭盔都采用了大量的諸如反射鏡、組合透鏡等光學(xué)元件，在提高了顯示效果的同時(shí)，也帶來了一些列的問題，首要就是重量大大增加，在一個(gè)便攜設(shè)備大 行其道的現(xiàn)在社會(huì)，這一種投射式 HMD 是無法改造成大眾消費(fèi)品的。其次是 HMD 頭盔的復(fù)雜性和高昂的成本。 圖 光學(xué)穿透式頭盔顯示器 圖 50 度貓眼式光學(xué)穿透式頭盔顯示器 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 所以雖然 HMD 的顯示效果很卓越，但是其缺點(diǎn)在很多方面被無限放大，這也是普通透射式 HMD 無法被廣泛普及應(yīng)用的原因之一。 2． 3 本文主要所做的主要工作 本文主要研究的內(nèi)容是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) 3D 眼鏡機(jī)械系統(tǒng)，主要偏重于系統(tǒng)的第一層結(jié)構(gòu)，包含有： （ 1） 改進(jìn)透射性 HMD 的光學(xué)系統(tǒng)，更改 LCD 圖像源。 （ 2） 用 ZEMAX 對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行成像特征的分析，優(yōu)化結(jié)構(gòu)。 （ 3） 設(shè)計(jì) 3D 眼鏡的外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在保證舒適性的前提下增加焦距可調(diào)的機(jī) 械結(jié)構(gòu)。 3 立體視覺 人們將從雙眼進(jìn)入到大腦的兩幅畫面組合起來，從而形成三維立體形狀。這種感知深度的能力被稱為人的雙目立體視覺（ stereopsis）。 3． 1 立體成像中對(duì)立體的感知 了解我們周圍環(huán)境的層次關(guān)系對(duì)維持人類的生活十分關(guān)鍵，通過視覺深度線索（ depth cue），我們的視覺大腦皮層建立了一個(gè)內(nèi)部的感官世界，神經(jīng)系統(tǒng)就以此來解答這些問題。單視場(chǎng)（ monoscopic）的深度線索是從單個(gè)視角被提取出來的，是根據(jù)兩個(gè)眼鏡視覺的差異來形成的。深度線索可分為兩大類，一是單視場(chǎng)的深度線索也成為靜態(tài)線索，是人眼對(duì)固定物體的感知要素。二是運(yùn)動(dòng)的深度