【正文】 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 范鐵生 岳承君 王 軍 王丹華 編著 ? 電子工業(yè)出版社 高等院校計(jì)算機(jī)規(guī)劃教材 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 第 6章 立體多媒體技術(shù) 學(xué)習(xí)要點(diǎn) 掌握立體視覺(jué)的基本原理 掌握立體電影的基本原理 掌握立體電視的基本原理 熟悉立體畫(huà)基本設(shè)計(jì)方法 ● ● ● ● 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 立體視覺(jué)的基本原理 ? 人眼的會(huì)聚 ? 人眼的視差 ? 深度形成的生理因素 ? 深度形成的心理因素 ? 立體電影原理 ? 基本原理 ? 色分法 ? 時(shí)分法 ? 偏振法 ? 立體電視原理 ? 立體電視的發(fā)展 ? 基本原理 ? 視差照明式 ? 光柵式 ? 應(yīng)用與實(shí)例 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 早在五千多年前的古埃及，人們就己經(jīng)有了對(duì)二維成像技術(shù)的追求。考古發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)對(duì)人物形象的畫(huà)法造型，全身側(cè)面造型，唯有雙肩體位保持正面。大部分都把臉表達(dá)成側(cè)面的姿態(tài)，顯示出額頭、鼻子和嘴唇的輪，而眼睛和軀體的位置都是正面的，整個(gè)人物從頭到腳有兩次 90度的轉(zhuǎn)向。真人或站或坐都無(wú)法保持這種姿勢(shì)，但這種奇特的造型卻可使人物具有立體感和厚重感。古代尚且能以此實(shí)現(xiàn)立體視覺(jué)的夢(mèng)想，當(dāng)代的人們就更不滿足于立體的場(chǎng)景由于平面顯示器的限制，而使得人眼的立體視覺(jué)功能空余遺憾。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 古埃及壁畫(huà) 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ?再如右圖亦是如此 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 立體視覺(jué)的基本原理 ? 立體視覺(jué) (stereoscopic vision ) ? 定義： – 雙眼觀察景物能分辨物體遠(yuǎn)近形態(tài)的感覺(jué)。 – 人的立體感是這樣建立的：雙眼同時(shí)注視某物體，雙眼視線交叉于一點(diǎn)，叫注視點(diǎn)，從注視點(diǎn)反射回到視網(wǎng)膜上的光點(diǎn)是對(duì)應(yīng)的，這兩點(diǎn)將信號(hào)轉(zhuǎn)入大腦視中樞合成一個(gè)物體完整的像。不但看清了這一點(diǎn)，而且這一點(diǎn)與周?chē)矬w間的距離、深度、凸凹等等都能辨別出來(lái)，這樣成的像就是立體的像，這種視覺(jué)也叫立體視覺(jué)。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 人眼的會(huì)聚 ? 人眼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 人 眼 結(jié) 構(gòu) 功 能 圖 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 前房是由角膜、虹膜和晶狀體共同包圍的空間，虹膜位于晶狀體前面，中央是瞳孔，晶狀體后面的后房空間為玻璃體。視網(wǎng)膜由視銳度極為敏銳的中央凹區(qū)、視銳度略差的黃斑區(qū)、以及只對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像敏感的周邊區(qū)構(gòu)成。脈絡(luò)膜是視網(wǎng)膜外面包圍著的一層黑色膜，作用是吸收透過(guò)視網(wǎng)膜的光線。 ? 當(dāng)在特定距離觀察一個(gè)物體時(shí)，眼睛的睫狀肌會(huì)調(diào)節(jié)晶狀體的屈度，盡可能使影像落在視網(wǎng)膜的中央凹上，以保證網(wǎng)膜影像的清晰。看遠(yuǎn)物時(shí)晶狀體較扁平，而看近物時(shí)較凸起，人眼的這種保證被觀察的對(duì)象在視網(wǎng)膜上清晰成像的功能稱為晶狀體調(diào)節(jié)功能。 ? 人是用兩只眼睛來(lái)進(jìn)行觀察的，當(dāng)觀察一個(gè)物體時(shí)，兩眼的視軸會(huì)在被觀察物體的某一點(diǎn)上相交，該點(diǎn)的視像會(huì)落在兩只眼睛中央凹的位置上，這就是雙眼會(huì)聚。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 人眼的視差 ? 當(dāng)人眼向前平直注視時(shí)所能看到的空間范圍稱為視野，視野就是整個(gè)視網(wǎng)膜對(duì)外界的感光范圍。立體顯示時(shí)圖像信息要滿足在合理的視野范圍內(nèi)才能完成二維視覺(jué)。眼保持平直注視方向，此時(shí)所感受的視野稱為絕對(duì)視野。在眼和頭都保持不動(dòng)的情況下，視野受到眼附近組織的影響，此條件下的視野稱為相對(duì)視野。當(dāng)雙眼注視于一點(diǎn)，雙眼所能看到的全部范圍稱為雙眼視野。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 圖 6. 2 左右眼球的相對(duì)視野（視標(biāo)： 5mm） ? 測(cè)正常人用 5毫米白色視標(biāo)，（用黑箭頭標(biāo)記的）白視野最大，而紅、綠色視野依次縮小 10176。 左右（藍(lán)色未標(biāo)），且左右眼對(duì)稱的橢圓區(qū)域，其長(zhǎng)寬比近似為 16∶ 9 。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 雙眼視野區(qū)分成三個(gè)部分，中間部分為左右眼視野的重疊區(qū)，約為 120度。此區(qū)域因雙眼視線均可到達(dá)，是兩眼的共同視野，與三維空間辨認(rèn)有密切的關(guān)系，也時(shí)稱為立體視野。立體視野外側(cè)是月牙形的單眼視野。單眼視野約為 30度到 40度，每側(cè)只有一只眼的視線可以到達(dá)，不能形成立體視圖對(duì)，因而不能產(chǎn)生立體視覺(jué)效果。 ? 視覺(jué)的數(shù)據(jù)是由點(diǎn)、線、輪廓、陰影和線與線之間的位置關(guān)系組成的，這些數(shù)據(jù)到達(dá)眼睛后形成視網(wǎng)膜圖像。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 單只眼睛無(wú)法體現(xiàn)空間視覺(jué)的例子： ? 從不同方向 (A, B)來(lái)的光，落在視網(wǎng)膜的不同區(qū)域 (a, b)上，因此可以加以辨別，但是由于在同一方向上的所有各點(diǎn) (A1,A2, A3)投射于視網(wǎng)膜的同一區(qū)域，則無(wú)法確定哪一點(diǎn)更遠(yuǎn)或哪一點(diǎn)近，因此視網(wǎng)膜點(diǎn)只能表明客體的方向不能表明它的距離。 單眼成像的原理 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 眼球的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)稱之為輻輳，形容人或物聚集像車(chē)輻集中于車(chē)轂一樣，如左下圖所示。兩眼對(duì)一觀察點(diǎn)的兩視線所夾的角稱為輻輳角，如右下圖，其中 a 1, a 2分別為點(diǎn) Fl和 F2的輻輳角。 Fl和 F2兩點(diǎn)遠(yuǎn)近不同，因此，輻輳角 a 1, a 2也不同，眼球旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的程度也不一樣，這樣就產(chǎn)生了深度感覺(jué)。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 實(shí)驗(yàn)證明，輻輳和調(diào)節(jié)之間有密切關(guān)系。輻輳引起調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)也引起輻輳。但二者不是單值函數(shù)關(guān)系。當(dāng)眼球?yàn)榫劢苟M(jìn)行的調(diào)節(jié)固定于某一視距時(shí)，允許輻輳在一定范圍內(nèi)變化。反之，當(dāng)眼球的輻輳固定于某一點(diǎn)時(shí)，也允許眼球的調(diào)節(jié)在一定范圍內(nèi)變化。如果兩者的變化超過(guò)各自的允許范圍時(shí)，就會(huì)在三維顯示時(shí)引起視覺(jué)疲勞。從以上雙眼立體信息的機(jī)理可知，雙眼視差和輻輳是人眼立體視覺(jué)的生理因素，是以人眼的生理活動(dòng)為基礎(chǔ)的，而不像單眼立體信息中含有很多的經(jīng)驗(yàn)因素。 ? 產(chǎn)生遠(yuǎn)近感覺(jué)最主要的原因是雙目的視差。由于兩眼在空間有不同的位置，同一景物在左右兩眼所成的像有微小的差別 ,這就是視差。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 立體顯示的技術(shù) 如圖所示 ,L和 R分別代表左眼和右眼所在位置， S和 T在LR的中垂線上 ,PQ∥ LR。雙目注視 S點(diǎn)，即通過(guò)自適應(yīng)調(diào)節(jié)聚焦到 S點(diǎn)，由于輻輳效應(yīng)，左右眼中的 S合成一點(diǎn)。點(diǎn) T1和 T2分別代表 T點(diǎn)在左右眼中形成的 2個(gè)像，讓這 2個(gè)像互不干擾地進(jìn)入左右眼，由于大腦已經(jīng)習(xí)慣了看輻輳以后的效果， 所以大腦會(huì)自動(dòng)將 T1和 T2合成 T點(diǎn)，和參考點(diǎn) S相 比， T點(diǎn)有了縱深的效果， 從而產(chǎn)生立體的感覺(jué)。 目前有 mediaconverter7 軟件可以將二維的圖像、 視頻等轉(zhuǎn)換成三維形式。 （詳見(jiàn)此文件夾內(nèi)） 產(chǎn)生立體視覺(jué)的原理 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 用 mediaconverter7轉(zhuǎn)換 的立體視覺(jué)示例 ?左眼視圖（即原圖） 右眼視圖 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 在觀看空間某個(gè)對(duì)象時(shí)，人的雙眼就從左右兩邊稍有差別的角度進(jìn)行觀察，因此被觀察的物體在人的左右眼視網(wǎng)膜上所形成的像有存在略微的差異，這種差異就是雙眼視差。視差的產(chǎn)生是由于人的左右眼之間有一定的距離。 ? 把一本書(shū)放在眼睛正前方大約 25厘米的地方，使書(shū)脊朝向人臉并向下傾斜 45度角，這時(shí)左眼就能看到書(shū)的封底，而右眼能看到書(shū)的封面。當(dāng)左右眼視網(wǎng)膜產(chǎn)生的影像同時(shí)傳向視覺(jué)中樞時(shí)，人就能感到眼前的這本書(shū)有立體感 (見(jiàn)下圖 )。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 當(dāng)把書(shū)逐漸離開(kāi)觀察者時(shí)，書(shū)上的每一點(diǎn)相對(duì)左右眼所形成的視角就逐漸減小，所形成的視差也就逐漸變小，到達(dá)一定距離時(shí)，視差消失。物體距離眼睛太遠(yuǎn)時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生有深度感的視覺(jué)了。所以，物體越近，視差越明顯，人眼就是由此獲得深度信息的。 書(shū) 脊 成 像 過(guò) 程 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 與人的正常立體視覺(jué)機(jī)制有關(guān)的只有兩個(gè) :調(diào)節(jié)和單眼運(yùn)動(dòng)視差。依靠調(diào)節(jié)來(lái)檢測(cè)距離的能力與成像系統(tǒng)的焦深和調(diào)節(jié)的肌肉系統(tǒng)有關(guān)。 ? 焦深△ D由下式?jīng)Q定 : ? 式 ((6. 1)中 r為瞳孔直徑， ε分辨率， D為屈光度。由此式可見(jiàn)，瞳孔直徑越大，分辨率、屈光力越小，精度就越高。 ? 由單眼視所產(chǎn)生的單眼運(yùn)動(dòng)視差主要是由觀察者移動(dòng)身體以使空間物體的相互位置變化，從而判斷物體間的前后位置。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 物體在兩眼視網(wǎng)膜上單獨(dú)成像 ,這兩個(gè)物像是同時(shí)產(chǎn)生的，大腦皮層能將這兩個(gè)物像融合成一個(gè)物像，這就是雙眼單視。 雙眼單視和