【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 高等院校計算機規(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 掌握立體視覺的基本原理 掌握立體電影的基本原理 掌握立體電視的基本原理 熟悉立體畫基本設(shè)計方法 ● ● ● ● 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 立體視覺的基本原理 ? 人眼的會聚 ? 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)有了對二維成像技術(shù)的追求?？脊虐l(fā)現(xiàn)當(dāng)時對人物形象的畫法造型，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，整個人物從頭到腳有兩次 90度的轉(zhuǎn)向。真人或站或坐都無法保持這種姿勢，但這種奇特的造型卻可使人物具有立體感和厚重感。古代尚且能以此實現(xiàn)立體視覺的夢想，當(dāng)代的人們就更不滿足于立體的場景由于平面顯示器的限制，而使得人眼的立體視覺功能空余遺憾。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 古埃及壁畫 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 立體視覺的基本原理 ? 立體視覺 (stereoscopic vision ) ? 定義： – 雙眼觀察景物能分辨物體遠(yuǎn)近形態(tài)的感覺。 – 人的立體感是這樣建立的：雙眼同時注視某物體，雙眼視線交叉于一點，叫注視點，從注視點反射回到視網(wǎng)膜上的光點是對應(yīng)的，這兩點將信號轉(zhuǎn)入大腦視中樞合成一個物體完整的像。不但看清了這一點，而且這一點與周圍物體間的距離、深度、凸凹等等都能辨別出來，這樣成的像就是立體的像，這種視覺也叫立體視覺。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 人眼的會聚 ? 人眼的結(jié)構(gòu)特點 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)、以及只對運動圖像敏感的周邊區(qū)構(gòu)成。脈絡(luò)膜是視網(wǎng)膜外面包圍著的一層黑色膜，作用是吸收透過視網(wǎng)膜的光線。 ? 當(dāng)在特定距離觀察一個物體時，眼睛的睫狀肌會調(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?？催h(yuǎn)物時晶狀體較扁平，而看近物時較凸起，人眼的這種保證被觀察的對象在視網(wǎng)膜上清晰成像的功能稱為晶狀體調(diào)節(jié)功能。 ? 人是用兩只眼睛來進行觀察的，當(dāng)觀察一個物體時，兩眼的視軸會在被觀察物體的某一點上相交，該點的視像會落在兩只眼睛中央凹的位置上，這就是雙眼會聚。 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所能看到的空間范圍稱為視野，視野就是整個視網(wǎng)膜對外界的感光范圍。立體顯示時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。眼保持平直注視方向，此時所感受的視野稱為絕對視野。在眼和頭都保持不動的情況下，視野受到眼附近組織的影響，此條件下的視野稱為相對視野。當(dāng)雙眼注視于一點，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 左右眼球的相對視野（視標(biāo)： 5mm） ? 測正常人用 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)），且左右眼對稱的橢圓區(qū)域，其長寬比近似為 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，因而不能產(chǎn)生立體視覺效果。 ? 視覺的數(shù)據(jù)是由點、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 ? 單只眼睛無法體現(xiàn)空間視覺的例子： ? 從不同方向 (A, B)來的光，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 (A1,A2, A3)投射于視網(wǎng)膜的同一區(qū)域，則無法確定哪一點更遠(yuǎn)或哪一點近，因此視網(wǎng)膜點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)運動稱之為輻輳，形容人或物聚集像車輻集中于車轂一樣，如左下圖所示。兩眼對一觀察點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 Fl和 F2的輻輳角。 Fl和 F2兩點遠(yuǎn)近不同，因此，輻輳角 a 1, a 2也不同，眼球旋轉(zhuǎn)運動的程度也不一樣，這樣就產(chǎn)生了深度感覺。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 實驗證明，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)眼球為聚焦而進行的調(diào)節(jié)固定于某一視距時，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時，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各自的允許范圍時，就會在三維顯示時引起視覺疲勞。從以上雙眼立體信息的機理可知，雙眼視差和輻輳是人眼立體視覺的生理因素，是以人眼的生理活動為基礎(chǔ)的，而不像單眼立體信息中含有很多的經(jīng)驗因素。 ? 產(chǎn)生遠(yuǎn)近感覺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，即通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)聚焦到 S點，由于輻輳效應(yīng)，左右眼中的 S合成一點。點 T1和 T2分別代表 T點在左右眼中形成的 2個像，讓這 2個像互不干擾地進入左右眼，由于大腦已經(jīng)習(xí)慣了看輻輳以后的效果， 所以大腦會自動將 T1和 T2合成 T點，和參考點 S相 比， T點有了縱深的效果， 從而產(chǎn)生立體的感覺。 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。 （詳見此文件夾內(nèi)） 產(chǎn)生立體視覺的原理 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 ? 在觀看空間某個對象時，人的雙眼就從左右兩邊稍有差別的角度進行觀察，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。 ? 把一本書放在眼睛正前方大約 25厘米的地方，使書脊朝向人臉并向下傾斜 45度角，這時左眼就能看到書的封底，而右眼能看到書的封面。當(dāng)左右眼視網(wǎng)膜產(chǎn)生的影像同時傳向視覺中樞時，人就能感到眼前的這本書有立體感 (見下圖 )。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 當(dāng)把書逐漸離開觀察者時，書上的每一點相對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，視差消失。物體距離眼睛太遠(yuǎn)時，就不會產(chǎn)生有深度感的視覺了。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 脊 成 像 過 程 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 ? 與人的正常立體視覺機制有關(guān)的只有兩個 :調(diào)節(jié)和單眼運動視差。依靠調(diào)節(jié)來檢測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，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)生的單眼運動視差主要是由觀察者移動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)膜上單獨成像 ,這兩個物像是同時產(chǎn)生的，大腦皮層能將這兩個物像融合成一個物像，這就是雙眼單視。 雙眼單視和