【正文】 下面就分別介紹一下兩種設(shè)備。此外，利用變換，這種方法也可用一個(gè)固定中心的投影得到，利用硬件平移、投影或移動(dòng)鏡頭都能夠?qū)崿F(xiàn)。例如，在 10英寸屏幕上的左右景象將比在 20英寸屏幕上繪制的同樣景象在絕對(duì)測(cè)量上更靠近些。它也同樣沒(méi)有垂直視差，這是因?yàn)?。在用剪切法時(shí) .每幅視景的 z坐標(biāo)不變。 由于視差隨無(wú)界的 z變化，因此 z坐標(biāo)應(yīng)被限制在一定范圍內(nèi)以使止視差和負(fù)視差不會(huì)超過(guò)眼間距。且水平視差也隨之減小，這樣立體深度感就產(chǎn)生了。我們將旋轉(zhuǎn)法建模如下 :右手坐標(biāo)系的投影中心在 (0,0, 0 )處，視平面平行于 xy平面并位于沿 z軸離透視投影中心d處。為把我們的結(jié)果用于特殊的 CRT屏幕，用戶應(yīng)將設(shè)備坐標(biāo)乘以一個(gè)比例因子 (有些軟件本身就提供這種坐標(biāo)系統(tǒng)，如 OpenGVS)。把它稱作“多模式”是因?yàn)樗腥N用戶可以使用的模式 :： (1)沒(méi)有眼鏡的自動(dòng)立體顯示模式； (2)雙目立體顯示模式； (3) 2D/3D 模式，允許用戶從2D 切換到 3D， MMSI 的最主要的特征是，它是唯一通用和可適于最廣泛應(yīng)用的三維技術(shù)。后來(lái)，這種技術(shù)很快就被 相對(duì)沒(méi)有那么復(fù)雜的紅 /綠立體彩色影片法所取代了。這種技術(shù)只能用來(lái)制作三維連環(huán)畫和其它黑白廣告。它包括一對(duì)焦距相同的棱鏡，兩棱鏡的間距為 。但是它的代價(jià)是 :價(jià)格昂貴、機(jī)電結(jié)構(gòu)復(fù)雜、缺少真彩或不能對(duì)圖像進(jìn)行連續(xù)觀察等。 3. 立體視覺(jué)模型的提出 立體視覺(jué)就是仿造人類利用雙目線索感知距離的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維信息的感知。 視差又可分為水平視差和垂直視差兩種。兩幅圖像之間沒(méi)有任何差別。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，利用雙目視差來(lái)造成立體感是一個(gè)重要的方面 。它的重要特征是能分辨兩物體的相對(duì)位置，即估計(jì)空間物體的相對(duì)距離。 6, 聚焦調(diào)節(jié) (acmodation)線索可以說(shuō)都是心理性的，是從長(zhǎng)期的訓(xùn)練和適應(yīng)中形成的。運(yùn)動(dòng)是一種重要的單眼線索，這里的運(yùn)動(dòng)有兩重含義，一是觀察者不動(dòng)，觀察對(duì)象動(dòng)，這時(shí)對(duì)于深度的判斷除了來(lái)源于觀察的結(jié)果之外還必須依靠先驗(yàn)知識(shí)，如對(duì)于遠(yuǎn)處和近處行使的汽車，可以通過(guò)它們?cè)谝晥?chǎng)中的速度和先驗(yàn)的關(guān)于汽車運(yùn)動(dòng)速度的一般性知識(shí)來(lái)判斷其距離 ?？傊?，單眼可通過(guò)以下因素獲得一定的深度感： 相對(duì)大小 (Relative size)。因此我們有必要先研究一下人眼的立體視覺(jué)。本章著重介紹一般的立體顯示技術(shù)，首先對(duì)人眼的立體視覺(jué)進(jìn)行分析，從而 提出立體視覺(jué)模型；然后分析計(jì)算機(jī)中三維立體圖形的生成；最后分別給出基于頭盔和立體眼鏡的立體顯示系統(tǒng)。視口變換類似于照片的放大和縮小。 4)視口變換(Viewport Transformation)。網(wǎng)柵器生成一系列圖像視頻存儲(chǔ)器地址及圖元二維描述值，這樣所產(chǎn)生的結(jié)果稱為基片 (fragment)。由于 OpenGL 的高度可重用性，已經(jīng)有超過(guò) 30 個(gè)大公司與研究機(jī)構(gòu)加盟或表示接受 OpenGL 作為標(biāo)準(zhǔn)圖形軟件接口 . OpenGL 指令的解釋模型是客戶 /服務(wù)器模式 .即一個(gè)程序 (客戶 )提供指令，這些指令由 OpenGL(服務(wù)器 )解釋并處理。 模型分割 虛擬環(huán)境的幾何體和物理建模所得到的是一個(gè)非常復(fù)雜的模型，大量的多邊形使繪制速度大大減慢。在視景仿真中，不僅要涉及到絕對(duì)的坐標(biāo)系統(tǒng)，還要涉及到每一個(gè)對(duì)象相對(duì)的坐標(biāo)系統(tǒng)。它是用來(lái)描述對(duì)象內(nèi)部固有的 )幾何性質(zhì)的抽象模型，所表達(dá)的內(nèi)容包括： 1 對(duì)象中基元的輪廓和形狀，以及反映基元表面特點(diǎn)的屬性。 虛擬環(huán)境的建模是整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)，主要包括三維視覺(jué)建模和三維聽(tīng)覺(jué)建模。視景數(shù)據(jù)庫(kù)由兩個(gè)部分組成，一部分是以直接或間接方法存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)，另一部分是以向量或參數(shù)方式存儲(chǔ)的圖形數(shù)據(jù)。 (4) 計(jì)算場(chǎng)景中可見(jiàn)面的顏色，根據(jù)基于光學(xué)物理的光照模型計(jì)算可見(jiàn)面投射到觀察者眼中的光亮度大小和色彩，并將它轉(zhuǎn)換成適合圖形設(shè)備的顏色值。背景圖像可以分為自然景物和人工景 物兩類。 這部分是我們實(shí)現(xiàn)立體顯示的重要前提。而在視覺(jué)感覺(jué)中，立體感是人們首先接收的感覺(jué)，也是沉浸視景仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中不可缺少的一大部分，因此我們從立體顯示技術(shù)入手進(jìn)行研究。 視景仿真應(yīng)用的關(guān)鍵是尋找合適的場(chǎng)合和對(duì)象，即如何發(fā)揮想象力和創(chuàng)造性。其中三維數(shù)據(jù)的獲取可以采用 CAD 技術(shù)，而更多的情況則需采用非接觸式的視覺(jué)建模技術(shù)，二者有機(jī)結(jié)合可以有效地提高數(shù)據(jù)獲取的效率。 (1) 視景仿真是計(jì)算機(jī)仿真的重要分支，它著重于達(dá)到非常逼真的三維仿真效果； (2) 視景仿真是 虛擬現(xiàn)實(shí) 的重要表現(xiàn)形式，使用了很多的 虛擬現(xiàn)實(shí) 技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí) 在某種意義上是視景仿真的延伸，是三維視景的高級(jí)階段； (3) 視景仿真目前更側(cè)重于視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)的身臨其境， 虛擬現(xiàn)實(shí) 向全方位的身臨其境發(fā)展，有觸覺(jué)、嗅覺(jué)等其它感官。 (5) 語(yǔ)音輸入輸出 在 虛擬現(xiàn)實(shí) 系統(tǒng)中，語(yǔ)音的輸入輸出也很重要。 (3) 立體聲 人能夠很好地判定聲源的方向。 用戶（頭、眼）的跟蹤：在人造環(huán)境中，每個(gè)物體相對(duì)于系統(tǒng)的坐標(biāo)系都有一個(gè)位置與姿態(tài)，而用戶也是如此。 (1) 實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù) 相比較而言，利用計(jì)算機(jī)模型產(chǎn)生圖形圖像并不是太難的事情。 中北大學(xué)分校畢業(yè)論文 2 沉浸 感（ Immersion） ——又稱臨場(chǎng)感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。本文先介紹了視景仿真技術(shù)的一些知識(shí)，然后又介紹了視景生成及三維建模技術(shù)，然后分別分析了立體顯示硬件和軟件技術(shù)，介紹了計(jì)算立體顯示的三種算法：透視投影旋轉(zhuǎn)法、平行投影法和雙中心投影法，并分析它們的優(yōu)缺點(diǎn)，由此決 定使用雙中心投影法實(shí)現(xiàn)本課題的立體顯示，接著給出基于立體眼鏡和頭盔顯示器的立體顯示系統(tǒng)模型，最后使用基于 VC++ 的 OpenGL 繪制立體圖形，對(duì)左右畫面分別采用紅色和綠色來(lái)顯示，在左右眼處分別用紅綠鏡片對(duì)畫面進(jìn)行選擇，從而實(shí)現(xiàn)了視景仿真技術(shù)中的立體顯示。 關(guān)鍵詞 ： 視景仿真 , 立體顯示 , 三維建模 ， 視景生成算法 ， 視差 中北大學(xué)分校畢業(yè)論文 II Visual simulation technology of stereoscopic display technology research Abstract To make visual simulation system is more natural, vivid, stereoscopic display technology and 3d modeling technology is the indispensable key technology, this paper further, extensive research. In recent years, the visual simulation technology of wide application prospect was caused by more and more scholars at home and abroad, and the interest of some institutions abroad and in the research of this aspect has also made some important results. Threedimensional visual simulation technology is one of the key technologies. This paper first introduces the visual simulation technology of some knowledge, then introduces the formation and 3d visual modeling technology are analyzed, and then the hardware and software technology of stereoscopic display, introduces the calculating of the three kinds of stereoscopic display rotating perspective projection algorithm, and double parallel projective, center, and analyzes the projection method, which decides the advantages and disadvantages of using double center projection method to achieve the topic of stereoscopic display. Then based on the threedimensional glasses and helmet is stereoscopic display monitor system model. Finally based on vc + + OpenGL39。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽(tīng)上去是真的，動(dòng)起來(lái)是真的，甚至聞起來(lái)、嘗起來(lái)等一切感覺(jué)都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世 界中的感覺(jué)一樣。如果有足夠準(zhǔn)確的模型，又有足夠的時(shí)間，我們就可以生成不同光照條件下各種物體的精確圖像，但是這里的關(guān)鍵是實(shí)時(shí)。用戶看到的景象是由用戶的位置和頭（眼）的方向來(lái)確定的。在水平方向上，我們靠聲音的相位差及強(qiáng)度的差別來(lái)確定聲音的方向，因?yàn)槁曇舻竭_(dá)兩只耳朵的時(shí)間或距離有所不同。這就要求虛擬環(huán)境能聽(tīng)懂人的語(yǔ)言，并 能與人實(shí)時(shí)交互。 虛擬現(xiàn)實(shí) 是更先進(jìn)的計(jì)算機(jī)接口技術(shù)。 (2) 實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)。選擇適當(dāng)?shù)膽?yīng)用對(duì)象可以大幅度地提高效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 .提高產(chǎn)品質(zhì)量。而場(chǎng)景模型構(gòu)建質(zhì)量的好壞將直接影響整個(gè)視景仿真系統(tǒng)的性能以及它的立體顯示效果，我們有必要在現(xiàn)有的視景仿真開(kāi)發(fā)平臺(tái)上研究模型構(gòu)建技術(shù)。我們將首先研究各種立體顯示技術(shù)，從中分析它們之間的優(yōu)缺點(diǎn)；討論幾種生成立體圖像對(duì)的算法；并給出 PC機(jī)環(huán)境下，基于頭盔和立體眼鏡的立體顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一部分自然景物可以使用分形算法等技術(shù)生成，大多數(shù)需要使用提前錄好的錄像資料，簡(jiǎn)單的人工景物 (例如建筑物 )可以用圖形生成的方法生成，復(fù)雜的人工景物也需要使用錄像資料。從而確定投影畫面上每一象素的顏色，最終生成圖像。由于視景是一個(gè)隨時(shí)間變化的三維世界的再 現(xiàn)，因而，除了有象三維投影和立體視覺(jué)等與光學(xué)有關(guān)的問(wèn)題外 .還有物體在空間中運(yùn)動(dòng)的實(shí)際的實(shí)時(shí)計(jì)算問(wèn)題。其中，視覺(jué)建模包括幾何建模 (Geometric Modeling)、運(yùn)動(dòng)建模(Kinematic Modeling)、物理建模 (Physical Modeling)、對(duì)象 行為 (Object Behavior)建模以及模型分割 (Model Segmentation)等。例如顏色。 OpenGVS 中提供了多種坐標(biāo)系統(tǒng)，具有絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)和相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)，例如相機(jī)的多平臺(tái)控制就是采用了這兩種坐標(biāo) 系統(tǒng)。如果現(xiàn)有 RAM 不能滿足繪制對(duì)大量?jī)?nèi)存的需求，就會(huì)導(dǎo)致大量的內(nèi)存交換，從而降低系統(tǒng)的交互速度。它直接執(zhí)行 3D 及 2D 圖形的荃本操中北大學(xué)分校畢業(yè)論文 12 作。每個(gè)基片適合于在最后改變幀存之前對(duì)單個(gè)的基片進(jìn)行操作。其變換過(guò)程如圖 所示。視口是窗口中的矩形繪圖區(qū)，視口用窗口坐標(biāo)度量，它反映了屏幕上的像素的位置，視口位置相對(duì)于窗口左下角。 立體視覺(jué)原理及視覺(jué)模型 眼睛的立體視覺(jué) 人類視覺(jué)模型是計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的原始模型。 深度知覺(jué)既可以來(lái)自雙眼線索也可以來(lái)自單眼線索。它利用投射到視網(wǎng)膜上的一個(gè)圖像的大小來(lái)表示深度信息。景物。而眼睛的聚焦調(diào)節(jié)則是具有生理基礎(chǔ)的單眼線索 .通過(guò)調(diào)節(jié)水晶體的曲率變 化使得物體在視網(wǎng)膜上得到清晰的象。典型的雙眼線索有如下兩種 : 雙眼輔合作用。 3. 雙目視差 —— 三維立體成像的基礎(chǔ) 在觀察真實(shí)的世界時(shí)，我們看到的實(shí)際上是兩幅不同的圖像。如果在監(jiān)視器上顯示具有零視差的體視圖像對(duì)的立方體時(shí) .就會(huì)發(fā)現(xiàn)該立方體似乎位于監(jiān)視器的平面上一樣，如圖 所示。垂直視差是相關(guān)點(diǎn)的垂直坐標(biāo)差。下面給出人眼的視覺(jué)模型 — 非會(huì)聚雙目成像模型，見(jiàn)圖 。由于這些限制，使之不能被廣泛應(yīng)用。還有一種方法是用后光源觀察立體對(duì)幻燈片。它的缺點(diǎn)：只能產(chǎn)生黑白圖像；會(huì)很快使眼睛疲勞；產(chǎn)生較暗的圖像；濾波器是暗的，因而當(dāng)觀察者不看人工三維場(chǎng)景后，不能用來(lái) 觀察周圍環(huán)境 :要求特別新的 TV產(chǎn)品設(shè)備和轉(zhuǎn)換硬件；垂直偏差使眼睛不舒適、疲勞和頭痛。紅 /綠濾波眼鏡方法沒(méi)有機(jī)械光閘那么復(fù)雜和昂貴，但可以達(dá)到同樣的效果。上面提到的 每一種其他己知的技術(shù)都有不同范圍的應(yīng)用和技術(shù)缺陷。對(duì)投影，我們假設(shè)投影中心位于 xy平面 (z=0)，投影平面位于離原點(diǎn) d處并平行于 xy平面。這里假設(shè)獨(dú)立于設(shè)備的屏幕坐標(biāo)的范圍是 1≤ x≤ 1和 1≤ y≤ (0,0, R ) 垂直于 y軸方向旋轉(zhuǎn) Φ/2來(lái)產(chǎn)生右眼視景，和繞點(diǎn) (0,0,R)垂直于 y軸方向旋轉(zhuǎn) Φ/2來(lái)產(chǎn)生左眼視景，如圖 。 中北大學(xué)分校畢業(yè)論文 24 平行投影法 平行投影旋轉(zhuǎn)法