【正文】 三視場(chǎng)的光斑越來越大，為了改善這種情況，分析我們的系統(tǒng)，從一開始初始結(jié)構(gòu)設(shè)置時(shí)，我們使用了一個(gè)邊緣光線高度求解類型，這就限制了像面位置只能在近軸焦平面處，所以 極大的限制了光斑的優(yōu)化。 第一步先輸入?yún)?shù)，輸入的參數(shù)如圖 。 圖 凸透鏡技術(shù)參數(shù) 圖 光學(xué)結(jié)構(gòu)圖 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 為了不僅能看清虛擬屏幕上的圖像，同時(shí)也能看到外界的真實(shí)世界，我們采用一片半反半透鏡片來搭建入瞳系統(tǒng)，其參數(shù)如下表 。 屏幕的技術(shù)參數(shù)如表 。若搭配雙目立體攝像頭，還可以實(shí)現(xiàn)手勢(shì)識(shí)別，對(duì)我們看到的虛擬物體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)縮放等操作。我們?cè)O(shè)計(jì)的原理是是分成將有相差的兩幅圖像，經(jīng)過凸透鏡的會(huì)聚和棱鏡的反射，將有相差的圖像分別送入左右眼，利用人眼的會(huì)聚和大腦的融合作用，可以在我們眼前形成 3D 立體圖像的效果。 4 光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化 4． 1 光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包含了圖像源的選取、中繼光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和入瞳系統(tǒng)的設(shè)圖 Panum 融合區(qū) 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 計(jì)。在 Panum 融合區(qū)的范圍內(nèi)，如果視差增大，那么人能感受到的深度 感也相應(yīng)增大，就是我們通常所說的，立體感很強(qiáng)。 研究表明，在觀察有多個(gè)物體時(shí)，如果它們?cè)谝暰W(wǎng)膜上形成像的視差過大，人眼就不能感受到單一的立體視覺，這種情況稱為復(fù)視。在單視圓附近的這個(gè)區(qū)域，稱之為 Panum 融合區(qū)。當(dāng)我們觀察物體時(shí)，雙眼會(huì)聚到物體之上，此時(shí)做一個(gè)大圓，使我們的雙眼視網(wǎng)膜的中心凹和物體都落在這個(gè)圓上，這個(gè)就是單視圓，也稱為維特 繆勒?qǐng)A。在現(xiàn)實(shí)的世界中，我們觀察立體物體的能力是不會(huì)被懷疑，但是如果在我們創(chuàng)造的虛擬世界中，就需要對(duì)視差進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到 3D 效果。否則對(duì)人類來說，就是一個(gè)很痛苦的過程。 融合處理在大腦中進(jìn)行，我們可以把距離較近的物體與距離較遠(yuǎn)的物體融合到一起。這種體驗(yàn)在開始階段很可能是“重影”（ double vision）階段，場(chǎng)景里的每個(gè)物體似乎都有兩個(gè)。當(dāng)我們獲得了足夠的深度線索和視差，視覺系統(tǒng)的工作就暫時(shí)告一段落，神經(jīng)元將信號(hào)傳給大腦，在大腦中，將獲得的兩幅 2D 畫面組成一個(gè) 3D 立體的圖像，這一過程就是融合（ fusion）。 [7]。這種抗相關(guān)性并非人眼視覺系統(tǒng)的一種本能，實(shí)際上是大腦強(qiáng)迫我們這么做的，而且這種轉(zhuǎn) 動(dòng)眼球的練習(xí)很可能是痛苦的，難度會(huì)隨著年齡的增大而增大，這也是為什么一些老年人“暈” 3D 電影，就是在這種眼球調(diào)節(jié)過程中肌肉酸疼并且引起大腦會(huì)聚圖像的不適。這種會(huì)聚 /對(duì)焦失調(diào)不會(huì)造成太大的不適感，所以我們才能欣賞到優(yōu)秀的 3D 電影。 眼球的調(diào)節(jié) 人的視覺系統(tǒng)工作時(shí)還有另一組肌肉結(jié)構(gòu)也參與到活動(dòng)中，即對(duì)焦物體的晶狀體，好比攝像機(jī) 上的鏡頭。我們可以斜著觀看一個(gè)近景，也可以注視遠(yuǎn)處的路標(biāo)線，后者比較放松、舒圖 立體深度線索的分類 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 服，而前者需要肌肉的收縮，所以會(huì)有適量的不適感。 所以要獲得該信息，我們需要通過動(dòng)力視覺系統(tǒng)，即控制人眼運(yùn)動(dòng)發(fā)肌肉來獲得。人可以通過遮擋精確的認(rèn)識(shí)相對(duì)深度的線索，我們可以準(zhǔn)確的分辨出哪個(gè)物體在前，哪個(gè)物體在后。這種知覺顯示身體是不是自己移動(dòng)，身體各部分的相對(duì)位置如何。如果在桌子上放置一個(gè)魔方，從左右兩個(gè)方向去觀察，魔方的形狀是沒有變 化的，但是每個(gè)眼鏡看到的并不相同，我們的大腦會(huì)將這兩個(gè)畫面組成一個(gè)完整的 3D 物體。揭露遮擋是最強(qiáng)大的深度線索，在單視圖上，我們發(fā)現(xiàn)背景上的物體被部分遮擋了，而在立體視圖中，背景的物體有一小部分只被一只眼睛觀察和到。其分類見下圖 。這兩個(gè)畫面的差異稱為“視網(wǎng)膜像差”（ retinal disparity）。而運(yùn)動(dòng)視差又可分為由視角運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的視差和物體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的視差，都是人眼與觀察物之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而造成的方向差異。視差是一系列畫面中某一物體成像想相對(duì)位置 [6] ，它 也可以分成靜態(tài)視差與動(dòng)態(tài)視差。這些活動(dòng)的畫面就是運(yùn)動(dòng)的深 度線索。 活動(dòng)的畫面讓我們感受到了運(yùn)動(dòng)，這基于我們大腦處理視覺刺激對(duì)應(yīng)時(shí)間的能力。單眼失明的人丟失了雙眼視差線索，但是也克服了一些我們從未察覺到的障礙。（ 4）先入為主的 知識(shí)：人類良好的記憶力有助于我們幾下接觸過物體的形狀和大小，當(dāng)再次看到該物體的時(shí)候，就可以提取該形狀信息。（ 3）陰影和高光：在唯一光源的情況下，太陽(yáng)或月亮投下的陰影是凹陷表面的深度線索。 靜態(tài)線索包含很多方面，例如（ 1）視覺和相對(duì)大小：如果我們觀看一個(gè)人和一圖 雙眼視差產(chǎn)生立體效果示意圖 河北工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 個(gè)建筑物的畫，他們?cè)诋嬁蚶锟瓷先ゴ笮∫粯?，那我們肯定地說建筑會(huì)離我們更遠(yuǎn)一點(diǎn)。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。 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。 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。 （ 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)。 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。 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。 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。（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)。 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]。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]。 如 圖 。 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。也就是， VR 技術(shù)注重將人帶到虛擬的世界中，增加沉浸感。 AR 技術(shù)脫胎于 VR，但又青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。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