虛擬現實(shí)中立體顯示技術(shù)研究
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虛擬現實(shí)(Virtual Reality)是一種新興的、極有應用前景的計算機綜合性技術(shù)。采用以計算機技術(shù)為核心的現代高科技生成逼真的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境。立體顯示是虛擬現實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)之一，它使人在虛擬世界里具有更強的沉浸感，立體顯示的引入可以使各種模擬器的仿真更加逼真。研究立體成像技術(shù)并利用現有的微機平臺，結合相應的軟硬件系統在平面顯示器上顯示立體視景。
2 立體視覺(jué)概述
據研究，人的大腦能從以下4個(gè)方面獲得深度(距離)線(xiàn)索：靜態(tài)圖像中的深度線(xiàn)索、由運動(dòng)造成的深度線(xiàn)索、生理上的深度線(xiàn)索以及雙目視差線(xiàn)索，這里僅研究雙目視差線(xiàn)索。當用雙眼看同一景物時(shí)，由于左、右眼在空間所處位置不同，兩只眼晴的視角會(huì )有所不同，看到的圖像也不一樣，會(huì )有視差，如圖1a所示。具有視差的雙眼圖像經(jīng)大腦融合，可產(chǎn)生含有立體深度信息的立體圖像。一般將雙目所見(jiàn)的一對具有視差的二維圖像稱(chēng)為立體圖像對。若模仿產(chǎn)生這一對平面圖像，并采取技術(shù)措施，使左眼只能看見(jiàn)右邊的圖像，而右眼只能看見(jiàn)左邊的圖像，則人類(lèi)的視覺(jué)系統就會(huì )融合該二維空間中一對稍有差別的圖像，從而生成具有立體感受的圖像。根據投影面、人眼以及觀(guān)察對象之間的相對位置，可有正視差(圖1b)、負視差(圖1c)和零視差(圖1d)之分。
3 雙中心投影算法
由以上研究可知，立體圖像對的產(chǎn)生是由于左、右眼觀(guān)察到的物體透視結果不同。因此在立體顯示的視景仿真中設置兩只虛擬的眼睛，一個(gè)獲取左眼的圖像，另一個(gè)獲取右眼的圖像，分別將左右眼的圖像傳送給相應的眼睛。因此。在立體顯示中，需要采用包含兩個(gè)視點(diǎn)的透視投影方法一雙中心投影算法。圖2為雙中心投影。
左視點(diǎn)Leye和右視點(diǎn)Reye均位于X軸上，兩視點(diǎn)間的距離為e，兩視點(diǎn)連線(xiàn)中心為坐標原點(diǎn)，則左視點(diǎn)的坐標為(-e／2，0，0)，右視點(diǎn)的坐標為(+e／2，0，0)。投影平面平行于XY平面，到左右視點(diǎn)的距離均為d。三維空間中一點(diǎn)P(xp，yp，zp)在左視點(diǎn)投影中的坐標為(xl，yl，zl)，在右視點(diǎn)投影中的坐標為(xr，yr，zr)，則zl=zr=d。點(diǎn)P(xp，yp，zp)和Reye投影線(xiàn)的參數方程為：
在投影平面上z=d，可得
將式(2)帶入式(1)得點(diǎn)P在投影平面的坐標(xr,yr)：
同理，點(diǎn)P和Leye的投影線(xiàn)在投影平面上的投影點(diǎn)坐標是：
可得水平視差：
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