虛擬現(xiàn)實中立體顯示技術研究與實現(xiàn)

　　1 引言

　　虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）是一種新興的、極有應用前景的計算機綜合性技術。采用以計算機技術為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視覺、聽覺、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境。立體顯示是虛擬現(xiàn)實的關鍵技術之一，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。研究立體成像技術并利用現(xiàn)有的微機平臺，結合相應的軟硬件系統(tǒng)在平面顯示器上顯示立體視景。

　　2 立體視覺概述

　　據(jù)研究，人的大腦能從以下4個方面獲得深度（距離）線索：靜態(tài)圖像中的深度線索、由運動造成的深度線索、生理上的深度線索以及雙目視差線索，這里僅研究雙目視差線索。當用雙眼看同一景物時，由于左、右眼在空間所處位置不同，兩只眼晴的視角會有所不同，看到的圖像也不一樣，會有視差，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。一般將雙目所見的一對具有視差的二維圖像稱為立體圖像對。若模仿產(chǎn)生這一對平面圖像，并采取技術措施，使左眼只能看見右邊的圖像，而右眼只能看見左邊的圖像，則人類的視覺系統(tǒng)就會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(jù)投影面、人眼以及觀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，一個獲取左眼的圖像，另一個獲取右眼的圖像，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，需要采用包含兩個視點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Leye和右視點Reye均位于X軸上，兩視點間的距離為e，兩視點連線中心為坐標原點，則左視點的坐標為（-e／2，0，0），右視點的坐標為（+e／2，0，0）。投影平面平行于XY平面，到左右視點的距離均為d。三維空間中一點P（xp，yp，zp）在左視點投影中的坐標為（xl，yl，zl），在右視點投影中的坐標為（xr，yr，zr），則zl=zr=d。點P（xp，yp，zp）和Reye投影線的參數(shù)方程為：

　　由此可見，當zp>d時，0　　4 OpenGL實現(xiàn)立體顯示

　　開放性圖形庫OpenGL（Open Graphic Library）是一個三維計算機圖形和模型庫。它獨立于操作系統(tǒng)和硬件環(huán)境，適用于從個人計算機到工作站的廣泛計算機環(huán)境。

　　OpenGL在三維真實感圖形制作中具有優(yōu)秀的性能，用該圖形庫不僅能方便地制作出高質量的靜止彩色圖像，還能創(chuàng)造出高質量的動畫效果。借助Windows編程環(huán)境還可控制模型的人機交互。由于其開放性和高度的可重用性，目前已成為業(yè)界標準。

　　4．1 立體圖像對的繪制

　　按上述投影算法計算出立體圖像對后，應用OpenGL繪制立體圖像對，分別用紅、綠兩種顏色繪制右眼和左眼的圖像。以一個變長為10 cm，中心點在原點的正方體為例，設兩視點間距離e為5 cm，投影面距高觀察者d為40 cm，考察正方體的一個頂點（5，5，5），由上述投影算法可得：xr=32 cm，xl=48 cm，yl=yr=4040 cm，zr=zl=d=40 cm對8個頂點分別計算后，連接相應的立體透視投影點，即可得該立方體的立體圖像對。用數(shù)組vertex［8］［3］存儲頂點，數(shù)組translatevertexr［8］［3］存儲右眼投影計算后坐標，數(shù)組translatevertexl［8］［3］存儲左眼投影計算后的坐標，對相應的點進行投影計算：