基于自由立體顯示系統(tǒng)的人機(jī)交互研究

《基于自由立體顯示系統(tǒng)的人機(jī)交互研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、摘要：隨著三維立體顯示的發(fā)展，不帶觀察設(shè)備的自由立體顯示系統(tǒng)得到廣泛的研究，本文通過對(duì)自由立體顯示系統(tǒng)中人的視差感知因素研究、自由立體顯示圖像透視圖計(jì)算方法的研究，進(jìn)行人機(jī)因素分析和人機(jī)行為研究，得到人機(jī)行為分析流程圖，依據(jù)人機(jī)因素分析和人機(jī)行為分析流程圖，得出要實(shí)現(xiàn)更好的自由立體顯示所需的必要條件。對(duì)研究自由立體顯示技術(shù)有良好的參考價(jià)值。為普及自由立體顯示技術(shù)提供一些具有針對(duì)性的建議。關(guān)鍵字：?自由立體顯示；?透視圖；立體顯示；人機(jī)交互1．引言?觀察者不需要佩戴任何觀察設(shè)備就可以直接看見3D立體圖像。即自由立體顯示技術(shù)。自由立體顯示主要有全

2、息立體技術(shù)、平板顯示、體立體與立體投影技術(shù)等等。其中全息立體技術(shù)是研究歷史最長(zhǎng)，最成熟的立體技術(shù)，但是由于全息圖像的色散問題使得難以做出一幅全彩色的立體圖像，而平板顯示與自由立體顯示技術(shù)由于現(xiàn)有技術(shù)條件的限制，很難實(shí)現(xiàn)大屏幕顯示。立體投影的實(shí)現(xiàn)方式有全息投影、菲涅爾透鏡投影和雙柱面光柵投影等等。其中，雙柱面光柵投影立體投影系統(tǒng)利用了成熟的大屏幕投影技術(shù)，可以比較方便地實(shí)現(xiàn)大幅面的全彩色立體圖像，因而受到了廣泛重視。??隨著三維立體顯示電影阿凡達(dá)等的出現(xiàn)，三維立體顯示得到廣泛的關(guān)注，自由立體顯示系統(tǒng)作為最好實(shí)現(xiàn)真三維立體顯示的技術(shù)，對(duì)自由立體顯

3、示的研究具有重要的作用，本文通過對(duì)自由立體顯示系統(tǒng)中人的因素分析以及自由立體顯示圖像制作分析，為了使人得到很好的三維立體感覺，進(jìn)行了綜合的人機(jī)交互分析2．自由立體顯示中人的視差感知因素分析2.1雙眼競(jìng)爭(zhēng)(Binocularrivalry)?所謂雙眼競(jìng)爭(zhēng)是指在無法融合的雙眼刺激間產(chǎn)生的知覺更替[1]。其中，在特定時(shí)間看到的刺激叫顯要刺激；在特定時(shí)間無法看到的刺激叫抑制刺激。當(dāng)兩個(gè)刺激很小時(shí)，會(huì)交替看到兩個(gè)完整的映像，這是“全或無”優(yōu)勢(shì)；當(dāng)不同模式的不同部分在不同區(qū)域占優(yōu)勢(shì)時(shí)，即所謂的鑲嵌式優(yōu)勢(shì)。圖1?雙眼競(jìng)爭(zhēng)?如圖1示，仔細(xì)觀察就會(huì)了解到，雙眼

4、競(jìng)爭(zhēng)引發(fā)的直接后果之一便是抑制刺激在受抑制過程中，其特征幾乎完全從知覺意識(shí)中消失。這在系統(tǒng)顯示中是非常危險(xiǎn)的，因此，應(yīng)當(dāng)盡量避免給操作者雙眼的網(wǎng)膜對(duì)應(yīng)位置呈現(xiàn)不相稱的刺激，以阻止雙眼競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象的發(fā)生。2.2Pulfrich現(xiàn)象?德國(guó)物理學(xué)者CarlPulfrich于1922年指出，當(dāng)我們把中性密度的濾光片放在一只眼睛前(另一只眼睛前沒有)去觀察單擺(或鐘擺)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們會(huì)看到擺球似乎在沿平面橢圓形軌道運(yùn)動(dòng)，這就是Pulfrich現(xiàn)象(此單擺稱為普氏擺)。擺球運(yùn)動(dòng)的方向取決于人的哪只眼睛戴濾光片，雙眼間亮度水平的差異在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景下會(huì)造成深度錯(cuò)覺。

5、Gregory采用視覺潛伏期假說對(duì)這種深度錯(cuò)覺現(xiàn)象做了解釋。他認(rèn)為：被過濾眼中的刺激亮度衰減，使該眼的視覺反應(yīng)潛伏期延長(zhǎng)，因此有關(guān)物體位置的信號(hào)在傳輸?shù)揭暺訒r(shí)會(huì)產(chǎn)生雙眼間的時(shí)間偏差，從而導(dǎo)致在深度上運(yùn)動(dòng)的錯(cuò)覺。根據(jù)這種解釋，只要有運(yùn)動(dòng)和雙眼間的亮度差異，那么就有可能存在體視信息，這種信息會(huì)改變視覺顯示中已有視差的大小甚至是方向，因此，應(yīng)當(dāng)盡量避免雙眼間的深度差異，以免影響對(duì)三維立體視覺的探測(cè)。3.自由立體顯示圖像制作的問題?任何立體顯示系統(tǒng)，都是軟硬件的有機(jī)結(jié)合。怎樣正確實(shí)現(xiàn)立體透視圖對(duì)的形成和顯示是軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)，軟硬件能否協(xié)調(diào)一致、

6、取長(zhǎng)補(bǔ)短是影響整個(gè)系統(tǒng)性能的重要因素，下面闡述幾個(gè)對(duì)正確構(gòu)建和顯示立體圖像對(duì)至關(guān)重要的因素[2]。3.1左右透視圖的計(jì)算?在立體視覺系統(tǒng)中，要為左右眼各生成一個(gè)透視圖，需要兩個(gè)水平排列的投影中心。圖像分別投影到這兩個(gè)投影中心生成左右視圖。標(biāo)準(zhǔn)的圖形學(xué)投影方式如圖2所示，這里使用左手坐標(biāo)系統(tǒng)。通過這種有兩個(gè)投影中心的投影方式[3]，可獲得類似人眼的視野分布：中央的重疊區(qū)和兩個(gè)單視區(qū)，而獲得比單投影中心方式更寬的視野范圍，而且在重疊區(qū)由于左右透視圖的差異，將會(huì)有更多的信息被存入左右透視圖對(duì)中。圖2體視觀察空間?根據(jù)透視投影的變換矩陣可導(dǎo)出體視投影

7、變換矩陣。以視點(diǎn)坐標(biāo)系（右手系）原點(diǎn)O（在體視學(xué)中叫做中央眼）為視點(diǎn)的透視變換矩陣為?（1）式中d為視距。如圖2所示，設(shè)左視點(diǎn)為SL（-B/2，0，0），右視點(diǎn)為SR（B/2，0，0），SLSR稱為眼基線，SLSR平行于畫面，SLSR=B，B稱為目距，約為65mm。則左、右視點(diǎn)的體視變換矩陣分別為?（2）（3）設(shè)空間一點(diǎn)的坐標(biāo)為，則其左、右投影分別為?（4）??（5）顯然，左、右視點(diǎn)y和z坐標(biāo)分別相等，所不同的只是x坐標(biāo)，而（6）其中稱為圖對(duì)間隔位似系數(shù)，如圖3所示。上式說明，左、右投影間距不是一個(gè)常數(shù)，而是與物體各頂點(diǎn)的z坐標(biāo)有關(guān)。由圖3還

8、可以看出，這時(shí)z坐標(biāo)應(yīng)小于0。???????????(a)示意圖????????????????????????????(b)根據(jù)透視原理畫出的體視圖圖3物體的體視