中心議題：

• 立體視覺概述
• OpenGL實現立體顯示

解決方案：

• 雙中心投影算法
• 立體圖像對的繪製

虛擬現實(VirtualReality)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代高科技生成逼真的視覺、聽覺、觸(chu)覺(jiao)一(yi)體(ti)化(hua)的(de)特(te)定(ding)範(fan)圍(wei)的(de)虛(xu)擬(ni)環(huan)境(jing)。立(li)體(ti)顯(xian)示(shi)是(shi)虛(xu)擬(ni)現(xian)實(shi)的(de)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)之(zhi)一(yi)，它(ta)使(shi)人(ren)在(zai)虛(xu)擬(ni)世(shi)界(jie)裏(li)具(ju)有(you)更(geng)強(qiang)的(de)沉(chen)浸(jin)感(gan)，立(li)體(ti)顯(xian)示(shi)的(de)引(yin)入(ru)可(ke)以(yi)使(shi)各(ge)種(zhong)模(mo)擬(ni)器(qi)的(de)仿(fang)真(zhen)更(geng)加(jia)逼(bi)真(zhen)。研(yan)究(jiu)立(li)體(ti)成(cheng)像(xiang)技(ji)術(shu)並(bing)利(li)用(yong)現(xian)有(you)的(de)微(wei)機(ji)平(ping)台(tai)
，結(jie)合(he)相(xiang)應(ying)的(de)軟(ruan)硬(ying)件(jian)係(xi)統(tong)在(zai)平(ping)麵(mian)顯(xian)示(shi)器(qi)上(shang)顯(xian)示(shi)立(li)體(ti)視(shi)景(jing)。

立體視覺概述

據研究
，人的大腦能從以下4個方麵獲得深度(距離)線索：靜態圖像中的深度線索、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，這裏僅研究雙目視差線索。當用雙眼看同一景物時，由於左
、右眼在空間所處位置不同，兩隻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1asuoshi。juyoushichadeshuangyantuxiangjingdanaoronghe，kechanshenghanyoulitishenduxinxidelitituxiang。yibanjiangshuangmusuojiandeyiduijuyoushichadeerweituxiangchengweilitituxiangdui。ruomofangchanshengzheyiduipingmiantuxiang

，bingcaiqujishucuoshi
，shizuoyanzhinengkanjianyoubiandetuxiang，eryouyanzhinengkanjianzuobiandetuxiang，zerenleideshijiaoxitongjiuhuironghegaierweikongjianzhongyiduishaoyouchabiedetuxiang，congershengchengjuyoulitiganshoudetuxiang。genjutouyingmian、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。

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雙中心投影算法

由以上研究可知，立體圖像對的產生是由於左、右you眼yan觀guan察cha到dao的de物wu體ti透tou視shi結jie果guo不bu同tong。因yin此ci在zai立li體ti顯xian示shi的de視shi景jing仿fang真zhen中zhong設she置zhi兩liang隻zhi虛xu擬ni的de眼yan睛jing
，一yi個ge獲huo取qu左zuo眼yan的de圖tu像xiang

，另ling一yi個ge獲huo取qu右you眼yan的de圖tu像xiang
，分fen別bie將jiang左zuo右you眼yan的de圖tu像xiang傳chuan送song給gei相xiang應ying的de眼yan睛jing。因yin此ci。在zai立li體ti顯xian示shi中zhong，需xu要yao采cai用yong包bao含han兩liang個ge視shi點dian的de透tou視shi投tou影ying方fang法fa一yi雙shuang中zhong心xin投tou影ying算suan法fa。圖tu2為雙中心投影。



左視點Leye和右視點Reye均位於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)。投影平麵平行於XY平麵，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投影線的參數方程為：

在投影平麵上z=d，可得

將式(2)帶入式(1)得點P在投影平麵的坐標(xr,yr)：

同理，點P和Leye的投影線在投影平麵上的投影點坐標是：

可得水平視差：

由此可見，當zp>d時，0<E<e
，此時為正視差；當zp<d時
，E<0，此時為負視差
；而當zp=d時
，E=0，此時為零視差。采用雙中心投影算法，設置雙視點就可獲取三維空間中物體的左右眼圖像，從而生成立體圖像對。
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OpenGL實現立體顯示

開放性圖形庫OpenGL(OpenGraphicLibrary)是一個三維計算機圖形和模型庫。它獨立於操作係統和硬件環境，適用於從個人計算機到工作站的廣泛計算機環境。
OpenGLzaisanweizhenshigantuxingzhizuozhongjuyouyouxiudexingneng
，yonggaituxingkubujinnengfangbiandizhizuochugaozhiliangdejingzhicaisetuxiang，hainengchuangzaochugaozhiliangdedonghuaxiaoguo。jiezhuWindows編程環境還可控製模型的人機交互。由於其開放性和高度的可重用性，目前已成為業界標準。

1立體圖像對的繪製

按上述投影算法計算出立體圖像對後
，應用OpenGL繪製立體圖像對
，分別用紅、綠兩種顏色繪製右眼和左眼的圖像。以一個變長為10cm，中心點在原點的正方體為例
，設兩視點間距離e為5cm，投影麵距高觀察者d為40cm，考察正方體的一個頂點(5，5，5)，由上述投影算法可得：xr=32cm，xl=48cm，yl=yr=4040cm
，zr=zl=d=40cm對8個頂點分別計算後，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。用數組vertex[8][3]存儲頂點

，數組translatevertexr[8][3]存儲右眼投影計算後坐標，數組translatevertexl[8][3]存儲左眼投影計算後的坐標
，對相應的點進行投影計算：


使用OpenGL的de透tou視shi投tou影ying變bian換huan，需xu設she置zhi前qian後hou裁cai剪jian麵mian到dao觀guan察cha者zhe的de距ju離li及ji前qian裁cai剪jian麵mian的de寬kuan度du和he高gao度du等deng。前qian裁cai剪jian麵mian的de寬kuan度du用yong該gai寬kuan度du與yu高gao度du的de比bi值zhi表biao示shi，取qu顯xian示shi窗chuang口kou的de寬kuan度du和he高gao度du之zhi比bi。
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doubleNear．Far；／／前後裁剪麵距觀察者的距離
intratio=width／height；／／顯示屏的寬和高之比
ViewHeight2=Near*tan(radians)

；／／計算視野的高度
ViewWidth2=ViewHeight2*ratio；／／計算視野的寬度

計算右眼的視野範圍
；
left=-ViewWidth2-0．5*e*0．3
；
right=ViewWidth2-0．5*e*0．3
；

投影並繪製模型：
glFrustum(left，right
，bottom，top，Near，Far)；
glDrawBuffer(GL_BACK_RIGHT)；／／使用右後緩存
gluLookAt(0+e／2。0，5。0+d／2，0
，-5，0，1

，0)
；
／／確定右眼位置
glColor3f(1．0，0．0，0．0)；／／用紅色繪製
draw()；／／計算立體圖像對並繪製

同理繪製左眼的圖像，如圖3所示。



2雙緩存區的使用

OpenGL提供雙緩存技術，支持兩個完整顏色緩存的硬件或軟件。繪製一個緩存時，顯示另一個緩存中的內容。每繪製好一幀便交換緩存
；這樣剛才被顯示的緩存被用來繪製
，而用來繪製的緩存被顯示。這樣
，當顯示器刷新時，緩存區進行交換

，畫麵就不會閃爍。

OpenGL也支持立體觀察，實現左顏色緩存和右顏色緩存，它們分別用於左立體圖像和右立體圖像。可在初始化時，分別使用參數PFD_DOUBLEBUFFER和PFD_STERE-O_DONTCARE支持立體顯示和雙緩存。使用雙緩存時，通常隻繪製後緩存，使用函數glDrawBuffer()還可指定將立體圖像渲染到具體的某個緩存。

例如，繪製右眼圖像時使用右後緩存區glDrawBuffer(GL_BACK_RIGHT)，繪製左眼時使用左後緩衝區glDraw-Buffer(GL_BACK_LEFT)。

3立體圖像的觀察

使用簡單的濾光鏡就可觀察有立體感的圖像。其原理是：由於濾光片(實驗中使用紅

、綠濾光片)吸收其他光線，隻讓相同顏色的光線通過，因此左


、youyangetouguobutongyansedeguang。dangshiyonglvguangjingguanchajisuanjipingmushangdelitituxiangduishi
，jiuhuikandaojuyoushenduganshoudetuxiang。zaishiyanzhongfaxian，shuaxinpinlvduituxianglitixiaoguodexingchengjuyouzhongyaozuoyong。shuaxinpinlvguodi，youyurenyansuoweichidetuxiangyixiaoshi，bunengdedaosanweilitiganshou；刷新頻率過高就會出現一隻眼睛可看到兩幅圖像的現象。將顯示的刷新頻率設置合適，在程序中設置圖像刷新頻率設置為50Hz，利用紅綠濾光鏡觀察模型的立體成像，得到較明顯的立體視覺效果。

根據立體顯示原理

，采用雙目視差算法對物體進行立體顯示，利用OpenGLshengchenglitituxiangdui，bingjiezhuhonglvlvguangyanjingguancha，dedaolejiaohaodelitishijiaoxiaoguo。litixianshijishudeyinruzengqianglerenzaixunihuanjingzhongdechenjingan
，keguangfanyingyongyujianzhuwuheshijingmanyou、虛擬戰爭演練場和各種模擬訓練等多種場合。