[计算机硬件及网络]计算机图形学 第6章 立体视技术ppt课件

1、第六章第六章 立体视技术立体视技术北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-102本章内容本章内容6.1 概述概述6.2 立体视原理立体视原理6.3 各种立体视技术各种立体视技术6.4 立体视变换立体视变换6.5 立体影像的制造立体影像的制造北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1036.1 概述概述本章将引见立体视技术的原理、体视要素、本章将引见立体视技术的原理、体视要素、各种体视技术、体视变换等，以使大家对各种体视技术、体视变换等，以使大家对立体视技术有个大约的了解。立体视技术有个大约的了解。立体视技术曾经用于虚拟现实、电影电视、立体视技术曾经用于虚拟现

2、实、电影电视、通讯、机械、医学等诸多领域。立体视技通讯、机械、医学等诸多领域。立体视技术的日益普及也开场融入到我们的日常生术的日益普及也开场融入到我们的日常生活，如今我们许多场所都能见到立体视技活，如今我们许多场所都能见到立体视技术的身影，如博览会、电影院等。术的身影，如博览会、电影院等。术语术语体视影像体视影像stereoscopic images，立体影，立体影像、像、3D图像：表示在平面上的对应于图像：表示在平面上的对应于左右眼的透视图对。左右眼的透视图对。立体映像：观看体视图像时在头脑中交融立体映像：观看体视图像时在头脑中交融成的空间像成的空间像 。映像：客观事物在人脑中。映像：客观事

3、物在人脑中以觉得、观念或思想的方式再现。以觉得、观念或思想的方式再现。网膜像网膜像 ：成像在视网膜上的图像。：成像在视网膜上的图像。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1056.2 立体视的原理立体视的原理如下图，以人的两眼瞳为视点，其中SL为左视点，SR为右视点，分别以左右视点对同一物体在画面P上构成的透视投影对称为体视投影，或称为体视图形像。SLSR称为眼基线，眼基线普通平行于画面，B称为目距，约为65mm。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1066.2 立体视的原理立体视的原理当察看者在左右视点位置察看左右眼图时，如能保证左眼只能看到左眼图，

4、右眼只能看到右眼图，经过察看者脑中的视觉信息处置，可使体视图对作为一个立体映像观看体视图像时在察看者头脑中交融成的空间像认知，构成立体视。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-107H面体视图面体视图北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-108交叉视和同侧视交叉视和同侧视北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1096.3 立体视要素：心思和生理立体视要素：心思和生理生理要素生理要素两眼视差两眼视差两眼辐辏集合、辐合两眼辐辏集合、辐合水晶体调理焦点调理水晶体调理焦点调理单眼运动视差单眼运动视差北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院

5、2022-4-10106.3.1 生理要素生理要素辐辏辐辏Convergence 两眼同时凝视同一两眼同时凝视同一物体时，两眼视野向同一凝视点物体时，两眼视野向同一凝视点A会聚，称会聚，称为辐辏，也叫辐合或集合。两视野间的夹为辐辏，也叫辐合或集合。两视野间的夹角称为辐辏角，它也随着眼基线到凝视点角称为辐辏角，它也随着眼基线到凝视点的间隔的间隔D的变化而变化，如图的变化而变化，如图6.3所示。所示。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10116.3.1 生理要素生理要素假设SLSR= B，那么两眼辐辏角(deg)57.3(rad)B/DD/BA北京邮电大学自动化学院北京邮电

6、大学自动化学院2022-4-106.3.1 生理要素生理要素两眼视差两眼视差Binocular Parallax。因有目距。因有目距的存在，用左右眼从的存在，用左右眼从不同角度观看同一物不同角度观看同一物体时，存在少量的差体时，存在少量的差别别(左右眼视网膜上分左右眼视网膜上分别感遭到的光刺激差别感遭到的光刺激差别和外形上的差别别和外形上的差别)，这种差别称为两眼视这种差别称为两眼视差网膜像差。差网膜像差。6.3.1 生理要素生理要素正是两眼视差的存在使人们可以感遭到深度感，在察看体视图像时，如能确保分别出左右眼像就能看到交融的立体映像。6.3.1 生理要素生理要素从如图6-3看出，左右眼从不

7、同的角度察看凝视点A时，两眼的视轴视点与点A的连线成相等的角度，凝视点成像在两眼视网膜的中心窝上，左像点为al，右像点为ar，它们是在视网膜上是同方向、同间隔的点。 6.3.1 生理要素生理要素过两视点SL、SR和凝视点 A 的 圆 周 称 为 维 - 苗Vieth-Mlle圆，位于维-苗圆周上的两点A和C间不存在视差，而不在这个圆上的点B与凝视点A之间存在视差。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-106.3.1 生理要素生理要素恣意一点与左、右视点SL、SR连线所构成的夹角称为视差角，如图6.4所示，A、B两点的视差角分别为 和 ，那么角视差AB)(DDDBDDDBD

8、BRLBADD 当2DBD北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-106.3.1 生理要素生理要素角视差网膜像差的大小与辐辏间隔D的平方成反比，当间隔变大时，角视差会急剧减小。两点左右图对间隔之差称为程度视差，为)11(BALLRRzzBdBABA北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10196.3.1 生理要素生理要素焦点调理焦点调理Accommodation 在察看不同间在察看不同间隔的物体时，睫状肌会相应的用力或放松，隔的物体时，睫状肌会相应的用力或放松，以调理水晶体厚度近厚远薄，使物体成以调理水晶体厚度近厚远薄，使物体成像映在视网膜上。眼睛这种天性

9、地改动光焦像映在视网膜上。眼睛这种天性地改动光焦度以看清不同间隔的物体的过程称为焦点调度以看清不同间隔的物体的过程称为焦点调理或水晶体调理。辐辏和焦点调理不是各自理或水晶体调理。辐辏和焦点调理不是各自独立的，而是亲密相关、相互影响的。独立的，而是亲密相关、相互影响的。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10206.3.1 生理要素生理要素察看实物时，两眼视差、辐辏和焦点调理要素有机地结合在一同，使察看者能得到自然的实物视，如图6.5(a)所示。而察看表示在平面上的体视图像时，焦点调理在画面上，而辐辏在融像位置空间，呵斥辐辏和调理的不一致。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大

10、学自动化学院2022-4-10216.3.1 生理要素生理要素由于辐辏和焦点调理不一致，在生理上呵斥一种不自然的形状，长时间察看就能够会引起视觉疲劳。这也引导人们研讨出了能减少或消除视觉疲劳的其它显示方式，如超多眼式和光波面再生方式等。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10226.3.1 生理要素生理要素单眼运动视差单眼运动视差Monocular Movement Parallax运动视差是再现空间自然形状的运动视差是再现空间自然形状的重要要素。重要要素。分为两种情况：一种是由于画面上图像和视点挪动从动引起的视差；另一种是察看者在察看画面时挪动自动视点而引起的图形变化

11、所产生的视差。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10236.3.1 生理要素生理要素如图6.6所示，假定O为察看者单眼的位置，当察看者以速度从点O向点F挪动时，为了分辨出对象物体A、B间隔的不同，必要的运动视差vtDDvtDDDDDDvtDvt221)(vDDvDDDDdtd2)()(北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10246.3.1 生理要素生理要素察看两眼式的体视图像时，当察看者程度挪动，立体映像也会随着挪动，构成不正确的立体感，这就是由于在体视图像中没有思索运动视差呵斥的。对此，多眼式有所改善。多眼式从多个方向提示视差信息，即使察看者挪

12、动，再现运动视差也是能够的。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10256.3.2 心思要素心思要素人类觉得立体感，除了生理要素外，还有心思要素。包括大小：小的物体觉得远，大的物体觉得近，大小：小的物体觉得远，大的物体觉得近，即近大远小。即近大远小。上下：位于上面的物体觉得远，位于下面的上下：位于上面的物体觉得远，位于下面的物体觉得近。物体觉得近。疏密：密集处觉得远，稀疏处觉得近。疏密：密集处觉得远，稀疏处觉得近。运动：速度慢的物体觉得远，速度快的物体运动：速度慢的物体觉得远，速度快的物体觉得近。觉得近。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10266

13、.3.2 心思要素心思要素遮挡：被遮挡的物体觉得远，没有被遮挡的遮挡：被遮挡的物体觉得远，没有被遮挡的物体觉得近。物体觉得近。明暗：暗处觉得远，明处觉得近。明暗：暗处觉得远，明处觉得近。阴影：根据光源的位置判别。阴影：根据光源的位置判别。浓淡：淡色远，浓色近。浓淡：淡色远，浓色近。色相：冷色远，暖色近。色相：冷色远，暖色近。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10276.4 立体视的变换立体视的变换 立体视的察看空间立体视的察看空间北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10286.4 立体视的变换立体视的变换 0021202001000011002/0

14、100001000011002/010000100001dBddBBTBTPL000120000100001ddTp0021202001000011002/0100001000011002/010000100001dBddBBTBTPR北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10296.4 立体视的变换立体视的变换 zddzzydyzdBzxdxLLL22) 1(2zddzzydyzdBzxdxRRR22) 1(2BRRLkxzdBxx) 1(其中kB为图对位似系数。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10306.5 各种立体视技术各种立体视技术 按照体

15、视图像的表示方法，可以把立体视技术分为：两眼式、多眼式、超多眼式、全息式波面再生式、深度信息表示式和体积扫描式，其中的超多眼式、光波面再生式和深度信息表示式属空间像方式。按照能否利用视差，可分为视差式合非视差式。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10316.5 各种立体视技术各种立体视技术两眼式是最为成熟的立体显示方式，根据能否需求戴特殊眼镜可分为眼睛式和裸眼式两类。 立体映像的表示方法立体映像的表示方法优点优点缺点缺点两眼式两眼式眼镜式眼镜式（互补色、偏振光、时分割等）1. 原理简单，容易实 现;2. 数据量小；3. 容易实现动画；4. 容易与HMD对应。1. 辐辏

16、和焦点调节不一 致；2. 需要戴特殊眼镜；3. 不能表示运动视差，当 观察者移动时，运动视 差变化困难。裸眼式裸眼式（视差栅壁障、透镜板等）1. 不需要戴眼镜；2. 能实现动画。1. 辐辏和焦点调节不一 致；2. 提高分辨率困难；3. 视差栅式不能表示垂直 视差。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10326.5.1 两眼式两眼式一、眼镜式 眼镜方式可分为：互补色、偏振光和快门眼镜等方式。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10331互补色方式互补色方式最容易实现最容易实现北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10341互补色方式

17、互补色方式北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10352偏振光方式偏振光方式偏振光眼镜方式是如今大画面平面、柱面、圆穹立体显示的主流方式，便于多数人观看，可以具有很强的临场感，适宜3D立体电影和博览会上的展现。最近几年，3D电影的开展非常迅速，詹姆斯卡梅隆将2021年称为3D电影元年，3D电影发明的票房曾经高达十三亿美圆，而2021年的这一数据只需区区三亿美圆，只相当于今年迪斯尼3D动画片一部影片的票房。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10362偏振光方式偏振光方式北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10382偏振光方式偏振

18、光方式偏振光可以是直偏光也可以圆偏光。当光照射到偏振光滤光片上时，只需特定极化方向的偏振光可以经过。将左右眼图像赋予正交的直线偏振光并且重叠投影，察看者佩戴左右眼镜片具有滤光片极化方向正交的偏振光眼镜，就可以分别出左右眼图像。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10393液晶快门方式液晶快门方式以上两种方式是将左右眼图像同时显示在屏幕上，以光学方法加以分别，即空间分割，而液晶快门眼镜方式的左右眼图像是交替显示，与此同时，左右眼镜片快门分别翻开和封锁，分别左右眼图像，即时间分割。切换频率普通可设为电视场频的2倍如120Hz，这样单眼的场频依然是电视场频60Hz，察看者不会感

19、到闪烁。由红外线安装把正在显示的左右眼图像信息传送给快门，使快门与左右眼图像准确联动，从而构成立体视效果。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10403液晶快门方式液晶快门方式液晶快门方式是小型立体显示技术的主流，随着液晶显示技术的快速开展，其性能也不断提高。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1041北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1042我院虚拟现实中心的环幕显示系统我院虚拟现实中心的环幕显示系统北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1043立体视所运用的特殊眼镜立体视所运用的特殊眼镜互补色互补色偏振

20、光偏振光液晶快门液晶快门北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1044二、裸眼方式二、裸眼方式 裸眼式也称为自在立体显示方式，分为视差壁障方式、透镜状透镜方式等。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10451视差栅壁障方式视差栅壁障方式所谓视差栅壁障parallax barrier方式是经过具有窄缝的垂直条纹遮挡构成视差壁障，从而到达分别左右眼图像的目的。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10461视差栅壁障方式视差栅壁障方式视差栅壁障方式的缺陷一是壁障使图像变暗；二是壁障本身的目障，要求必需在特定的位置察看，否那么会产生逆视不

21、能融像。逆视是指左眼像入右眼或右眼像入左眼，在深度发生逆转知觉的景象 。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10472透镜状透镜状lenticular透镜方式透镜方式透镜状是指半圆桶构成行的透镜。与视差壁障方式一样，在视差壁障层的后方，将左右眼图像在垂直方向交替配置，利用透镜的折射原理分别左右眼图像。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10482透镜状透镜状lenticular透镜方式透镜方式透镜状透镜方式也要求在特定的位置察看，略微偏离就会产生左眼看见右眼像，右眼看见左眼像的问题，即逆视形状。为了使这个狭窄的察看范围得到改善，可以采用头跟踪技术。头

22、跟踪技术是检测出察看者的位置，使察看者保证最正确显示形状的技术。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1049103寸自在立体显示器寸自在立体显示器北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1050多眼式1不需要戴眼镜2能实现动画3能表示运动视差1辐辏和焦点调节不一致；2提高分辨率困难；3视差栅式不具有垂直视差。超多眼式1不需要戴眼镜2辐辏和焦点调节一致1装置复杂；2数据量大。深度信息表示方式（深度方向垂直断面采样法）Depth-Fused 3-D DFD1不需要戴眼镜；2数据量相对较少。1需要表示在多个平行平面上；2表示照片困难。多眼式、超多眼式、多眼式

23、、超多眼式、DFD方式方式北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1051积分照相方式、全息、体积扫描式积分照相方式、全息、体积扫描式积分照相方式1不需要戴眼镜；2只需要自然光1分辨率低；2图像的精细化和大型化困难。全息方式（光波面再生式）1不需要戴眼镜；2接近实物视；3能表示垂直视差。1动画表示困难；2数据量太大；3需要高分辨率材料。体积扫描方式1不需要戴眼镜；2接近实物观察；1遮挡表示困难；2表示照片困难。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10526.5.2 多眼式多眼式多眼式显示技术是针对两眼式提出来的，包括视差壁障方式、透镜状方式等几种方式。它

24、不仅允许多人同时察看，而且扩展了立体视的范围。存在于两眼式50%的逆视，在四眼式成为25%。因此，多眼式逆视问题大幅度降低，而且还可以得到假设干不延续的运动视差。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10536.5.2 多眼式多眼式北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10546.5.2 多眼式多眼式北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10556.5.2 多眼式多眼式这是一种给显示器许许多多条形透镜来控制观看方向的方式。八台摄像机从不同角度将所拍摄的视差图像被分成两组，由两台液晶投影仪投射到屏幕上，并经过适当的调整使第二台投射图像的

25、像素插入第一台投射图像的像素与像素之间，其结果是八种图像以像素列为单位重新陈列后投射到屏幕上。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10566.5.2 多眼式多眼式透镜状的一个透镜与一组八列的像素相对应，按照设计要求，像素的像能成像于某个特定观看间隔的面上。这样一来，观看间隔的某一个位置就只能看到第一列像素，沿横向略微挪动一点只能看到第二列像素，以此类推，各列像素地观看位置就分开了，在第一列到第八列的延续范围内，无论察看者在哪个位置上，都能构成立体视。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10576.5.3 超多眼式超多眼式上述的两眼式和多眼式除本身的缺

26、陷外，还存在两个问题。一是焦点调理和辐辏不一致的问题；二是不能表示运动视差。多眼式虽然有所改善，但也是有限的，不延续的。而超多眼方式Super Mulit-View SMV较好地处理了这两个问题。把处理这两个问题的立体显示叫做自然立体显示。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1058超多眼式的原理超多眼式的原理北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1059超多眼式的原理超多眼式的原理在超多眼式中，把表示图像的视点间隔设置为比两眼间隔更窄的瞳孔径以下，使两个以上的视点入射到单眼瞳孔内，即经过空间一点的光线同时有两条以上入射单眼瞳孔，对于这一点眼睛的焦点调

27、理到成像点应该是能够的。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10606.5.3 超多眼方式超多眼方式超多眼的方式有集束化光源阵列Focused Light Array:FLA方式、投影光学系扇形配列Fun Like array projection optics:FAPO方 式 和 高 密 度 指 向 H i g h - D e n s i t y Directional：HDD方式等。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10616.5.3 超多眼方式超多眼方式高密度指向方式高密度指向方式HDDHDD投影型的构成方法投影型的构成方法 北京邮电大学

28、自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10626.5.4 深度信息表示方式深度信息表示方式 DFDDepth-Fused 3-D DFD表示方式是基于新的立体错视optical illusion, visual illusion景象DFD错视景象的发现而设计的3D表示方式，也称为景深交融型立体影像技术。这种方式虽然限定察看位置，但安装简单，没有疲劳感，而且不需求戴眼镜就可以构成立体视。另外，两眼视力差别较大的察看者也能容易看到3D像。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10636.5.4 深度信息表示方式深度信息表示方式 错视是指由带有视觉欺骗的图像引起的视觉上

29、的错觉。错视普通被分为：图像本身的构造导致的几何学错视；由觉得器官引起的生理错视；以及心思缘由导致的认知错视。特别是关于几何学的错视，以其种类多而广为人知。DFD的方式有根本方式、飞出方式、偏振光加算型方式和投射型方式等。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10641. 根本方式根本方式 DFD错视景象的概要如图6.18所示，把想表示的3D像在此是长方形板的透明投影图像，在前后表示面从察看位置看重合在一同图6.18(a)左图。于是，察看者不是把这个作为深度不同的两个像，而是像6.18(a)右图那样在深度方向交融成一个像来觉得。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院

30、2022-4-10651. 根本方式根本方式对应物体深度位置使前后两面像的亮度比发生变化如图6.18(b)左图，就会觉得到其深度位置的延续变化，如图6.18(b)右图所示。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10662. 飞出方式飞出方式 像根本方式一样，这种方式利用图像的亮度变化。思索物体的3D像的亮度比时，3D像的深度范围限定在两面之间，如图6.18(b)所示。但假设如图6.20那样，思索3D像周围的亮度，3D像向前后两面的外侧飞出扩张是能够的。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10672. 飞出方式飞出方式 像根本方式一样，这种方式利用图像的

31、亮度变化。思索物体的3D像的亮度比时，3D像的深度范围限定在两面之间，如图6.18(b)所示。但假设如图6.20那样，思索3D像周围的亮度，3D像向前后两面的外侧飞出扩张是能够的。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10683. 偏振光加算型方式偏振光加算型方式可以使两块LCD重合，用偏振光角度的加算性，可以使DFD表示安装实现大幅面薄型化。图6.21(b)的方式是把前后两块LCD没有偏光板配置在两块偏光板间，在前面LCD和后面LCD的各个偏光角度进展加算，采用看起来好象作为全体正好前后的LCD表示辉度加算。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-106

32、94. 投射型投射型DFD表示方式表示方式上述都是直视型，表示领域的大画面化不容易。为此，以大画面具有震撼力的3D表示为目的，提出了投射型DFD表示方式，图6.22表示了从前后两个方向投射型的构成，图6.23表示了从两个相互垂直的方向投射得到的立体图像。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10704. 投射型投射型DFD表示方式表示方式北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10714. 投射型投射型DFD表示方式表示方式北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10726.5.5 积分照相方式积分照相方式积分照相Integral Pho

33、tography：IP方式以多个微小透镜并列放置，像蝇眼那样，因此也叫蝇眼方式。再生时把被提示的表示单元置于原来摄像单元的位置，这些图像元素经过前面的透镜单元察看。这时，经过从表示单元发出的光和摄影时同样的途径，在原来景物的位置再现立体像。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10736.5.5 积分照相方式积分照相方式但是，应该在表示面后侧再生的立体像，却再生于表示面的前面，图6.24(b)所示。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10746.5.5 积分照相方式积分照相方式为理处理这个问题，提出了两阶段摄影法、棱镜阵列法、曲折率分布透镜法。无论哪

34、种方法，结果都是把图像元素变换到对称的位置，如图6.25所示。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10756.5.5 积分照相方式积分照相方式为理处理这个问题，提出了两阶段摄影法、棱镜阵列法、曲折率分布透镜法。无论哪种方法，结果都是把图像元素变换到对称的位置，如图6.25所示。 图6.26 透镜阵列的表示 图6.27 点光源的表示 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1076 6.5.6 体积扫描方式体积扫描方式体积表示volumetric display方式，是物理或者光学性光源三维性配置的立体表示方式。实现体积表示的硬件设备可分为下述三种。北京

35、邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10771. 高速可变焦点光学系统的方式高速可变焦点光学系统的方式 实现电子动画的体积表示成为先锋方式，是组合由于低音扬声器振动的膜状镜和监视器CRT的安装。膜状的镜子由于振动从凸面镜向凹面镜高速变化而具有变焦距反射镜的功能，与此同时，CRT的表示内容高速切换，利用残像效果光学地生成三维像。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10781. 高速可变焦点光学系统的方式高速可变焦点光学系统的方式可是，这个安装由于低音扬声器发出令人不快的声音，在适用上问题很多。为此，采用液晶透镜替代膜状镜实现高速可变焦点光学系统的方法。这

36、种方式为了实现分辨率和帧频高的立体像，表示部分CRT需求负担很大的绘图才干。为此，目前这种方式实现分辨率高的体积表示还很困难。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10792. 物理地高速挪动屏幕的方式物理地高速挪动屏幕的方式这是使屏幕本身物理地高速挪动的同时，屏幕表示的内容也高速地切换，利用残像的效果生成三维图像的方法。这种方式的原理极为单纯，虽然是古老的方式，但由于高速物理挪动控制的困难，实现高画质立体像困难，另外还有噪音和耐久性等问题。只是基于这种方法的音量显示曾经由Actuality Systems公司以Perspecta为名商品化。该商品以高速回转小型显示的方式，

37、具有能从360方向察看的优点。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10803. 屏幕多层重叠的方式屏幕多层重叠的方式这是多层透明屏幕重叠的实现体积表示的方法。其原理和2同样是单纯的，但透明型显示物理地实现难成为瓶颈。LightSpaceTechnologies公司胜利地实现了这种方式，而且正在进展商品化。同公司的商品DepthCube，能高速在透明(透光)形状白色(光分散)形状间切换的液晶屏幕多层重合，使其中的一层成为白色，把该层的深度图像从DMD投影机投影。把这些多层屏幕的各层顺序进展控制，并使其高速化，生成利用残像效果的三维像。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化

38、学院2022-4-10813. 屏幕多层重叠的方式屏幕多层重叠的方式北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10826.5.7 体积扫描方式体积扫描方式最近，没有屏幕的映像表示引人注目，把脉冲激光用透镜集光使之发生等离子体，使其在空中发光的方式也可归为体积表示类。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10836.5.7 体积扫描方式体积扫描方式体积方式实现立体映像的硬件曾经商品化，但在普及方面还存在诸多课题。最大的问题是体积扫描可以表示的立体映像有原理上的制约。如上所述，体积表示根本是利用残像效果，在深度发光的光源在眼前不能遮盖。因此，不能表示有遮挡的映像

39、。另外，除了表示上的问题外，体积方式预备表示数据也有困难，例如拍摄的影像以体积方式实现很难，如今只限于用计算机图形表示的，或CT方法得到的数据。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10846.5.8 全息方式全息方式它是根据再生光线的波面，给察看者提示视差图像，因此，也称为光波面再生方式，是完全再现物体反射光的方式。全息方式可使多人同时察看空间立体像，能够是立体电视今后的开展方向，成为当前活泼的研讨课题。由于以液晶板为代表的显示技术的飞跃开展和计算机处置才干惊人的进展，作为优秀的立体显示全息立体电视被也人们所注重，被以为是终极的立体显示。这里将简单表达全息方式的原理。北京

40、邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10851. 电子全息的概念电子全息的概念电子全息的根底概念包括全息信息的输入生成、传送、记忆、输出表示。这里要用到电子学的技术，根据电子学的手法作成全息或者再生技术的总称叫做电子全息Electroholography。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1086输入生成输入生成输入系统以实物为对象时，和光学全息的制造一样，从物体反射的散乱光和参考光进展干涉条纹的制造，根据CCD照相机输入直接干涉条纹变换成电子信号。或是不是直接拍摄全息，而是由照相机进展一次摄影，其后光学地制造全息，叫做全息立体照片。与此不同的是以虚拟

41、的物体为对象时，用计算机全息合成CGH：Computer Gengrated Hologram的方法。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1087传输，蓄积传输，蓄积无论哪种场所，电子信号以NTSC等制式传送后，全息信息在表示安装输出。另外，在外部记忆安装记忆也是必要的。为了进一步应对宏大的全息信息量，还要用到信息紧缩技术。无论是哪种场所，被传送的电子信号，输出于高精细表示安装的全息图形由再生光再生直接的3D像。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10882. 全息的表示原理全息的表示原理全息的记录在此，根据菲涅耳全息阐明全息的记录、再生的想法。如图

42、6.28所示，从激光得到的光在HM分为两个方向，一个方向的光束到达物体的外表，被反射后成为球面光到达纪录面物体光。另一方向的光束成为一样的光波到达纪录面参考光。于是，在就在记录面记录下了由物体光和参考光的干涉条纹。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10892. 全息的纪录原理全息的纪录原理全息的再生全息的再生只对干涉条纹投射参考光再生照明光。其结果是衍射效应把干涉条纹中包含的物体光再现了出来。这种再现光也称为再生光。这样，被摄体就忠实再如今原来的地方。全息与其它立体显示方式的不同之处是物体反射光波面本身的再现。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1

43、091全息的表示全息的表示表示的设备用高分辨率空间光变調器SLM。为了表示全息的干涉条纹，充分的分辨率是必要的。如今运用的是液晶光变调器LCD、音响光变调器AOM和微小反射镜设备DMD等。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1092计算机合成全息计算机合成全息如下图，在计算机中干涉物体波和参考波，照射强力的激光，把虚拟的物体经过计算机的数值计算处置变换成全息。即，把电子摄影方法的总称叫做计算机合成全息。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1093计算机合成全息的制造计算机合成全息的制造制造方法如下图，和光学全息同样，把从空间一点出发的物体波和参考波

44、在平面上干涉，得到的干涉条纹叫做全息。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1094计算机合成全息的优点计算机合成全息的优点因一切的处置都在计算机进展，因此可以举出下面的优点：不需求摄影用的激光，不用思索激光的动力和相关性的影响；像光学全息那样的减振也不需求；受光单元噪音的影响少；再生过程由计算机模拟是能够的。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1095计算机合成全息例计算机合成全息例北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1096计算机合成全息立体照片计算机合成全息立体照片CGHS方式方式如下图，计算机合成全息立体照片CGHS方式，

45、传送用多视点照相机输入的各视点的平面图像后，变换成全息数据。其后用液晶板等空间光变调设备进展像的再生。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1097计算机合成全息立体照片计算机合成全息立体照片如图6.32所示，把由各视点得到的程度方向有视差的全息元素，配置在一个表示面板适当的位置，把一切视点合成的图像叫做全息立体照片。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1098法法北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-10996.6 立体影像的制造立体影像的制造立体图像的制造有四种方法：绘制手工和计算机绘制、3D计算机生成、摄影像和2D/3D变换。

46、北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101006.6.1 绘制绘制北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101016.6.2 3D-CG生成生成这是用计算机图形学方法生成体视图形 像 的 方 法 。 可 以 采 用 3 D m a x 或LightWave软件制造， 也可以采用OpenGL、Direct3D编程的方法。用3Dmax或LightWave软件可以制造出完美的体视图像，但某些运用需求编程，如游戏和VR的实时性等。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101026.6.2 3D-CG生成生成在OpenGL中与立体视有关的函

47、数有 void gluPerspectiveGLdouble fovy, GLdouble aspect,GLdouble near,GLdouble far；北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101036.6.2 3D-CG生成生成gifFrustum函数的格式为void gifFrustumGLdouble left,GLdouble right, GLdouble bottom, GLdouble,top, GLdouble near, GLdouble far；北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101046.6.2 3D-CG生成生成这两

48、个函数都是透视投影函数，要生成对应于左右眼的体视投影不能直接运用，而是需求先进展必要的变换。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101056.6.3 摄影像摄影像可以用摄像机或照相机拍摄两眼式立体影像。但需求两台摄像机或双镜头的摄像机照相机。摄像的方法有两种，一种是交叉摄影，一种是平行摄影。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101061. 光轴交叉配置交叉式摄影光轴交叉配置交叉式摄影两眼式交叉摄影是为使在被拍摄体位置透镜光轴交叉，普通把镜头向内设置摄影的光轴交叉配置。因交叉式摄影可以运用普通的摄影机照相机摄影，故如今看到的立体节目几乎都是交叉式摄影

49、作品。但在交叉式摄影中会发生“梯形应变，为了抑制“应变的发生，必需留意以等画角进展摄影。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101072. 光轴平行配置平行式摄影光轴平行配置平行式摄影在程度方向运用透镜或CCD等摄像板可以挪动的特殊摄影机，以视距在左右眼图像的“画面中心线交叉进展摄影，如下图。以透镜挪动的平行法摄影的图像，没有交叉式摄影产生的“梯形应变而构成理想的两眼式立体摄影。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101082. 光轴平行配置平行式摄影光轴平行配置平行式摄影普通的摄像机也能进展平行式摄影。其中的普通的摄像机也能进展平行式摄影。其中的

50、一个方法是使一个方法是使2台摄像机的光轴平行配置，把台摄像机的光轴平行配置，把拍摄左右图像右眼像的右端，左眼像的左拍摄左右图像右眼像的右端，左眼像的左端编辑影片适当修整。但是，仅靠修整端编辑影片适当修整。但是，仅靠修整电子变焦，透镜的等价焦点间隔会变长，电子变焦，透镜的等价焦点间隔会变长，分辨率低下，因此也可以说这是运用高分辨分辨率低下，因此也可以说这是运用高分辨率的摄像机获得低分辨率的率的摄像机获得低分辨率的3D图像时的有效图像时的有效方法。方法。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101093. 摄影机的间隔摄影机的间隔两眼式立体拍摄，以65mm间隔在同一个程度面上配

51、置两台摄影机摄影虽然是根本的。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101103. 摄影机的间隔摄影机的间隔但把规范的两台专业用高清摄影机并列，摄影机和透镜在横向固定，因两台的间隔大于65mm，那么焦点间隔短的透镜广角表现为盆景效果矮小化景象，与此同时，极易产生从近景到远景看起来大的被拍摄体深度抻长等立体感失真的映像。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101113. 摄影机的间隔摄影机的间隔另外，运用半透镜反射镜，由于能把等价的摄像机间隔减少为0，所以在接近虫眼的摄影宏摄影中，可以进展应变少的立体摄影。反之，与镜头的焦点间隔相比相对应的镜头间隔狭

52、窄时，成为缺乏立体感的立体摄影而构成布景景象在深度方向紧缩。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101123. 摄影机的间隔摄影机的间隔为此，在强调烟花等远方物体的立体感时，往往采用数十厘米到十几米的镜头间隔摄影。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101134. 摄影机的联动摄影机的联动经过左右眼视差和辐辏角得到立体感的两眼式中，左右镜头同时按下快门使左右图像摄影同步是必要的，为此，必需器具有视同步系统的电视台等运用的广播级摄像机。但这类摄像机价钱昂贵且尺寸也大，消费者往往运用高清摄像机。但假设运用没有视同步系统的摄像机拍摄运动的物体，快门同步即使

53、仅错开一点，就会拍到在左右不同位置的物体，特别是物体上下运动时，往往会产生有很强的违和感和难以融像的图像。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101144. 摄影机的联动摄影机的联动另外，有从外部遥控功能的民用摄像机REC和电源的ON/OFF中，两台同时翻开电源，由于能把REC大体同步的形状维持数分钟，所以运用这种机种是有效的手段。 北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101156.6.4 2D/3D变换变换3D影像的普及需求继续提供质量好、有魅影像的普及需求继续提供质量好、有魅力的作品。但是将力的作品。但是将3D影像按照商品制造，影像按照商品制造

54、，制造本钱很高，而且需求优秀的专门人才。制造本钱很高，而且需求优秀的专门人才。因此，因此，3D作品严重缺乏。为此，将通常的作品严重缺乏。为此，将通常的2D影像变换成影像变换成3D影像的技术格外引人注目。影像的技术格外引人注目。将将2D影像变换成影像变换成3D影像，不仅可以使过去影像，不仅可以使过去大量的影像作品作为大量的影像作品作为3D影像复活，也可以影像复活，也可以2D将新作品变换成将新作品变换成3D作品。作品。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101166.6.4 2D/3D变换变换拍摄拍摄3D影像时，为了接近人的视觉，等待影像时，为了接近人的视觉，等待具有高临场感

55、的电影，但存在左右影像的具有高临场感的电影，但存在左右影像的画角易产生偏向，或反射光只映入一方的画角易产生偏向，或反射光只映入一方的影像，难以调整视差等问题，因此在维持影像，难以调整视差等问题，因此在维持3D影像的质量上，做成有魅力的影像是极影像的质量上，做成有魅力的影像是极其困难的。其困难的。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101176.6.4 2D/3D变换变换通常的通常的2D影像中，对于被拍摄物体，可以影像中，对于被拍摄物体，可以运用摄影角度和迅速缩放效果等各种映像运用摄影角度和迅速缩放效果等各种映像表现手法拍摄。而拍摄表现手法拍摄。而拍摄3D映像时，由于要映像

56、时，由于要边使两台摄像机同步边要摄影，制约很多。边使两台摄像机同步边要摄影，制约很多。固定焦点、固定视点而缺乏表现力。重要固定焦点、固定视点而缺乏表现力。重要的一场戏，左右映像不一致不能运用的情的一场戏，左右映像不一致不能运用的情况很多。这时，把左映像或右映像经过况很多。这时，把左映像或右映像经过2D/3D变换，能够使其能成为合格的影像。变换，能够使其能成为合格的影像。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-101186.6.4 2D/3D变换变换2D/3D变换技术处理可以这种影像制造的变换技术处理可以这种影像制造的各种问题，把以前积累的、各种问题，把以前积累的、2D影像制造

57、没影像制造没法处理问题的灵敏运用，以法处理问题的灵敏运用，以2D影像作品为影像作品为根底，进一步给予根底，进一步给予3D影像的以附加值，具影像的以附加值，具有很大的意义。有很大的意义。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1011912D/3D变换的原理变换的原理2D/3D变换技术，是根据利用两眼视差的变换技术，是根据利用两眼视差的立体视机能，用各种方法在立体视机能，用各种方法在2维信息的点维信息的点x,y的根底上给予深度值的根底上给予深度值z，对应，对应其深度值把点左右交错，作成左右眼图像。其深度值把点左右交错，作成左右眼图像。这时，深度值不正确，假设对立体视的影这时，深

58、度值不正确，假设对立体视的影响不是很大，相反引出心思要素的作用是响不是很大，相反引出心思要素的作用是重要的。实时的重要的。实时的2D/3D变换，并不要求充变换，并不要求充分的图像解析，在这个错觉的范围内进展分的图像解析，在这个错觉的范围内进展统计学的图像处置。统计学的图像处置。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1012012D/3D变换的原理变换的原理2D/3D变换技术的关键是如何得到高效率变换技术的关键是如何得到高效率且正确的深度值，不降低画质交错像素，且正确的深度值，不降低画质交错像素，或者交错像素后的背景部分怎样构成是要或者交错像素后的背景部分怎样构成是要点，对于

59、商业软件这是重要的中心部分，点，对于商业软件这是重要的中心部分，公开的信息极少。公开的信息极少。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1012122D/3D实时变换实时变换实时变换因要求高速性，因此不进展复杂实时变换因要求高速性，因此不进展复杂的图像解析，主要利用辉度信号和的图像解析，主要利用辉度信号和RGB等等颜色属性使眼睛产生错觉来体味立体感。颜色属性使眼睛产生错觉来体味立体感。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1012232D/3D脱机变换脱机变换实时变换把通常的实时变换把通常的2D映像简单地作为映像简单地作为3D映映像，虽然很有魅力，但由于像

60、，虽然很有魅力，但由于1秒钟要处置秒钟要处置30帧，只能用模拟眼睛的错觉得到。脱机变帧，只能用模拟眼睛的错觉得到。脱机变换可以进展充分的解析，又能加上人为的换可以进展充分的解析，又能加上人为的操作，作为立体映像比实时变换优秀的多。操作，作为立体映像比实时变换优秀的多。好莱坞导演乔治好莱坞导演乔治卢卡斯的星球大战系列的卢卡斯的星球大战系列的六部作品被看作根据脱机变换六部作品被看作根据脱机变换3D化的优秀化的优秀代表。代表。北京邮电大学自动化学院北京邮电大学自动化学院2022-4-1012332D/3D脱机变换脱机变换脱机变换分为自动、半自动和手工操作三脱机变换分为自动、半自动和手工操作三种。种。 a. 深度解析：首先