曲面屏幕上移動(dòng)視點(diǎn)的沉浸式立體渲染及投影方法.pdf

1、目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)蓬勃發(fā)展，其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，在軍事、教育、娛樂(lè)、醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)，立體顯示技術(shù)也越來(lái)越成熟。其利用人的左右眼視差特性，讓用戶左右眼分別看到所投影的左右眼圖像，然后左右眼圖像在人大腦中融合成立體圖像。在傳統(tǒng)的立體投影系統(tǒng)中，不同位置的用戶所看到立體畫(huà)面是相同，原因在于他們看到的系統(tǒng)都是基于同一視點(diǎn)渲染的圖像。實(shí)際上，由于用戶視角的不同，左右眼圖像所融合成的立體虛像會(huì)產(chǎn)生形狀和位置

2、的變化。本文研究對(duì)象是其中的基于投影儀與大屏幕的立體投影顯示系統(tǒng)，研究基于移動(dòng)視點(diǎn)的立體投影顯示技術(shù)，探索從用戶觀察的角度實(shí)時(shí)渲染場(chǎng)景圖像，讓用戶可以通過(guò)移動(dòng)位置從不同的角度觀察虛擬和物體，以便更符合人類觀察世界的方式，產(chǎn)生更好的真實(shí)感體驗(yàn)。另外，在立體投影系統(tǒng)中，與平面屏幕相比，曲面屏幕的立體投影能夠提供更廣的視角和更好、更舒適的沉浸感。但是，曲面屏幕的立體投影也會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題，如由于屏幕形狀的影響，造成投影的虛擬物體發(fā)生變形與位移

3、等。
　　為此，本文研究提出了一種在曲面屏幕上的針對(duì)移動(dòng)視點(diǎn)的立體渲染和投影方法，可以為用戶提供更加舒適的立體體驗(yàn)和更強(qiáng)的沉浸感、真實(shí)感。本文通過(guò)實(shí)時(shí)追蹤用戶相對(duì)于屏幕的位置和姿態(tài)，對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行渲染并投影，從而允許用戶在觀看的同時(shí)可以在虛擬場(chǎng)景中走動(dòng)探索，從不同的位置和角度觀察虛擬場(chǎng)景，大大提高了用戶的參與感。為解決曲面屏幕上基于移動(dòng)視點(diǎn)立體渲染和投影中虛像漂移、抖動(dòng)、變形等一系列問(wèn)題，本文還提出了視差動(dòng)態(tài)調(diào)整方法和用戶觀感優(yōu)化

4、方案，以使得投影的虛擬圖像更為真實(shí)。
　　歸納的，本文的主要工作和貢獻(xiàn)概括如下:
　　1)將基于移動(dòng)視點(diǎn)的立體渲染及投影技術(shù)擴(kuò)展到曲面屏幕（如弧幕、球幕等）上。主要針對(duì)用戶視點(diǎn)與曲面屏幕復(fù)雜的相對(duì)關(guān)系而引起的立體虛像變形和位移等問(wèn)題，本文提出了視差動(dòng)態(tài)調(diào)整方法:根據(jù)曲面屏幕形狀及用戶與屏幕的相對(duì)位置，動(dòng)態(tài)映射調(diào)整所投影虛擬場(chǎng)景的視差，即對(duì)立體渲染后的左右眼圖像進(jìn)行后處理，以保證用戶在虛擬場(chǎng)景中走動(dòng)時(shí)始終看到舒適、正確的立體虛

5、像，更具沉浸感和真實(shí)感體驗(yàn)。
　　2)組織了用戶測(cè)試，發(fā)現(xiàn)了基于移動(dòng)視點(diǎn)的立體投影中存在的普遍性問(wèn)題:在用戶移動(dòng)過(guò)程中存在虛像的漂移和上下抖動(dòng)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)該類問(wèn)題產(chǎn)生的原因在于:大部分基于移動(dòng)視點(diǎn)的立體投影中忽略了頭部姿態(tài)與眼球運(yùn)動(dòng)對(duì)用戶接收立體圖像的影響。本文詳細(xì)分析了用戶頭部姿態(tài)與眼球運(yùn)動(dòng)對(duì)用戶所觀察到立體虛像的影響，并通過(guò)跟蹤用戶頭部姿態(tài)與總結(jié)眼球運(yùn)動(dòng)規(guī)律，較好地解決了虛像的左右漂移和上下抖動(dòng)問(wèn)題。
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