虚拟现实之立体显示技术

4.1立体显示技术对于显示模式，在虚拟现实系统中立体显示必不可少，采用哪种立体显示实现模式需根据实际的应用而定。

目前的立体显示实现模式有主动立体显示技术、被动立体显示技术、光谱立体显示技术等三种。

4.1.1主动立体显示技术主动立体技术是利用高端投影机配置的特殊定制的电子处理部件和DLP 投影技术实现高的视频刷新率（一般96Hz 以上，最高120Hz ），交替镜，对应投影机显示图像通道红外发射的同步信号交替开合左右眼，从而实现立体显示。

主动立体显示克服了以前刷新率低的缺点，最高120Hz 可保证左右眼各60Hz ，保证无闪烁。

其优点是对于屏幕和观察位置没有要求，适用于多人多角度观看的工作模式，另外立体区分率高，通过Christie Mirage 投影机内置Dark Interval 功能可确保立体区分度达99.99%，实现最佳立体效果。

科视公司在主动立体技术方面又有了突破性的创新，研发了投影机立体倍频技术（Frame Doubling ）。

立体倍频技术要求计算机输出较低的60Hz 刷新率, 但投影机可以输出120全刷新率的立体图像。

图2 主动立体显示原理图图3 倍频显示信号时序图倍频技术完全消除了以前立体显示刷新率无法达到120Hz（立体显示时分配到左右眼不到60Hz）引起的立体视觉疲劳问题，同时大大降低度了对信号传输环节的要求，做到无损传输，实现最佳显示立体效果。

并且由于只需可视化集群主机输出60Hz立体视频而非120Hz，从而减少了可视化主机图形内存占用，提高了图形内存在图形计算时的效率（帧缓存，一般立体显示时需前后左右四个帧缓存，可视化计算完成后的每一帧图像就会以数字图像的方式存在缓存内，由图形GPU的DG（display generator）将其转化为视频输出，输出的视频刷新率越低，则占用图形内存的时间越少，图形内存利用率越高，越有利用图形计算），减轻图形集群的计算工作量，增加了图形运算性能。

3D显示技术概述3D显示技术是指能够呈现立体效果的显示技术。

它通过模拟人眼双目的视觉差异，使得观众可以感受到真实的深度感觉。

随着科技的不断进步，3D显示技术已经在各个领域得到广泛应用，包括电影、电视、游戏、虚拟现实等。

其中，3D电影最先出现并引起了广泛的关注。

3D电影利用特殊的眼镜，如红蓝眼镜，偏振眼镜等，将不同角度的影像分别发送给左右眼，使得观众可以感受到真实的深度感。

同时，为了增加观影的沉浸感，电影院中通常还会有特殊的声音、光线等环境效果。

在电影制作方面，3D电影需要通过双目摄像机或者计算机生成的方式来制作特殊的影像效果。

除了电影之外，3D显示技术也广泛应用于电视领域。

传统的3D电视通常需要佩戴特殊的眼镜来观看，而现在则有许多无需佩戴特殊眼镜的裸眼3D技术。

裸眼3D技术利用特殊的光栅或者滤光片来对光线进行分解，从而使得左右眼只能接收到不同的图像，从而呈现出3D效果。

此外，还有一种被称为自动立体展示技术的3D显示技术，它通过追踪观众的位置信息来调整显示图像，使得不同的观众可以看到适合自己的3D图像。

游戏是另一个广泛应用3D显示技术的领域。

在游戏中，3D图像能够在增强玩家的沉浸感的同时，也能够提供更好的操作体验。

目前，游戏领域中最为广泛应用的3D技术是虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）。

虚拟现实技术通过佩戴特殊的眼镜和头盔来模拟真实场景，使得玩家能够身临其境地参与到游戏中。

除了以上几个领域，3D显示技术在医疗、建筑设计、教育等领域也得到了广泛应用。

在医疗领域，医生可以通过3D技术更加直观地观察患者的器官结构，辅助诊断和手术操作。

在建筑设计领域，通过3D技术可以更加真实地模拟建筑物的外貌和内部结构，从而帮助设计师更好地展示自己的作品。

在教育领域，3D技术可以呈现生动的场景和模型，使得学生更加直观地理解和学习知识。

总之，3D显示技术已经成为现代科技领域一个重要的发展方向。

随着技术的不断进步，我们可以预见，未来3D技术将会在更多领域得到广泛的应用，并为人们带来更加真实、沉浸式的体验。

虚拟现实立体显示技术虚拟现实是一种新兴的、极有应用前景的计算机综合性技术。

采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视觉、听觉、触觉一体化的特定范围的虚拟环境。

立体显示是虚拟现实的关键技术之一，它使人在虚拟世界里具有更强的沉浸感，立体显示的引入可以使各种模拟器的仿真更加逼真。

研究立体成像技术并利用现有的微机平台，结合相应的软硬件系统在平面显示器上显示立体视景。

一、立体显示原理由于人眼有4 - 6cm的距离，所以实际上我们看物体时两只眼睛中的图象是有差别的。

两幅不同的图象输送到大脑后，我们看到的是有景深的图象。

这就是计算机和投影系统的立体成像原理。

依据这个原理，结合不同的技术水平有不同的立体技术手段。

只要符合常规的观察角度，即产生合适的图象偏移，形成立体图象并不困难。

从计算机和投影系统角度看，根本问题是图象的显示刷新率问题，即立体带宽指标问题。

如果立体带宽足够，任何计算机、显示器和投影机显示立体图象都没有问题。

二、四种立体显示技术下面就介绍4种技术如何将片源输送给双眼，其中前三种，分色、分光、分时技术的流程很相似，都是需要经过两次过滤，第一次是在显示器端，第二次是在眼睛端：1)分色技术：分色技术的基本原理是让某些颜色的光只进入左眼，另一部分只进入右眼。

我们眼睛中的感光细胞共有4种，其中数量最多的是感觉亮度的细胞，另外三种用于感知颜色，分别可以感知红、绿、蓝三种波长的光，感知其它颜色是根据这三种颜色推理出来的，因此红、绿、蓝被称为光的三原色。

要注意这和美术上讲的红、黄、蓝三原色是不同的，后者是颜料的调和，而前者是光的调和。

显示器就是通过组合这三元色来显示上亿种颜色的，计算机内的图像资料也大多是用三原色的方式储存的。

分色技术在第一次过滤时要把左眼画面中的蓝色、绿色去除，右眼画面中的红色去除，再将处理过的这两套画面叠合起来，但不完全重叠，左眼画面要稍微偏左边一些，这样就完成了第一次过滤。

第二次过滤是观众带上专用的滤色眼镜，眼镜的左边镜片为红色，右边的镜片是蓝色或绿色，由于右眼画面同时保留了蓝色和绿色的信息，因此右边的镜片不管是蓝色还是绿色都是一样的。

虚拟现实立体显示技术研究虚拟现实(VirtualReality)是一种新兴的、极有应用前景的计算机综合性技术。

采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视觉、听觉、触觉一体化的特定范围的虚拟环境。

立体显示是虚拟现实的关键技术之一，它使人在虚拟世界里具有更强的沉浸感，立体显示的引入可以使各种模拟器的仿真更加逼真。

研究立体成像技术并利用现有的微机平台，结合相应的软硬件系统在平面显示器上显示立体视景。

立体视觉概述据研究，人的大脑能从以下4个方面获得深度(距离)线索：静态图像中的深度线索、由运动造成的深度线索、生理上的深度线索以及双目视差线索，这里仅研究双目视差线索。

当用双眼看同一景物时，由于左、右眼在空间所处位置不同，两只眼晴的视角会有所不同，看到的图像也不一样，会有视差，如图1a所示。

具有视差的双眼图像经大脑融合，可产生含有立体深度信息的立体图像。

一般将双目所见的一对具有视差的二维图像称为立体图像对。

若模仿产生这一对平面图像，并采取技术措施，使左眼只能看见右边的图像，而右眼只能看见左边的图像，则人类的视觉系统就会融合该二维空间中一对稍有差别的图像，从而生成具有立体感受的图像。

根据投影面、人眼以及观察对象之间的相对位置，可有正视差(图1b)、负视差(图1c)和零视差(图1d)之分。

双中心投影算法由以上研究可知，立体图像对的产生是由于左、右眼观察到的物体透视结果不同。

因此在立体显示的视景仿真中设置两只虚拟的眼睛，一个获取左眼的图像，另一个获取右眼的图像，分别将左右眼的图像传送给相应的眼睛。

因此。

在立体显示中，需要采用包含两个视点的透视投影方法一双中心投影算法。

图2为双中心投影。

左视点Leye和右视点Reye均位于X轴上，两视点间的距离为e，两视点连线中心为坐标原点，则左视点的坐标为(-e／2，0，0)，右视点的坐标为(+e／2，0，0)。

投影平面平行于XY平面，到左右视点的距离均为d。

三维空间中一点P(xp，yp，zp)在左视点投影中的坐标为(xl，yl，zl)，在右视点投影中的坐标为(xr，yr，zr)，则zl=zr=d。

第1章：虚拟现实技术概论1、什么是虚拟现实技术？虚拟现实技术是一种高端人机接口，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉、和味觉等多种感觉通道的（实时模拟和实时交互）。

2、虚拟现实现实之父（Ivan Sutherland），也是计算机图形学之父3、虚拟现实技术的发源地是（美国）？？4、世界上第一套虚拟演播室由（日本）生产 NHK Nano space5、虚拟现实技术的三大特性：沉浸性，交互性、想象性6、虚拟现实系统的组成：计算机、输入输出设备、应用软件和数据库等、7、虚拟现实系统的分类：沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统、增强式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统第2章：虚拟现实系统的硬件设备1、虚拟现实系统中硬件设备由三个部分组成：(输入设备、输出设备、生成设备)2、有关虚拟现实系统的输入设备主要分为两类：(基于自然的交互设备、三维定位跟踪设备)3、基于自然的交互设备又分为：（数据手套、数据衣、三维控制器、三维鼠标）4、数据手套主要的生产公司有：（VPL公司的数据手套、Vertex公司的赛伯手套、Exos公司的灵巧手手套、Mattel公司的Power Glove）（最便宜）5、三维定位跟踪系统包括：（电磁跟踪系统、声学跟踪系统、光学跟踪系统、机械跟踪系统、惯性位置跟踪系统）6、虚拟系统的输出设备主要有：（视觉感知设备、听觉感知设备、触觉（力觉）感知设备）7、视觉感知设备的典型应用：（台式立体显示系统、头盔显示器、吊杆式显示器、洞穴式立体显示装置、响应工作台显示装置、墙式立体显示装置）8、头盔显示器（HMD）主要组成是：（显示器）和（光学透镜）9、洞穴式立体显示装置（CAVE）主要包括：（专业虚拟现实工作站、多通道立体投影系统、虚拟现实多通道立体投影软件系统、房间式立体成像系统）10、响应工作台显示装置（RWB）主要组成有：（投影显示器、一个大的反射镜、一个即做桌面又做显示屏的特殊玻璃）11、虚拟世界的生成设备有：基于PC的VR系统、基于图形工作站的VR系统、超级计算机第三章：虚拟现实系统的相关技术1、立体显示技术是虚拟现实技术的一种极为重要的支撑技术，要实现立体的显示，现在有多种方法和手段实现，主要有：（彩色眼镜法、偏振光眼镜法、串行式立体显示法、裸眼立体显示实现技术）2、在真实感事实绘制技术中为了提高显示的逼真度加强真实性常采用的方法有：（纹理映射、环境映照、反走样）3、三维虚拟声音的主要特征：（全向三维定位特性、三维实时跟踪特性、沉浸感与交互性）4、（层次包围盒法）是碰撞检测算法中广泛使用的一种方法、它是解决碰撞检测问题固有时间复杂性的一种有效方法。

3D立体显示技术的发展与应用一、引言立体显示技术是当今科技领域一个备受关注的热门话题。

随着人们对视觉体验的不断追求，立体显示技术正在以前所未有的速度迅猛发展。

本文将探讨3D立体显示技术的发展与应用，从技术原理、发展历程、应用场景等多个方面进行剖析。

二、技术原理3D立体显示技术是指通过特定的成像方式，使观看者感受到画面具有深度和逼真感。

目前，主要的3D显示技术包括立体影像显示、全息成像技术和体感交互技术。

立体影像显示是通过左右眼看到不同角度的图像来产生立体效果，全息成像技术则是通过载体上的全息图来还原真实物体的立体影像，体感交互技术则是通过利用人体动作或手势来进行3D空间内的交互。

三、发展历程3D立体显示技术的发展历程可以追溯到上世纪四十年代，当时科学家开始尝试用不同角度的图像来生成立体效果。

之后，立体眼镜的问世进一步促进了3D立体显示技术的发展。

随着计算机技术的快速进步，3D立体显示技术也得到了长足发展。

近年来，随着虚拟现实技术和增强现实技术的崛起，3D立体显示技术的应用领域进一步拓宽。

四、应用场景1. 娱乐领域：3D立体显示技术在电影、游戏等娱乐领域有着广泛的应用。

通过观影者戴上特殊的3D眼镜，就可以在电影院里体验到身临其境的视觉效果。

同时，游戏开发商也将3D立体显示技术引入到游戏中，提升玩家的沉浸感和参与感。

2. 医疗领域：在医疗诊断和手术操作中，3D立体显示技术也发挥着巨大的作用。

医生可以通过观看3D立体影像，更加清晰地了解病情，为患者提供更准确的诊断和治疗。

此外，一些复杂的手术操作也可以利用3D立体显示技术来进行模拟和指导。

3. 教育领域：3D立体显示技术在教育领域的应用也日益增多。

通过在教室中安装3D立体显示设备，教师可以实时呈现3D立体影像，让学生能够更加直观地理解和学习知识。

这种互动式的教学方法能够激发学生的学习兴趣，提高教学效果。

4. 工程设计领域：在工程设计和建筑设计中，3D立体显示技术也发挥着重要作用。

立体显示原理
立体显示原理是一种通过对人眼进行不同的刺激，使其产生深度感知的技术。

立体显示原理主要有两种方法，一种是基于视差效应的立体显示，另一种是基于视差调焦的立体显示。

基于视差效应的立体显示原理是利用人眼的双眼视差效应来模拟真实世界中物体的深度感。

人眼的左右两只眼睛分别观察同一物体时，会因为位于不同位置而看到稍微不同的影像。

当这两个影像被同时呈现到人眼中时，大脑会将它们进行合成，产生一种立体感。

基于视差调焦的立体显示原理是通过调整图像的焦点，使不同深度的物体在不同的距离上产生清晰的投影。

一般来说，具有不同深度的物体在成像时需要通过相应的焦点才能获得清晰的图像。

通过调整图像的焦点，可以使不同深度的物体在观察时各自呈现出清晰的效果，从而产生立体感。

在立体显示技术的应用中，常见的方法包括使用特殊的眼镜、液晶屏幕、投影技术等。

这些技术都是通过利用立体显示原理，将二维图像或视频转化为具有深度感的立体效果。

总之，立体显示原理是通过对人眼进行不同的刺激，模拟真实世界中物体的深度感，使人眼能够感知到图像或视频的立体效果。

这种技术在电影、游戏、虚拟现实等领域都有广泛的应用。

3D立体显示技术的发展与应用随着科技的不断进步，3D立体显示技术在近年来迅速发展并得到广泛应用。

本文将从技术发展、应用领域以及未来展望三个方面探讨3D立体显示技术的发展与应用。

一、技术发展3D立体显示技术的发展可以追溯到几十年前。

最初的3D技术是基于红蓝眼镜的原理，将两幅不同颜色的图像分别给左右眼观看，通过不同颜色的滤光片将对应的图像过滤出来，使得人眼产生立体的错觉。

然而，这种技术很容易导致观看者眼部疲劳，并且图像效果也不够清晰。

随着技术的进步，全息投影技术成为了新的研究重点。

全息投影技术利用激光光束在光敏材料上记录并再现物体三维信息，从而实现真正的三维效果。

这项技术在军事、医学以及教育等领域得到广泛应用，例如在医学中，全息投影可以帮助医生更好地观察病变组织，从而提高诊断效果。

另外，眼球跟踪技术也是3D立体显示技术的重要发展方向之一。

通过感知观看者眼球的位置和方向，系统可以调整图像的投射方向，使得观看者在不同角度下也能获得立体效果。

这种技术被广泛应用于游戏、虚拟现实等领域，提供了更加沉浸式的体验。

二、应用领域3D立体显示技术的应用领域非常广泛。

首先，电影和电视行业是3D显示技术最为常见的应用领域之一。

如今，许多影院都提供3D影片的放映，观众可以通过戴上特制的眼镜享受更加逼真的观影体验。

同时，许多电视制造商也推出了3D电视，观众可以在家中观看3D内容。

此外，3D立体显示技术还在教育和培训领域发挥重要作用。

通过3D投影仪或者虚拟现实设备，教师可以将生动的三维模型投影到课堂上，帮助学生更好地理解抽象的概念。

在培训中，3D立体显示技术可以模拟现实环境，提供更真实的训练体验，例如在飞行模拟器中，飞行员可以进行虚拟飞行培训。

除此之外，工业设计、建筑和医疗等领域也广泛应用3D立体显示技术。

工业设计师可以使用3D打印技术将设计图像转化为真实的产品模型，提高设计效率。

在建筑领域，通过使用3D建模软件和虚拟现实技术，建筑师可以更好地展示设计方案，并提供客户更直观的参考。

虚拟现实技术考试题及答案虚拟现实技术试题（一）虚拟现实是一种高端人机接口，可以通过视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉通道的实时模拟和实时交互。

与通常CAD系统所产生的模型以及传统的三维动画不同，虚拟现实技术应该具备的三个特征是沉浸、交互和想象。

一个典型的虚拟现实系统的组成主要由头盔显示设备、多传感器组和力反馈装置组成。

从虚拟现实技术的相关概念可以看出，虚拟现实技术在人机交互方面有了很大的改进。

常被称之为“基于自然的人机界面”计算机综合技术，是一个发展前景非常广阔的新技术。

根据虚拟现实对“沉浸性”程度和交互程度的不同，可把虚拟现实系统划分为四种典型类型：沉浸式、桌面式、增强式和分布式。

虚拟现实的输入设备主要分为两类：三维位置跟踪器和基于自然交互设备，如力反馈设备、数据手套和三维鼠标。

三维定位跟踪设备是虚拟现实系统中关键设备之一，一般要跟踪参与对象的宽度、高度、深度、俯仰角、转动角和偏转角，我们称为6自由度（6DOF）。

空间位置跟踪技术有多种，常见的跟踪系统有机械跟踪器、电磁跟踪器、超声波跟踪器、惯性跟踪器和光学跟踪器。

所谓力反馈，是运用先进的技术手段将虚拟物体的空间无能运动转变成物理设备的机械运动，使用户能够体验到真实的力度感和方向感，从而提供一个崭新的人机交互界面。

该项技术最早应用于尖端医学和军事领域。

立体显示技术是虚拟现实系统的一种极为重要的支撑技术。

要实现立体的显示，现已有多种方法与手段进行实现，主要有互补色、偏振光、时分式、光栅式和真三维显示。

正是由于人类两眼的视差，使人的大脑能将两眼所得到的细微差别的图像进行融合，从而在大脑中产生有空间感的立体物体视觉。

头盔式显示器（HMD）主要组成是显示元件和光学系统。

洞穴式立体显示装置（CAVE Computer Automatic Virtual Environment）系统是一套基于高端计算机的多面式的房间式立体投影解决方案，主要组成由高性能图形工作站、投影设备、跟踪系统和声音系统。