基于3DMAX的自由立體顯示功能實現

摘 要

本文基于列插合成模式的自由立體顯示的基本原理并結合3DMAX插件體系，在這個基礎上實現了3DMAX的立體顯示功能，并詳細闡述了立體攝像機創建過程，同時也分析了立體攝像機內部參數與立體深度對其產生的影響，并對基于3DMAX的自由立體顯示功能的實現效果與應用前景等進行了討論。

【關鍵詞】3DMAX立體顯示功能立體攝像機

自由立體顯示器是在軟件技術和攝影技術支持下，利用人的視差因素來分別截取左視點圖片和右視點圖片，然后通過同時投射到顯示屏上利用光電設備把左視點圖片和右視點圖片分別送入人的左右眼，3DMAX是目前主流的模型建構、動畫制作、虛擬設計軟件，所以將自由立體顯示功能引入到3DMAX可以幫助用戶獲得三維模型的立體視覺效果。

1 立體視差尺度和深度感分析

圖1是立體視差尺度和深度感的研究示意圖，投射在顯示屏幕上的實際物體位置A相對應的位置分別是LA和RA，我們可以很直觀的觀察到在LA和RA的左邊有一個很明顯的水平位差，而在實際中我們的眼睛就是通過這個位差信息來確定實際物體存在于屏幕中，同時也為人營造一種立體深度的感覺而形成三維立體圖像內景。實際物體的位置B點在相對于立體圖片上的位置分別是LB和RB，由于實際物體的位置B點相對應的LB是位于RB的右方，所以在實際中就會產生一個明顯的水平位差，而我們也是通過這個位差的信息來確定實際物體的位置B是在屏幕外面，因此在實際運用中通過產生負立體深度來形成三位立體圖像的前景。通過圖1對立體視差尺度和深度感之間關系的研究我們可以在深度為T、尺度s、觀看距離l及瞳距d的情況下，將立體視覺差尺度和深度感之間的管理表達式設定為T=sl（d-s），從表達式中我們可以明確正位差產生的深度要大于負位差產生的深度。科學理論認為人的裸眼所能承受的屏幕上最大的水平位差是和雙眼瞳距基本相等，但是如果要在顯示器上來實現這一理論這會直接導致立體深度增大，而當眼睛在瀏覽顯示器時會受到位差因素的影響使其聚焦在不同的深度，這樣會使眼睛在對顯示器進行瀏覽的過程中出現疲勞度，所以水平位差在實際上要略小與眼睛的瞳距距離，所以在正常情況下在視力進行聚焦不大于2s時眼睛可以承受51o左右的張角。

2 立體攝像機的建立和參數配置

基于3DMAX的自由立體顯示功能在實現過程中，立體攝像機的建立和參數配置是最為重要的環節，常見立體攝像機是由2臺基本參數相同的攝像機構成，而在3DMAX軟件中的空間取景是需要通過立體攝像機來完成，所以本文中實現自由立體顯示功能是采用了列插合成模式的立體顯示技術，并且在設置過程中要求2臺攝像機要的立體圖片只能有水平位差。透視投射型攝像機在建立立體攝像機時要保持2攝像機拍攝方向的平行，確定2臺攝像機在拍攝過程中的x軸都要在一個平面上，2臺攝像機之間的相互距離為t是立體攝像機的內部參數，針對正交投射型攝像機在建立立體攝像機時要將2臺攝像機對準同一目標，同時也要保證2臺攝像機在實際使用中的x軸要保持在同一個平面上。

3DMAX規定的空間體系中由矩形代表空間對象在坐標系中的位置，所以在立體攝像機建立過程中可以將原來的攝像機作為其左攝像機，左攝像機的CL-nodeTM矩陣及其對應目標的CL-nodeTM矩陣便可以實現，右攝像機的獲得是整個立體攝像機的關鍵環節，所以在構建立體攝像機時必須構建夠攝像機的CR-nodeTM矩陣及其CR-nodeTM目標矩陣。透視投射的立體攝像機中的右攝像機的位置矩陣可以在左攝像機建立的三維空間內取得，如圖2。

那么我們在右攝像機實際建立中的坐標系空間位置矩陣為：CR-nodeTMR=PTMRCL-nodeTML。正交投射的立體攝像機中右攝像機的目標矩陣可以在做攝像機建立的三維空間內獲得，如圖3。

在這個公式中的d是左攝像機到目標的距離，因此我們可以判斷右攝像機在坐標系中位置矩陣為：CR-nodeTMR=OTMRCL-nodeTML，而且在實際使用中的左攝像機目標和右攝像機目標在坐標系中的方位是相同的。立體攝像機在建立過程中需要進行3-D場景到視口的映視過程，這便需要將坐標系中的先是對象通過技術手段變成攝像機的坐標系，然后在攝像機中將其轉換成視口上的2-D圖像，在實際操作中要適當調整立體攝像機中左攝像機和右攝像機的位置關系，這樣才能實現立體顯示內容在實際中的深度不會產生過大的變形，從而保證前景及內景的位差在實際上不會超出眼睛可以承受的尺度極限。立體攝像機在建立過程中要獲取立體顯示對象的3-D模型尺度，并要通過相應的技術手段立體攝像機可以完成對應投射變換，這樣才能在實際使用中得到顯示對象上與2個攝像機的正負位差的極限值，并使用所對應的公式來計算出立體攝像機中立體圖像的深度。

3 創建縮移視口

基于列插合成模式的自由立體顯示的合成圖像是由立體顯示器硬件作為支撐，將顯示屏上左右分置的兩幅圖片通過列插合成技術將其投射到顯示屏上，這樣會使左右攝像機在實際使用中創建的立體圖片需要對顯示內容進行縮小變形處理，同時只有左右攝像機視口的顯示內容必須具有水平移動功能，這樣才能滿足立體攝像機調整立體圖像的前景和內景深度的需求，而且立體攝像機這種水平移動與同步移動攝像機及其目標所實現的平移是存在本質差異的，這事因為立體攝像機需要將視口平面點的x坐標轉換成x/2+c，y坐標不變，并且確定c為立體攝像機的平移量。根據基于3DMAX的自由立體顯示功能這一特性可以利用兩種方法對其進行實現，首先我們可以通過更新攝像機投射矩陣來實現視口平面移動，MAXSDK提供的Graphics Window可以同步更新攝像機視矩陣和投射矩陣，同時我們也可以通過創建縮移視口來滿足立體攝像機需求，創建縮移視口的根據是可以更新世界空間到攝像機空間的變換矩陣。3DMAX中的MAXSDK的功能沒有提供直接實現視口收縮平移的手段，但是其在設置過程中允許通過改變視矩陣來實現縮移視口的目標。

4 基于3DMAX的自由立體顯示功能的效果

本文按照以上思路完成了基于3DMAX自由立體顯示功能的實現，并對基于3DMAX的自由立體顯示功能進行一系列測試，在常規Camera-L和Camera-R視圖中發現模型的左手在最前、右腳在最后，但是正常的立體顯示效果應該是左手和頭部構成前景，而雙腳在實際上應該在顯示屏內而構成內景，所以本文針對這一問題進行了深入分析，發現模型的左手右腳在實際上構成了負位差，這樣會導致用戶在使用中雙眼出現嚴重的不適感。但是本文研制出的自由立體顯示器的立體視覺效果相對較好，并有效解決了在3DMAX中實現基于列插合成模式的立體顯示功能問題，同時本文也認為自由立體顯示技術是未來顯示技術的主要發展趨勢之一。

5 結束語

自由立體顯示技術是許多相關學科域交叉、集成的產物。它的研究內容涉及到計算機科學、光學、電子學、計算機圖形學、心理生理學、加工制造技術等，立體顯示技術一直是業內非常熱門的研究方向，一旦得以廣泛推廣必將產生巨大的經濟效益。

參考文獻

[1]劉文文，杜江.3DMAX自由立體顯示功能的實現[J].合肥工業大學學報，2008.

[2]范德超.基于3DMAX的自由立體顯示功能實現[J].煤炭技術，2010.

[3]王元慶.基于LCD的自由立體顯示技術[J].液晶與顯示，2013.

作者簡介

唐學軍，大學本科學歷。現為新疆工程學院實驗師。主研領域為計算機基礎、多媒體制作。

作者單位

新疆工程學院 新疆維吾爾自治區烏魯木齊市 830013endprint

摘 要

本文基于列插合成模式的自由立體顯示的基本原理并結合3DMAX插件體系，在這個基礎上實現了3DMAX的立體顯示功能，并詳細闡述了立體攝像機創建過程，同時也分析了立體攝像機內部參數與立體深度對其產生的影響，并對基于3DMAX的自由立體顯示功能的實現效果與應用前景等進行了討論。

【關鍵詞】3DMAX立體顯示功能立體攝像機

自由立體顯示器是在軟件技術和攝影技術支持下，利用人的視差因素來分別截取左視點圖片和右視點圖片，然后通過同時投射到顯示屏上利用光電設備把左視點圖片和右視點圖片分別送入人的左右眼，3DMAX是目前主流的模型建構、動畫制作、虛擬設計軟件，所以將自由立體顯示功能引入到3DMAX可以幫助用戶獲得三維模型的立體視覺效果。

1 立體視差尺度和深度感分析

圖1是立體視差尺度和深度感的研究示意圖，投射在顯示屏幕上的實際物體位置A相對應的位置分別是LA和RA，我們可以很直觀的觀察到在LA和RA的左邊有一個很明顯的水平位差，而在實際中我們的眼睛就是通過這個位差信息來確定實際物體存在于屏幕中，同時也為人營造一種立體深度的感覺而形成三維立體圖像內景。實際物體的位置B點在相對于立體圖片上的位置分別是LB和RB，由于實際物體的位置B點相對應的LB是位于RB的右方，所以在實際中就會產生一個明顯的水平位差，而我們也是通過這個位差的信息來確定實際物體的位置B是在屏幕外面，因此在實際運用中通過產生負立體深度來形成三位立體圖像的前景。通過圖1對立體視差尺度和深度感之間關系的研究我們可以在深度為T、尺度s、觀看距離l及瞳距d的情況下，將立體視覺差尺度和深度感之間的管理表達式設定為T=sl（d-s），從表達式中我們可以明確正位差產生的深度要大于負位差產生的深度。科學理論認為人的裸眼所能承受的屏幕上最大的水平位差是和雙眼瞳距基本相等，但是如果要在顯示器上來實現這一理論這會直接導致立體深度增大，而當眼睛在瀏覽顯示器時會受到位差因素的影響使其聚焦在不同的深度，這樣會使眼睛在對顯示器進行瀏覽的過程中出現疲勞度，所以水平位差在實際上要略小與眼睛的瞳距距離，所以在正常情況下在視力進行聚焦不大于2s時眼睛可以承受51o左右的張角。

2 立體攝像機的建立和參數配置

基于3DMAX的自由立體顯示功能在實現過程中，立體攝像機的建立和參數配置是最為重要的環節，常見立體攝像機是由2臺基本參數相同的攝像機構成，而在3DMAX軟件中的空間取景是需要通過立體攝像機來完成，所以本文中實現自由立體顯示功能是采用了列插合成模式的立體顯示技術，并且在設置過程中要求2臺攝像機要的立體圖片只能有水平位差。透視投射型攝像機在建立立體攝像機時要保持2攝像機拍攝方向的平行，確定2臺攝像機在拍攝過程中的x軸都要在一個平面上，2臺攝像機之間的相互距離為t是立體攝像機的內部參數，針對正交投射型攝像機在建立立體攝像機時要將2臺攝像機對準同一目標，同時也要保證2臺攝像機在實際使用中的x軸要保持在同一個平面上。

3DMAX規定的空間體系中由矩形代表空間對象在坐標系中的位置，所以在立體攝像機建立過程中可以將原來的攝像機作為其左攝像機，左攝像機的CL-nodeTM矩陣及其對應目標的CL-nodeTM矩陣便可以實現，右攝像機的獲得是整個立體攝像機的關鍵環節，所以在構建立體攝像機時必須構建夠攝像機的CR-nodeTM矩陣及其CR-nodeTM目標矩陣。透視投射的立體攝像機中的右攝像機的位置矩陣可以在左攝像機建立的三維空間內取得，如圖2。

那么我們在右攝像機實際建立中的坐標系空間位置矩陣為：CR-nodeTMR=PTMRCL-nodeTML。正交投射的立體攝像機中右攝像機的目標矩陣可以在做攝像機建立的三維空間內獲得，如圖3。

在這個公式中的d是左攝像機到目標的距離，因此我們可以判斷右攝像機在坐標系中位置矩陣為：CR-nodeTMR=OTMRCL-nodeTML，而且在實際使用中的左攝像機目標和右攝像機目標在坐標系中的方位是相同的。立體攝像機在建立過程中需要進行3-D場景到視口的映視過程，這便需要將坐標系中的先是對象通過技術手段變成攝像機的坐標系，然后在攝像機中將其轉換成視口上的2-D圖像，在實際操作中要適當調整立體攝像機中左攝像機和右攝像機的位置關系，這樣才能實現立體顯示內容在實際中的深度不會產生過大的變形，從而保證前景及內景的位差在實際上不會超出眼睛可以承受的尺度極限。立體攝像機在建立過程中要獲取立體顯示對象的3-D模型尺度，并要通過相應的技術手段立體攝像機可以完成對應投射變換，這樣才能在實際使用中得到顯示對象上與2個攝像機的正負位差的極限值，并使用所對應的公式來計算出立體攝像機中立體圖像的深度。

3 創建縮移視口

基于列插合成模式的自由立體顯示的合成圖像是由立體顯示器硬件作為支撐，將顯示屏上左右分置的兩幅圖片通過列插合成技術將其投射到顯示屏上，這樣會使左右攝像機在實際使用中創建的立體圖片需要對顯示內容進行縮小變形處理，同時只有左右攝像機視口的顯示內容必須具有水平移動功能，這樣才能滿足立體攝像機調整立體圖像的前景和內景深度的需求，而且立體攝像機這種水平移動與同步移動攝像機及其目標所實現的平移是存在本質差異的，這事因為立體攝像機需要將視口平面點的x坐標轉換成x/2+c，y坐標不變，并且確定c為立體攝像機的平移量。根據基于3DMAX的自由立體顯示功能這一特性可以利用兩種方法對其進行實現，首先我們可以通過更新攝像機投射矩陣來實現視口平面移動，MAXSDK提供的Graphics Window可以同步更新攝像機視矩陣和投射矩陣，同時我們也可以通過創建縮移視口來滿足立體攝像機需求，創建縮移視口的根據是可以更新世界空間到攝像機空間的變換矩陣。3DMAX中的MAXSDK的功能沒有提供直接實現視口收縮平移的手段，但是其在設置過程中允許通過改變視矩陣來實現縮移視口的目標。

4 基于3DMAX的自由立體顯示功能的效果

本文按照以上思路完成了基于3DMAX自由立體顯示功能的實現，并對基于3DMAX的自由立體顯示功能進行一系列測試，在常規Camera-L和Camera-R視圖中發現模型的左手在最前、右腳在最后，但是正常的立體顯示效果應該是左手和頭部構成前景，而雙腳在實際上應該在顯示屏內而構成內景，所以本文針對這一問題進行了深入分析，發現模型的左手右腳在實際上構成了負位差，這樣會導致用戶在使用中雙眼出現嚴重的不適感。但是本文研制出的自由立體顯示器的立體視覺效果相對較好，并有效解決了在3DMAX中實現基于列插合成模式的立體顯示功能問題，同時本文也認為自由立體顯示技術是未來顯示技術的主要發展趨勢之一。

5 結束語

自由立體顯示技術是許多相關學科域交叉、集成的產物。它的研究內容涉及到計算機科學、光學、電子學、計算機圖形學、心理生理學、加工制造技術等，立體顯示技術一直是業內非常熱門的研究方向，一旦得以廣泛推廣必將產生巨大的經濟效益。

參考文獻

[1]劉文文，杜江.3DMAX自由立體顯示功能的實現[J].合肥工業大學學報，2008.

[2]范德超.基于3DMAX的自由立體顯示功能實現[J].煤炭技術，2010.

[3]王元慶.基于LCD的自由立體顯示技術[J].液晶與顯示，2013.

作者簡介

唐學軍，大學本科學歷。現為新疆工程學院實驗師。主研領域為計算機基礎、多媒體制作。

作者單位

新疆工程學院 新疆維吾爾自治區烏魯木齊市 830013endprint

摘 要

本文基于列插合成模式的自由立體顯示的基本原理并結合3DMAX插件體系，在這個基礎上實現了3DMAX的立體顯示功能，并詳細闡述了立體攝像機創建過程，同時也分析了立體攝像機內部參數與立體深度對其產生的影響，并對基于3DMAX的自由立體顯示功能的實現效果與應用前景等進行了討論。

【關鍵詞】3DMAX立體顯示功能立體攝像機

自由立體顯示器是在軟件技術和攝影技術支持下，利用人的視差因素來分別截取左視點圖片和右視點圖片，然后通過同時投射到顯示屏上利用光電設備把左視點圖片和右視點圖片分別送入人的左右眼，3DMAX是目前主流的模型建構、動畫制作、虛擬設計軟件，所以將自由立體顯示功能引入到3DMAX可以幫助用戶獲得三維模型的立體視覺效果。

1 立體視差尺度和深度感分析

圖1是立體視差尺度和深度感的研究示意圖，投射在顯示屏幕上的實際物體位置A相對應的位置分別是LA和RA，我們可以很直觀的觀察到在LA和RA的左邊有一個很明顯的水平位差，而在實際中我們的眼睛就是通過這個位差信息來確定實際物體存在于屏幕中，同時也為人營造一種立體深度的感覺而形成三維立體圖像內景。實際物體的位置B點在相對于立體圖片上的位置分別是LB和RB，由于實際物體的位置B點相對應的LB是位于RB的右方，所以在實際中就會產生一個明顯的水平位差，而我們也是通過這個位差的信息來確定實際物體的位置B是在屏幕外面，因此在實際運用中通過產生負立體深度來形成三位立體圖像的前景。通過圖1對立體視差尺度和深度感之間關系的研究我們可以在深度為T、尺度s、觀看距離l及瞳距d的情況下，將立體視覺差尺度和深度感之間的管理表達式設定為T=sl（d-s），從表達式中我們可以明確正位差產生的深度要大于負位差產生的深度。科學理論認為人的裸眼所能承受的屏幕上最大的水平位差是和雙眼瞳距基本相等，但是如果要在顯示器上來實現這一理論這會直接導致立體深度增大，而當眼睛在瀏覽顯示器時會受到位差因素的影響使其聚焦在不同的深度，這樣會使眼睛在對顯示器進行瀏覽的過程中出現疲勞度，所以水平位差在實際上要略小與眼睛的瞳距距離，所以在正常情況下在視力進行聚焦不大于2s時眼睛可以承受51o左右的張角。

2 立體攝像機的建立和參數配置

基于3DMAX的自由立體顯示功能在實現過程中，立體攝像機的建立和參數配置是最為重要的環節，常見立體攝像機是由2臺基本參數相同的攝像機構成，而在3DMAX軟件中的空間取景是需要通過立體攝像機來完成，所以本文中實現自由立體顯示功能是采用了列插合成模式的立體顯示技術，并且在設置過程中要求2臺攝像機要的立體圖片只能有水平位差。透視投射型攝像機在建立立體攝像機時要保持2攝像機拍攝方向的平行，確定2臺攝像機在拍攝過程中的x軸都要在一個平面上，2臺攝像機之間的相互距離為t是立體攝像機的內部參數，針對正交投射型攝像機在建立立體攝像機時要將2臺攝像機對準同一目標，同時也要保證2臺攝像機在實際使用中的x軸要保持在同一個平面上。

3DMAX規定的空間體系中由矩形代表空間對象在坐標系中的位置，所以在立體攝像機建立過程中可以將原來的攝像機作為其左攝像機，左攝像機的CL-nodeTM矩陣及其對應目標的CL-nodeTM矩陣便可以實現，右攝像機的獲得是整個立體攝像機的關鍵環節，所以在構建立體攝像機時必須構建夠攝像機的CR-nodeTM矩陣及其CR-nodeTM目標矩陣。透視投射的立體攝像機中的右攝像機的位置矩陣可以在左攝像機建立的三維空間內取得，如圖2。

那么我們在右攝像機實際建立中的坐標系空間位置矩陣為：CR-nodeTMR=PTMRCL-nodeTML。正交投射的立體攝像機中右攝像機的目標矩陣可以在做攝像機建立的三維空間內獲得，如圖3。

在這個公式中的d是左攝像機到目標的距離，因此我們可以判斷右攝像機在坐標系中位置矩陣為：CR-nodeTMR=OTMRCL-nodeTML，而且在實際使用中的左攝像機目標和右攝像機目標在坐標系中的方位是相同的。立體攝像機在建立過程中需要進行3-D場景到視口的映視過程，這便需要將坐標系中的先是對象通過技術手段變成攝像機的坐標系，然后在攝像機中將其轉換成視口上的2-D圖像，在實際操作中要適當調整立體攝像機中左攝像機和右攝像機的位置關系，這樣才能實現立體顯示內容在實際中的深度不會產生過大的變形，從而保證前景及內景的位差在實際上不會超出眼睛可以承受的尺度極限。立體攝像機在建立過程中要獲取立體顯示對象的3-D模型尺度，并要通過相應的技術手段立體攝像機可以完成對應投射變換，這樣才能在實際使用中得到顯示對象上與2個攝像機的正負位差的極限值，并使用所對應的公式來計算出立體攝像機中立體圖像的深度。

3 創建縮移視口

基于列插合成模式的自由立體顯示的合成圖像是由立體顯示器硬件作為支撐，將顯示屏上左右分置的兩幅圖片通過列插合成技術將其投射到顯示屏上，這樣會使左右攝像機在實際使用中創建的立體圖片需要對顯示內容進行縮小變形處理，同時只有左右攝像機視口的顯示內容必須具有水平移動功能，這樣才能滿足立體攝像機調整立體圖像的前景和內景深度的需求，而且立體攝像機這種水平移動與同步移動攝像機及其目標所實現的平移是存在本質差異的，這事因為立體攝像機需要將視口平面點的x坐標轉換成x/2+c，y坐標不變，并且確定c為立體攝像機的平移量。根據基于3DMAX的自由立體顯示功能這一特性可以利用兩種方法對其進行實現，首先我們可以通過更新攝像機投射矩陣來實現視口平面移動，MAXSDK提供的Graphics Window可以同步更新攝像機視矩陣和投射矩陣，同時我們也可以通過創建縮移視口來滿足立體攝像機需求，創建縮移視口的根據是可以更新世界空間到攝像機空間的變換矩陣。3DMAX中的MAXSDK的功能沒有提供直接實現視口收縮平移的手段，但是其在設置過程中允許通過改變視矩陣來實現縮移視口的目標。

4 基于3DMAX的自由立體顯示功能的效果

本文按照以上思路完成了基于3DMAX自由立體顯示功能的實現，并對基于3DMAX的自由立體顯示功能進行一系列測試，在常規Camera-L和Camera-R視圖中發現模型的左手在最前、右腳在最后，但是正常的立體顯示效果應該是左手和頭部構成前景，而雙腳在實際上應該在顯示屏內而構成內景，所以本文針對這一問題進行了深入分析，發現模型的左手右腳在實際上構成了負位差，這樣會導致用戶在使用中雙眼出現嚴重的不適感。但是本文研制出的自由立體顯示器的立體視覺效果相對較好，并有效解決了在3DMAX中實現基于列插合成模式的立體顯示功能問題，同時本文也認為自由立體顯示技術是未來顯示技術的主要發展趨勢之一。

5 結束語

自由立體顯示技術是許多相關學科域交叉、集成的產物。它的研究內容涉及到計算機科學、光學、電子學、計算機圖形學、心理生理學、加工制造技術等，立體顯示技術一直是業內非常熱門的研究方向，一旦得以廣泛推廣必將產生巨大的經濟效益。

參考文獻

[1]劉文文，杜江.3DMAX自由立體顯示功能的實現[J].合肥工業大學學報，2008.

[2]范德超.基于3DMAX的自由立體顯示功能實現[J].煤炭技術，2010.

[3]王元慶.基于LCD的自由立體顯示技術[J].液晶與顯示，2013.

作者簡介

唐學軍，大學本科學歷。現為新疆工程學院實驗師。主研領域為計算機基礎、多媒體制作。

作者單位

新疆工程學院 新疆維吾爾自治區烏魯木齊市 830013endprint