1 引言
虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）是一種新興的,、極有應(yīng)用前景的計(jì)算機(jī)綜合性技術(shù)。采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視覺,、聽覺,、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境。立體顯示是虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)之一,，它使人在虛擬世界里具有更強(qiáng)的沉浸感,，立體顯示的引入可以使各種模擬器的仿真更加逼真。研究立體成像技術(shù)并利用現(xiàn)有的微機(jī)平臺(tái),，結(jié)合相應(yīng)的軟硬件系統(tǒng)在平面顯示器上顯示立體視景,。
2 立體視覺概述
據(jù)研究，人的大腦能從以下4個(gè)方面獲得深度（距離）線索：靜態(tài)圖像中的深度線索,、由運(yùn)動(dòng)造成的深度線索,、生理上的深度線索以及雙目視差線索，這里僅研究雙目視差線索,。當(dāng)用雙眼看同一景物時(shí),，由于左、右眼在空間所處位置不同,，兩只眼晴的視角會(huì)有所不同,，看到的圖像也不一樣,，會(huì)有視差，如圖1a所示,。具有視差的雙眼圖像經(jīng)大腦融合,，可產(chǎn)生含有立體深度信息的立體圖像。一般將雙目所見的一對(duì)具有視差的二維圖像稱為立體圖像對(duì),。若模仿產(chǎn)生這一對(duì)平面圖像,，并采取技術(shù)措施，使左眼只能看見右邊的圖像,，而右眼只能看見左邊的圖像,，則人類的視覺系統(tǒng)就會(huì)融合該二維空間中一對(duì)稍有差別的圖像，從而生成具有立體感受的圖像,。根據(jù)投影面,、人眼以及觀察對(duì)象之間的相對(duì)位置，可有正視差（圖1b）,、負(fù)視差（圖1c）和零視差（圖1d）之分,。
3 雙中心投影算法
由以上研究可知，立體圖像對(duì)的產(chǎn)生是由于左,、右眼觀察到的物體透視結(jié)果不同,。因此在立體顯示的視景仿真中設(shè)置兩只虛擬的眼睛，一個(gè)獲取左眼的圖像,，另一個(gè)獲取右眼的圖像,，分別將左右眼的圖像傳送給相應(yīng)的眼睛。因此,。在立體顯示中,，需要采用包含兩個(gè)視點(diǎn)的透視投影方法一雙中心投影算法。圖2為雙中心投影,。
左視點(diǎn)Leye和右視點(diǎn)Reye均位于X軸上,，兩視點(diǎn)間的距離為e，兩視點(diǎn)連線中心為坐標(biāo)原點(diǎn),，則左視點(diǎn)的坐標(biāo)為（-e／2,，0，0）,，右視點(diǎn)的坐標(biāo)為（+e／2,，0，0）,。投影平面平行于XY平面,，到左右視點(diǎn)的距離均為d。三維空間中一點(diǎn)P（xp，yp,，zp）在左視點(diǎn)投影中的坐標(biāo)為（xl,，yl，zl）,，在右視點(diǎn)投影中的坐標(biāo)為（xr,，yr，zr）,，則zl=zr=d,。點(diǎn)P（xp，yp,，zp）和Reye投影線的參數(shù)方程為：
由此可見，當(dāng)zp>d時(shí),，0
4 OpenGL實(shí)現(xiàn)立體顯示
開放性圖形庫OpenGL（Open Graphic Library）是一個(gè)三維計(jì)算機(jī)圖形和模型庫,。它獨(dú)立于操作系統(tǒng)和硬件環(huán)境，適用于從個(gè)人計(jì)算機(jī)到工作站的廣泛計(jì)算機(jī)環(huán)境,。
OpenGL在三維真實(shí)感圖形制作中具有優(yōu)秀的性能,，用該圖形庫不僅能方便地制作出高質(zhì)量的靜止彩色圖像，還能創(chuàng)造出高質(zhì)量的動(dòng)畫效果,。借助Windows編程環(huán)境還可控制模型的人機(jī)交互,。由于其開放性和高度的可重用性，目前已成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn),。
4．1 立體圖像對(duì)的繪制
按上述投影算法計(jì)算出立體圖像對(duì)后,，應(yīng)用OpenGL繪制立體圖像對(duì)，分別用紅,、綠兩種顏色繪制右眼和左眼的圖像,。以一個(gè)變長為10 cm，中心點(diǎn)在原點(diǎn)的正方體為例,，設(shè)兩視點(diǎn)間距離e為5 cm,，投影面距高觀察者d為40 cm，考察正方體的一個(gè)頂點(diǎn)（5,，5,，5），由上述投影算法可得：xr=32 cm,，xl=48 cm,，yl=yr=4040 cm，zr=zl=d=40 cm對(duì)8個(gè)頂點(diǎn)分別計(jì)算后,，連接相應(yīng)的立體透視投影點(diǎn),，即可得該立方體的立體圖像對(duì)。用數(shù)組vertex［8］［3］存儲(chǔ)頂點(diǎn)，數(shù)組translatevertexr［8］［3］存儲(chǔ)右眼投影計(jì)算后坐標(biāo),，數(shù)組translatevertexl［8］［3］存儲(chǔ)左眼投影計(jì)算后的坐標(biāo),，對(duì)相應(yīng)的點(diǎn)進(jìn)行投影計(jì)算：
使用OpenGL的透視投影變換，需設(shè)置前后裁剪面到觀察者的距離及前裁剪面的寬度和高度等,。前裁剪面的寬度用該寬度與高度的比值表示,，取顯示窗口的寬度和高度之比。
double Near．Far,；／／前后裁剪面距觀察者的距離
int ratio=width／height,；／／顯示屏的寬和高之比
ViewHeight2=Near*tan（radians）；／／計(jì)算視野的高度
ViewWidth2=ViewHeight2*ratio,；／／計(jì)算視野的寬度
計(jì)算右眼的視野范圍,；
left=-ViewWidth2-0．5*e*0．3；
right=ViewWidth2-0．5*e*0．3,；
投影并繪制模型：
glFruSTum（left,，right，bottom,，top,，Near，F(xiàn)ar）,；
glDrawBuffer（GL_BACK_RIGHT）,；／／使用右后緩存
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）；／／用紅色繪制
draw（）,；／／計(jì)算立體圖像對(duì)并繪制
同理繪制左眼的圖像,，如圖3所示。
4．2 雙緩存區(qū)的使用
OpenGL提供雙緩存技術(shù),，支持兩個(gè)完整顏色緩存的硬件或軟件,。繪制一個(gè)緩存時(shí)，顯示另一個(gè)緩存中的內(nèi)容。每繪制好一幀便交換緩存,；這樣剛才被顯示的緩存被用來繪制,，而用來繪制的緩存被顯示。這樣,，當(dāng)顯示器刷新時(shí),，緩存區(qū)進(jìn)行交換，畫面就不會(huì)閃爍,。
OpenGL也支持立體觀察,，實(shí)現(xiàn)左顏色緩存和右顏色緩存，它們分別用于左立體圖像和右立體圖像,?？稍诔跏蓟瘯r(shí)，分別使用參數(shù)PFD_DOUBLEBUFFER和PFD_STERE-O_DONTCARE支持立體顯示和雙緩存,。使用雙緩存時(shí),，通常只繪制后緩存，使用函數(shù)glDrawBuffer（）還可指定將立體圖像渲染到具體的某個(gè)緩存,。
例如，繪制右眼圖像時(shí)使用右后緩存區(qū)glDrawBuffer（GL_BACK_RIGHT）,，繪制左眼時(shí)使用左后緩沖區(qū)glDraw-Buffer（GL_BACK_LEFT）,。
4．3 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：由于濾光片（實(shí)驗(yàn)中使用紅,、綠濾光片）吸收其他光線,，只讓相同顏色的光線通過，因此左,、右眼各透過不同顏色的光,。當(dāng)使用濾光鏡觀察計(jì)算機(jī)屏幕上的立體圖像對(duì)時(shí)，就會(huì)看到具有深度感受的圖像,。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),，刷新頻率對(duì)圖像立體效果的形成具有重要作用。刷新頻率過低,，由于人眼所維持的圖像已消失,，不能得到三維立體感受；刷新頻率過高就會(huì)出現(xiàn)一只眼睛可看到兩幅圖像的現(xiàn)象,。將顯示的刷新頻率設(shè)置合適,，在程序中設(shè)置圖像刷新頻率設(shè)置為50 Hz，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,。
5 結(jié)論
根據(jù)立體顯示原理，采用雙目視差算法對(duì)物體進(jìn)行立體顯示，利用OpenGL生成立體圖像對(duì),，并借助紅綠濾光眼鏡觀察,，得到了較好的立體視覺效果。立體顯示技術(shù)的引入增強(qiáng)了人在虛擬環(huán)境中的沉浸感,，可廣泛應(yīng)用于建筑物和視景漫游,、虛擬戰(zhàn)爭演練場(chǎng)和各種模擬訓(xùn)練等多種場(chǎng)合。