1 引言
虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）是一種新興的,、極有應(yīng)用前景的計算機綜合性技術(shù),。采用以計算機技術(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)實的關(guān)鍵技術(shù)之一，它使人在虛擬世界里具有更強的沉浸感,，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)有的微機平臺，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個方面獲得深度（距離）線索：靜態(tài)圖像中的深度線索、由運動造成的深度線索,、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。當用雙眼看同一景物時,，由于左,、右眼在空間所處位置不同，兩只眼晴的視角會有所不同,，看到的圖像也不一樣,，會有視差，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具有視差的二維圖像稱為立體圖像對,。若模仿產(chǎn)生這一對平面圖像,，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)就會融合該二維空間中一對稍有差別的圖像,，從而生成具有立體感受的圖像。根據(jù)投影面,、人眼以及觀察對象之間的相對位置,，可有正視差（圖1b）、負視差（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,，一個獲取左眼的圖像，另一個獲取右眼的圖像,，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,，需要采用包含兩個視點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Leye和右視點Reye均位于X軸上,，兩視點間的距離為e,，兩視點連線中心為坐標原點，則左視點的坐標為（-e／2,，0，0）,，右視點的坐標為（+e／2,，0，0）,。投影平面平行于XY平面,，到左右視點的距離均為d。三維空間中一點P（xp,，yp,，zp）在左視點投影中的坐標為（xl，yl,，zl）,，在右視點投影中的坐標為（xr，yr,，zr）,，則zl=zr=d。點P（xp，yp,，zp）和Reye投影線的參數(shù)方程為：
由此可見,，當zp>d時，0
4 OpenGL實現(xiàn)立體顯示
開放性圖形庫OpenGL（Open Graphic Library）是一個三維計算機圖形和模型庫,。它獨立于操作系統(tǒng)和硬件環(huán)境,，適用于從個人計算機到工作站的廣泛計算機環(huán)境。
OpenGL在三維真實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)量的動畫效果。借助Windows編程環(huán)境還可控制模型的人機交互,。由于其開放性和高度的可重用性,，目前已成為業(yè)界標準。
4．1 立體圖像對的繪制
按上述投影算法計算出立體圖像對后,，應(yīng)用OpenGL繪制立體圖像對,，分別用紅、綠兩種顏色繪制右眼和左眼的圖像,。以一個變長為10 cm,，中心點在原點的正方體為例，設(shè)兩視點間距離e為5 cm,，投影面距高觀察者d為40 cm,，考察正方體的一個頂點（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8個頂點分別計算后，連接相應(yīng)的立體透視投影點,，即可得該立方體的立體圖像對,。用數(shù)組vertex［8］［3］存儲頂點，數(shù)組translatevertexr［8］［3］存儲右眼投影計算后坐標,，數(shù)組translatevertexl［8］［3］存儲左眼投影計算后的坐標,，對相應(yīng)的點進行投影計算：
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）,；／／計算視野的高度
ViewWidth2=ViewHeight2*ratio；／／計算視野的寬度
計算右眼的視野范圍,；
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）,；
?。_定右眼位置
glColor3f（1．0，0．0,，0．0）,；／／用紅色繪制
draw（）；／／計算立體圖像對并繪制
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)，支持兩個完整顏色緩存的硬件或軟件,。繪制一個緩存時,，顯示另一個緩存中的內(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,，當顯示器刷新時，緩存區(qū)進行交換,，畫面就不會閃爍,。
OpenGL也支持立體觀察，實現(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，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,，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緩存,。
例如,，繪制右眼圖像時使用右后緩存區(qū)glDrawBuffer（GL_BACK_RIGHT），繪制左眼時使用左后緩沖區(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（實驗中使用紅、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,。當使用濾光鏡觀察計算機屏幕上的立體圖像對時,，就會看到具有深度感受的圖像。在實驗中發(fā)現(xiàn),，刷新頻率對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物體進行立體顯示，利用OpenGL生成立體圖像對,，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)爭演練場和各種模擬訓(xùn)練等多種場合。