3D模型之立体感知控制研究课件.ppt
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- 关 键 词:
- 模型 立体 感知 控制 研究 课件
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1、 3D 模型之立體感知控制研究 Controlling depth perception for rendering stereoscopic 3D models 中華民國 102 年 7 月 3 日 色 彩 與 照 明 科 技 研 究 所 碩 士 學 位 論 文國立台灣科技大學研 究 生:胡尚仁 指導教授:林宗翰 博士研究摘要1.1 研究背景 1.2 研究動機與目的現今想使用立體影像的方式去自動瀏覽一個 3D 模型是不容易的,往往產生出視覺舒適度不甚理想等情況,讓人無法長期凝視。僅有少數3D 軟體可模擬立體影像的拍攝手法。故本研究注重發展虛擬立體相機的調變機制,以 OpenGL 實作立體瀏覽
2、環境,探討不同的 3D 虛擬相機擺設方式(arrangement of virtual cameras)、相機夾角(camera vergence)、視差分佈(parallax distribution)等變數所產生的立體影像,並探討這些參數與視覺舒適之間的相關性。 依研究中依研究中找出舒適的閾值,既可使虛擬立體相機的調變機制有著可參考找出舒適的閾值,既可使虛擬立體相機的調變機制有著可參考的限定區間,更可確保大部份的視差都落在舒適範圍內,並透的限定區間,更可確保大部份的視差都落在舒適範圍內,並透過軟體自動調整虛擬相機,讓使用者瀏覽過軟體自動調整虛擬相機,讓使用者瀏覽 3D 畫面時,全程皆畫面時
3、,全程皆可融合立體影像,以減少不舒適的問題。可融合立體影像,以減少不舒適的問題。2 立體技術與成像原理 2.1 立體顯示器 立體影像技術主要分為兩大類:眼鏡式與裸眼式如圖 2-1 所示,差別在於眼鏡式的立體影像需借助於注視儀器,而裸眼式則不用藉由注視儀器即可觀看。 快門式與偏光眼鏡是近期較流行的立體技術。兩種技術各有優缺點,其主要差異如表 2-1,經由此比較後,本研究中選擇偏光式立體顯示器。 2.2 雙眼視差產生的立體視覺 2.2.1 感知深度 深度的感知可用來判斷空間中物體的相對位置,可分為單眼線索(monocular depth clues)與雙眼線索(binocular depth cu
4、es)以及移動深度線索(motion based depth cues)三大類6。 單眼視覺(monocularly)又可分為以下項目: 移動深度線索(motion based depth cues)是指當發生相對運動時,近的物體會移動較快,遠的物體會移動較慢,而基於大腦處理視覺刺激,並將刺激產生深度相關線索。 雙眼線索(binocular depth cues)是利用人的雙眼產生的兩種不同視角,並使景物在雙眼中產生的差距,又稱之視網膜差距視網膜差距(retinal dispaties)或雙眼視差。而雙眼線索可由單眼深度配合移動深度線索產生而來的,故此深度線索會更為準確。 2.2.2 成像原理
5、當人眼觀看景物時,通常凝視點與收斂距離相同,如圖 2-6 中間影像所示,然而現今的帄面立體顯示技術尚未能將凝視點與收斂點完全限定至相同距離,故會造成圖 2-6 最左與最右圖的情況,而不同視差所產生的立體影像,依圖 2-6 左至右分別為負視差、零視差、正視差負視差、零視差、正視差的立體影像。此現象可在腦中融合出立體深度感,但伴隨而來的則是視覺系統錯誤認知。換句話說立體影像與螢幕上左右影像正在不斷地來回調節眼球中的水晶體,使得螢幕影像,能完全被大腦給接受。故此故此種立體效果是有可能造成視覺疲勞的潛在因素種立體效果是有可能造成視覺疲勞的潛在因素7。 2.3 視角的量化計算而最常被引用的深度線索為雙眼
6、視差(binocular parallax),如圖 2-7 所示,定義視差為觀看立體物件時,視線方向夾角 與一般觀看螢幕狀態下夾角 的差值8。 舒適評估大多文獻研究是藉由視差角的大小做為評判依據9。一般而言,畫面中各區塊所產生的立體視差很可能不相同。故研究中無法猜測使用者會觀看畫面中的那個區塊,因此採用螢幕中間視點的視差分佈來分析影像。採用螢幕中間視點的視差分佈來分析影像。模型投影至螢幕中,算出對於投影投影後的視差面積分佈圖後的視差面積分佈圖。 3 文獻探討3.1 立體影像融合範圍 西元2011年Tam等學者指出,雙眼觀看物件時,雙眼會因同視點理論(horopter)而形成一種凝視點軌跡如圖
7、3-1 所示,人眼觀看同視點時則會將同視點前後的景物也映入在人眼視網膜上。換句話說雙眼觀看同視點,則影像沒有視差影響,而觀看融合區觀看融合區間中間中(fusional limits)的影像,的影像,會有視差以及可在大腦融合會有視差以及可在大腦融合並產生立體感,但觀看融合並產生立體感,但觀看融合區間外的影像卻產生無法融區間外的影像卻產生無法融合,以及雙眼競爭等情況合,以及雙眼競爭等情況11。 3.2 視覺疲勞視覺疲勞影響因素有四種分別為,(1)左右影像的幾何變形,(2)左右影像不同步,(3)凝視點與收斂點相互衝突,(4)過大的視差。故影像影像錯誤率應低於人類視覺系統的容忍閾值錯誤率應低於人類視覺
8、系統的容忍閾值。西元 2006 年 Wang 等學者根據研究指出,當人眼觀看立體影像時會產生凝視點(accommodation)與視線交會位置(convergence)不匹配時,則較會產生凝視點與影像預估呈現點不一致的現象如圖 3-4。換句話換句話說觀看說觀看 3D 立體影像時,可能因人眼凝視點與視線交會位置不同,造立體影像時,可能因人眼凝視點與視線交會位置不同,造成影像不真實以及視覺疲勞成影像不真實以及視覺疲勞20。因人眼的景深(depth of field)有一定的限制。故凝視點前後超出景深的物體在大腦的成像看起來是模糊的,有可能造成視覺疲勞。觀看 2D 合成 3D 的內容時,將與真實 3
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