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三维显示中图像生成技术的研究

郑健平  
【摘要】:人类使用双眼捕获现实世界中物体的深度信息后在头脑中构建立体效果,但传统二维显示器呈现的图像不具有深度信息,因此可以还原图像深度信息的三维显示设备和与之适配的虚拟场景三维图像生成技术受到了国内外科研人员的广泛关注。现阶段适配于三维显示设备的图像生成技术仍然存在不足之处,本论文将对虚拟现实头戴式显示器和自由立体显示器的三维图像生成技术进行研究。论文的主要研究内容和创新点如下:1)对虚拟现实头戴式显示器的成像原理进行论述,分析了虚拟现实头戴式显示器的近眼透镜会使观察图像呈现枕形畸变的原因,并提出了一种基于几何顶点的桶形畸变图像生成方法。在进行了顶点畸变公式的推导后,使用C++编程语言和GLSL着色器语言编写了实验程序,并进行了畸变效果验证实验。该方法实现了在一次渲染管线流程中通过顶点坐标变换完成图像畸变和图像渲染,与后处理方式相比,该方法得到的桶形畸变图像具有更好的几何连续性且像素颜色更加准确。2)对自由立体显示器的成像原理进行论述,分析了受显示器景深和计算机硬件限制导致自由立体显示器的三维显示内容单调匮乏的现象,并提出了一种多投影多视点图像的生成方法。基于多投影构图方式,在Unity3D图形渲染引擎上进行了两类多投影虚拟场景的构建,生成了对应的多投影多视点图像,并在自由立体显示器上进行了显示效果的验证实验。与自由立体显示器现有的三维显示内容相比,该设计拓宽了自由立体显示器的显示应用领域,可以为多投影虚拟场景呈现立体显示效果。本论文的研究成果为虚拟现实头戴式显示器在图像呈现过程中存在的枕形畸变问题提供了新的解决方案,具有实际的工程意义。而且丰富了自由立体显示器的三维显示内容,使其可以呈现多投影虚拟场景,为制作适配于自由立体显示器的三维动画奠定了良好的基础。


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