计算机图形学（一） 视频显示设备_6_三维观察设备

三维观察设备
    显示三维场景的图形监视器的设计，采用了从振动的柔性镜面反射CRT图像的技术。此类系统的操作原理如图2.16所示。当变焦反射镜振动时改变焦距长度。这些振动是同CRT上对象的显示同步的。因此，将该对象上的每一点从镜面反射到空间位置，对应于该点到指定观察位置的距离。这样就允许我们围绕着一个对象或场景行走，并从不同的角度进行观察。
    图2.17给出了Genisco SpaceGraph系统，它采用振动镜将三维对象投影进25 cm x 25 cm x 25 cm空间。这个系统也能显示选定对一象在不同深度横截面的二维“切片”。这些系统已用于医学应用，分析来自超声波造影和CAT扫描设备的数据；在地质应用中，可以分析地形的地震数据;以及用于分子系统和地形系统的三维仿真应用。







立体感和虚拟现实系统

    表示三维对象的另一种技术是显示具有立体感的视图。这种方法并不生成真实的三维图像，而是为观察者的每只眼睛给出不同的视图来提供三维效果，从而使场景带有深度(参见图2.18 )为得到具有立体感的投影，首先需要得到从相对于每只眼睛(左眼与右眼)的观察方向上产生的有关场景的两个视图。可以通过指定不同的观察位置，并由计算机生成场景来获得这两个视图，或者用一对立体照相机拍摄某些对象或场景来获得这两个视图。当我们同时用左眼得到左视图、右眼得到右视图时，则两个视图合成为单个图像，井感觉到场景带有深度。图2.19给出计算机生成的场景的两个立体投影视图。为了增加观察的舒适感，取消了该场景中仅由一只眼睛看到的左边和右边的区域。





    产生立体感效果的途径之一是使用光栅系统在不同的刷新周期交替显示两种视图。通过眼镜观察屏幕，每个透镜设计成高速交替的快门，这种快门能同步阻止另一视图的显示，图2.20给出了一副立体眼镜，它由液晶快门和使眼镜与屏幕视图同步的红外线发射器构成。



       立体感视图也是虚拟现实(virtual-reality)系统的一个组成部分。用户可以步人场景并同环境进行交互。带有生成立体感视图的光学系统的头套(参见图2.21）可用来连接交互输入设备，从而定位并操纵场景中的对象。头套内的传感系统跟踪观察者的位置，以便在观察者“走进”并同显示进行交互时，能看见对象的正面和背面。另一种生成虚拟环境的方法是使用投影仪在布局好的墙上生成场景，图2.22演示了使用立体眼镜和戴在右手的数据手套同虚拟场景的交互(以后讲)。





    低成本交互虚拟现实环境也可以不用头套而用立体眼镜和视频监视器进行观察，这便提供了一种廉价的虚拟现实系统。图2.23给出了有六个自由度的超声波跟踪设备。跟踪设备放置在视频显示器的顶部，并用来监视头部的运动。因此，对于场景的观察位置可跟随头部位置的变化而变化。