基于3DMAX的自由立体显示功能实现

摘 要

本文基于列插合成模式的自由立体显示的基本原理并结合3DMAX插件体系，在这个基础上实现了3DMAX的立体显示功能，并详细阐述了立体摄像机创建过程，同时也分析了立体摄像机内部参数与立体深度对其产生的影响，并对基于3DMAX的自由立体显示功能的实现效果与应用前景等进行了讨论。

【关键词】3DMAX立体显示功能立体摄像机

自由立体显示器是在软件技术和摄影技术支持下，利用人的视差因素来分别截取左视点图片和右视点图片，然后通过同时投射到显示屏上利用光电设备把左视点图片和右视点图片分别送入人的左右眼，3DMAX是目前主流的模型建构、动画制作、虚拟设计软件，所以将自由立体显示功能引入到3DMAX可以帮助用户获得三维模型的立体视觉效果。

1 立体视差尺度和深度感分析

图1是立体视差尺度和深度感的研究示意图，投射在显示屏幕上的实际物体位置A相对应的位置分别是LA和RA，我们可以很直观的观察到在LA和RA的左边有一个很明显的水平位差，而在实际中我们的眼睛就是通过这个位差信息来确定实际物体存在于屏幕中，同时也为人营造一种立体深度的感觉而形成三维立体图像内景。实际物体的位置B点在相对于立体图片上的位置分别是LB和RB，由于实际物体的位置B点相对应的LB是位于RB的右方，所以在实际中就会产生一个明显的水平位差，而我们也是通过这个位差的信息来确定实际物体的位置B是在屏幕外面，因此在实际运用中通过产生负立体深度来形成三位立体图像的前景。通过图1对立体视差尺度和深度感之间关系的研究我们可以在深度为T、尺度s、观看距离l及瞳距d的情况下，将立体视觉差尺度和深度感之间的管理表达式设定为T=sl（d-s），从表达式中我们可以明确正位差产生的深度要大于负位差产生的深度。科学理论认为人的裸眼所能承受的屏幕上最大的水平位差是和双眼瞳距基本相等，但是如果要在显示器上来实现这一理论这会直接导致立体深度增大，而当眼睛在浏览显示器时会受到位差因素的影响使其聚焦在不同的深度，这样会使眼睛在对显示器进行浏览的过程中出现疲劳度，所以水平位差在实际上要略小与眼睛的瞳距距离，所以在正常情况下在视力进行聚焦不大于2s时眼睛可以承受51o左右的张角。

2 立体摄像机的建立和参数配置

基于3DMAX的自由立体显示功能在实现过程中，立体摄像机的建立和参数配置是最为重要的环节，常见立体摄像机是由2台基本参数相同的摄像机构成，而在3DMAX软件中的空间取景是需要通过立体摄像机来完成，所以本文中实现自由立体显示功能是采用了列插合成模式的立体显示技术，并且在设置过程中要求2台摄像机要的立体图片只能有水平位差。透视投射型摄像机在建立立体摄像机时要保持2摄像机拍摄方向的平行，确定2台摄像机在拍摄过程中的x轴都要在一个平面上，2台摄像机之间的相互距离为t是立体摄像机的内部参数，针对正交投射型摄像机在建立立体摄像机时要将2台摄像机对准同一目标，同时也要保证2台摄像机在实际使用中的x轴要保持在同一个平面上。

3DMAX规定的空间体系中由矩形代表空间对象在坐标系中的位置，所以在立体摄像机建立过程中可以将原来的摄像机作为其左摄像机，左摄像机的CL-nodeTM矩阵及其对应目标的CL-nodeTM矩阵便可以实现，右摄像机的获得是整个立体摄像机的关键环节，所以在构建立体摄像机时必须构建够摄像机的CR-nodeTM矩阵及其CR-nodeTM目标矩阵。透视投射的立体摄像机中的右摄像机的位置矩阵可以在左摄像机建立的三维空间内取得，如图2。

那么我们在右摄像机实际建立中的坐标系空间位置矩阵为：CR-nodeTMR=PTMRCL-nodeTML。正交投射的立体摄像机中右摄像机的目标矩阵可以在做摄像机建立的三维空间内获得，如图3。

在这个公式中的d是左摄像机到目标的距离，因此我们可以判断右摄像机在坐标系中位置矩阵为：CR-nodeTMR=OTMRCL-nodeTML，而且在实际使用中的左摄像机目标和右摄像机目标在坐标系中的方位是相同的。立体摄像机在建立过程中需要进行3-D场景到视口的映视过程，这便需要将坐标系中的先是对象通过技术手段变成摄像机的坐标系，然后在摄像机中将其转换成视口上的2-D图像，在实际操作中要适当调整立体摄像机中左摄像机和右摄像机的位置关系，这样才能实现立体显示内容在实际中的深度不会产生过大的变形，从而保证前景及内景的位差在实际上不会超出眼睛可以承受的尺度极限。立体摄像机在建立过程中要获取立体显示对象的3-D模型尺度，并要通过相应的技术手段立体摄像机可以完成对应投射变换，这样才能在实际使用中得到显示对象上与2个摄像机的正负位差的极限值，并使用所对应的公式来计算出立体摄像机中立体图像的深度。

3 创建缩移视口

基于列插合成模式的自由立体显示的合成图像是由立体显示器硬件作为支撑，将显示屏上左右分置的两幅图片通过列插合成技术将其投射到显示屏上，这样会使左右摄像机在实际使用中创建的立体图片需要对显示内容进行缩小变形处理，同时只有左右摄像机视口的显示内容必须具有水平移动功能，这样才能满足立体摄像机调整立体图像的前景和内景深度的需求，而且立体摄像机这种水平移动与同步移动摄像机及其目标所实现的平移是存在本质差异的，这事因为立体摄像机需要将视口平面点的x坐标转换成x/2+c，y坐标不变，并且确定c为立体摄像机的平移量。根据基于3DMAX的自由立体显示功能这一特性可以利用两种方法对其进行实现，首先我们可以通过更新摄像机投射矩阵来实现视口平面移动，MAXSDK提供的Graphics Window可以同步更新摄像机视矩阵和投射矩阵，同时我们也可以通过创建缩移视口来满足立体摄像机需求，创建缩移视口的根据是可以更新世界空间到摄像机空间的变换矩阵。3DMAX中的MAXSDK的功能没有提供直接实现视口收缩平移的手段，但是其在设置过程中允许通过改变视矩阵来实现缩移视口的目标。

4 基于3DMAX的自由立体显示功能的效果

本文按照以上思路完成了基于3DMAX自由立体显示功能的实现，并对基于3DMAX的自由立体显示功能进行一系列测试，在常规Camera-L和Camera-R视图中发现模型的左手在最前、右脚在最后，但是正常的立体显示效果应该是左手和头部构成前景，而双脚在实际上应该在显示屏内而构成内景，所以本文针对这一问题进行了深入分析，发现模型的左手右脚在实际上构成了负位差，这样会导致用户在使用中双眼出现严重的不适感。但是本文研制出的自由立体显示器的立体视觉效果相对较好，并有效解决了在3DMAX中实现基于列插合成模式的立体显示功能问题，同时本文也认为自由立体显示技术是未来显示技术的主要发展趋势之一。

5 结束语

自由立体显示技术是许多相关学科域交叉、集成的产物。它的研究内容涉及到计算机科学、光学、电子学、计算机图形学、心理生理学、加工制造技术等，立体显示技术一直是业内非常热门的研究方向，一旦得以广泛推广必将产生巨大的经济效益。

参考文献

[1]刘文文，杜江.3DMAX自由立体显示功能的实现[J].合肥工业大学学报，2008.

[2]范德超.基于3DMAX的自由立体显示功能实现[J].煤炭技术，2010.

[3]王元庆.基于LCD的自由立体显示技术[J].液晶与显示，2013.

作者简介

唐学军，大学本科学历。现为新疆工程学院实验师。主研领域为计算机基础、多媒体制作。

作者单位

新疆工程学院 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830013endprint

摘 要

本文基于列插合成模式的自由立体显示的基本原理并结合3DMAX插件体系，在这个基础上实现了3DMAX的立体显示功能，并详细阐述了立体摄像机创建过程，同时也分析了立体摄像机内部参数与立体深度对其产生的影响，并对基于3DMAX的自由立体显示功能的实现效果与应用前景等进行了讨论。

【关键词】3DMAX立体显示功能立体摄像机

自由立体显示器是在软件技术和摄影技术支持下，利用人的视差因素来分别截取左视点图片和右视点图片，然后通过同时投射到显示屏上利用光电设备把左视点图片和右视点图片分别送入人的左右眼，3DMAX是目前主流的模型建构、动画制作、虚拟设计软件，所以将自由立体显示功能引入到3DMAX可以帮助用户获得三维模型的立体视觉效果。

1 立体视差尺度和深度感分析

图1是立体视差尺度和深度感的研究示意图，投射在显示屏幕上的实际物体位置A相对应的位置分别是LA和RA，我们可以很直观的观察到在LA和RA的左边有一个很明显的水平位差，而在实际中我们的眼睛就是通过这个位差信息来确定实际物体存在于屏幕中，同时也为人营造一种立体深度的感觉而形成三维立体图像内景。实际物体的位置B点在相对于立体图片上的位置分别是LB和RB，由于实际物体的位置B点相对应的LB是位于RB的右方，所以在实际中就会产生一个明显的水平位差，而我们也是通过这个位差的信息来确定实际物体的位置B是在屏幕外面，因此在实际运用中通过产生负立体深度来形成三位立体图像的前景。通过图1对立体视差尺度和深度感之间关系的研究我们可以在深度为T、尺度s、观看距离l及瞳距d的情况下，将立体视觉差尺度和深度感之间的管理表达式设定为T=sl（d-s），从表达式中我们可以明确正位差产生的深度要大于负位差产生的深度。科学理论认为人的裸眼所能承受的屏幕上最大的水平位差是和双眼瞳距基本相等，但是如果要在显示器上来实现这一理论这会直接导致立体深度增大，而当眼睛在浏览显示器时会受到位差因素的影响使其聚焦在不同的深度，这样会使眼睛在对显示器进行浏览的过程中出现疲劳度，所以水平位差在实际上要略小与眼睛的瞳距距离，所以在正常情况下在视力进行聚焦不大于2s时眼睛可以承受51o左右的张角。

2 立体摄像机的建立和参数配置

基于3DMAX的自由立体显示功能在实现过程中，立体摄像机的建立和参数配置是最为重要的环节，常见立体摄像机是由2台基本参数相同的摄像机构成，而在3DMAX软件中的空间取景是需要通过立体摄像机来完成，所以本文中实现自由立体显示功能是采用了列插合成模式的立体显示技术，并且在设置过程中要求2台摄像机要的立体图片只能有水平位差。透视投射型摄像机在建立立体摄像机时要保持2摄像机拍摄方向的平行，确定2台摄像机在拍摄过程中的x轴都要在一个平面上，2台摄像机之间的相互距离为t是立体摄像机的内部参数，针对正交投射型摄像机在建立立体摄像机时要将2台摄像机对准同一目标，同时也要保证2台摄像机在实际使用中的x轴要保持在同一个平面上。

3DMAX规定的空间体系中由矩形代表空间对象在坐标系中的位置，所以在立体摄像机建立过程中可以将原来的摄像机作为其左摄像机，左摄像机的CL-nodeTM矩阵及其对应目标的CL-nodeTM矩阵便可以实现，右摄像机的获得是整个立体摄像机的关键环节，所以在构建立体摄像机时必须构建够摄像机的CR-nodeTM矩阵及其CR-nodeTM目标矩阵。透视投射的立体摄像机中的右摄像机的位置矩阵可以在左摄像机建立的三维空间内取得，如图2。

那么我们在右摄像机实际建立中的坐标系空间位置矩阵为：CR-nodeTMR=PTMRCL-nodeTML。正交投射的立体摄像机中右摄像机的目标矩阵可以在做摄像机建立的三维空间内获得，如图3。

在这个公式中的d是左摄像机到目标的距离，因此我们可以判断右摄像机在坐标系中位置矩阵为：CR-nodeTMR=OTMRCL-nodeTML，而且在实际使用中的左摄像机目标和右摄像机目标在坐标系中的方位是相同的。立体摄像机在建立过程中需要进行3-D场景到视口的映视过程，这便需要将坐标系中的先是对象通过技术手段变成摄像机的坐标系，然后在摄像机中将其转换成视口上的2-D图像，在实际操作中要适当调整立体摄像机中左摄像机和右摄像机的位置关系，这样才能实现立体显示内容在实际中的深度不会产生过大的变形，从而保证前景及内景的位差在实际上不会超出眼睛可以承受的尺度极限。立体摄像机在建立过程中要获取立体显示对象的3-D模型尺度，并要通过相应的技术手段立体摄像机可以完成对应投射变换，这样才能在实际使用中得到显示对象上与2个摄像机的正负位差的极限值，并使用所对应的公式来计算出立体摄像机中立体图像的深度。

3 创建缩移视口

基于列插合成模式的自由立体显示的合成图像是由立体显示器硬件作为支撑，将显示屏上左右分置的两幅图片通过列插合成技术将其投射到显示屏上，这样会使左右摄像机在实际使用中创建的立体图片需要对显示内容进行缩小变形处理，同时只有左右摄像机视口的显示内容必须具有水平移动功能，这样才能满足立体摄像机调整立体图像的前景和内景深度的需求，而且立体摄像机这种水平移动与同步移动摄像机及其目标所实现的平移是存在本质差异的，这事因为立体摄像机需要将视口平面点的x坐标转换成x/2+c，y坐标不变，并且确定c为立体摄像机的平移量。根据基于3DMAX的自由立体显示功能这一特性可以利用两种方法对其进行实现，首先我们可以通过更新摄像机投射矩阵来实现视口平面移动，MAXSDK提供的Graphics Window可以同步更新摄像机视矩阵和投射矩阵，同时我们也可以通过创建缩移视口来满足立体摄像机需求，创建缩移视口的根据是可以更新世界空间到摄像机空间的变换矩阵。3DMAX中的MAXSDK的功能没有提供直接实现视口收缩平移的手段，但是其在设置过程中允许通过改变视矩阵来实现缩移视口的目标。

4 基于3DMAX的自由立体显示功能的效果

本文按照以上思路完成了基于3DMAX自由立体显示功能的实现，并对基于3DMAX的自由立体显示功能进行一系列测试，在常规Camera-L和Camera-R视图中发现模型的左手在最前、右脚在最后，但是正常的立体显示效果应该是左手和头部构成前景，而双脚在实际上应该在显示屏内而构成内景，所以本文针对这一问题进行了深入分析，发现模型的左手右脚在实际上构成了负位差，这样会导致用户在使用中双眼出现严重的不适感。但是本文研制出的自由立体显示器的立体视觉效果相对较好，并有效解决了在3DMAX中实现基于列插合成模式的立体显示功能问题，同时本文也认为自由立体显示技术是未来显示技术的主要发展趋势之一。

5 结束语

自由立体显示技术是许多相关学科域交叉、集成的产物。它的研究内容涉及到计算机科学、光学、电子学、计算机图形学、心理生理学、加工制造技术等，立体显示技术一直是业内非常热门的研究方向，一旦得以广泛推广必将产生巨大的经济效益。

参考文献

[1]刘文文，杜江.3DMAX自由立体显示功能的实现[J].合肥工业大学学报，2008.

[2]范德超.基于3DMAX的自由立体显示功能实现[J].煤炭技术，2010.

[3]王元庆.基于LCD的自由立体显示技术[J].液晶与显示，2013.

作者简介

唐学军，大学本科学历。现为新疆工程学院实验师。主研领域为计算机基础、多媒体制作。

作者单位

新疆工程学院 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830013endprint

摘 要

本文基于列插合成模式的自由立体显示的基本原理并结合3DMAX插件体系，在这个基础上实现了3DMAX的立体显示功能，并详细阐述了立体摄像机创建过程，同时也分析了立体摄像机内部参数与立体深度对其产生的影响，并对基于3DMAX的自由立体显示功能的实现效果与应用前景等进行了讨论。

【关键词】3DMAX立体显示功能立体摄像机

自由立体显示器是在软件技术和摄影技术支持下，利用人的视差因素来分别截取左视点图片和右视点图片，然后通过同时投射到显示屏上利用光电设备把左视点图片和右视点图片分别送入人的左右眼，3DMAX是目前主流的模型建构、动画制作、虚拟设计软件，所以将自由立体显示功能引入到3DMAX可以帮助用户获得三维模型的立体视觉效果。

1 立体视差尺度和深度感分析

图1是立体视差尺度和深度感的研究示意图，投射在显示屏幕上的实际物体位置A相对应的位置分别是LA和RA，我们可以很直观的观察到在LA和RA的左边有一个很明显的水平位差，而在实际中我们的眼睛就是通过这个位差信息来确定实际物体存在于屏幕中，同时也为人营造一种立体深度的感觉而形成三维立体图像内景。实际物体的位置B点在相对于立体图片上的位置分别是LB和RB，由于实际物体的位置B点相对应的LB是位于RB的右方，所以在实际中就会产生一个明显的水平位差，而我们也是通过这个位差的信息来确定实际物体的位置B是在屏幕外面，因此在实际运用中通过产生负立体深度来形成三位立体图像的前景。通过图1对立体视差尺度和深度感之间关系的研究我们可以在深度为T、尺度s、观看距离l及瞳距d的情况下，将立体视觉差尺度和深度感之间的管理表达式设定为T=sl（d-s），从表达式中我们可以明确正位差产生的深度要大于负位差产生的深度。科学理论认为人的裸眼所能承受的屏幕上最大的水平位差是和双眼瞳距基本相等，但是如果要在显示器上来实现这一理论这会直接导致立体深度增大，而当眼睛在浏览显示器时会受到位差因素的影响使其聚焦在不同的深度，这样会使眼睛在对显示器进行浏览的过程中出现疲劳度，所以水平位差在实际上要略小与眼睛的瞳距距离，所以在正常情况下在视力进行聚焦不大于2s时眼睛可以承受51o左右的张角。

2 立体摄像机的建立和参数配置

基于3DMAX的自由立体显示功能在实现过程中，立体摄像机的建立和参数配置是最为重要的环节，常见立体摄像机是由2台基本参数相同的摄像机构成，而在3DMAX软件中的空间取景是需要通过立体摄像机来完成，所以本文中实现自由立体显示功能是采用了列插合成模式的立体显示技术，并且在设置过程中要求2台摄像机要的立体图片只能有水平位差。透视投射型摄像机在建立立体摄像机时要保持2摄像机拍摄方向的平行，确定2台摄像机在拍摄过程中的x轴都要在一个平面上，2台摄像机之间的相互距离为t是立体摄像机的内部参数，针对正交投射型摄像机在建立立体摄像机时要将2台摄像机对准同一目标，同时也要保证2台摄像机在实际使用中的x轴要保持在同一个平面上。

3DMAX规定的空间体系中由矩形代表空间对象在坐标系中的位置，所以在立体摄像机建立过程中可以将原来的摄像机作为其左摄像机，左摄像机的CL-nodeTM矩阵及其对应目标的CL-nodeTM矩阵便可以实现，右摄像机的获得是整个立体摄像机的关键环节，所以在构建立体摄像机时必须构建够摄像机的CR-nodeTM矩阵及其CR-nodeTM目标矩阵。透视投射的立体摄像机中的右摄像机的位置矩阵可以在左摄像机建立的三维空间内取得，如图2。

那么我们在右摄像机实际建立中的坐标系空间位置矩阵为：CR-nodeTMR=PTMRCL-nodeTML。正交投射的立体摄像机中右摄像机的目标矩阵可以在做摄像机建立的三维空间内获得，如图3。

在这个公式中的d是左摄像机到目标的距离，因此我们可以判断右摄像机在坐标系中位置矩阵为：CR-nodeTMR=OTMRCL-nodeTML，而且在实际使用中的左摄像机目标和右摄像机目标在坐标系中的方位是相同的。立体摄像机在建立过程中需要进行3-D场景到视口的映视过程，这便需要将坐标系中的先是对象通过技术手段变成摄像机的坐标系，然后在摄像机中将其转换成视口上的2-D图像，在实际操作中要适当调整立体摄像机中左摄像机和右摄像机的位置关系，这样才能实现立体显示内容在实际中的深度不会产生过大的变形，从而保证前景及内景的位差在实际上不会超出眼睛可以承受的尺度极限。立体摄像机在建立过程中要获取立体显示对象的3-D模型尺度，并要通过相应的技术手段立体摄像机可以完成对应投射变换，这样才能在实际使用中得到显示对象上与2个摄像机的正负位差的极限值，并使用所对应的公式来计算出立体摄像机中立体图像的深度。

3 创建缩移视口

基于列插合成模式的自由立体显示的合成图像是由立体显示器硬件作为支撑，将显示屏上左右分置的两幅图片通过列插合成技术将其投射到显示屏上，这样会使左右摄像机在实际使用中创建的立体图片需要对显示内容进行缩小变形处理，同时只有左右摄像机视口的显示内容必须具有水平移动功能，这样才能满足立体摄像机调整立体图像的前景和内景深度的需求，而且立体摄像机这种水平移动与同步移动摄像机及其目标所实现的平移是存在本质差异的，这事因为立体摄像机需要将视口平面点的x坐标转换成x/2+c，y坐标不变，并且确定c为立体摄像机的平移量。根据基于3DMAX的自由立体显示功能这一特性可以利用两种方法对其进行实现，首先我们可以通过更新摄像机投射矩阵来实现视口平面移动，MAXSDK提供的Graphics Window可以同步更新摄像机视矩阵和投射矩阵，同时我们也可以通过创建缩移视口来满足立体摄像机需求，创建缩移视口的根据是可以更新世界空间到摄像机空间的变换矩阵。3DMAX中的MAXSDK的功能没有提供直接实现视口收缩平移的手段，但是其在设置过程中允许通过改变视矩阵来实现缩移视口的目标。

4 基于3DMAX的自由立体显示功能的效果

本文按照以上思路完成了基于3DMAX自由立体显示功能的实现，并对基于3DMAX的自由立体显示功能进行一系列测试，在常规Camera-L和Camera-R视图中发现模型的左手在最前、右脚在最后，但是正常的立体显示效果应该是左手和头部构成前景，而双脚在实际上应该在显示屏内而构成内景，所以本文针对这一问题进行了深入分析，发现模型的左手右脚在实际上构成了负位差，这样会导致用户在使用中双眼出现严重的不适感。但是本文研制出的自由立体显示器的立体视觉效果相对较好，并有效解决了在3DMAX中实现基于列插合成模式的立体显示功能问题，同时本文也认为自由立体显示技术是未来显示技术的主要发展趋势之一。

5 结束语

自由立体显示技术是许多相关学科域交叉、集成的产物。它的研究内容涉及到计算机科学、光学、电子学、计算机图形学、心理生理学、加工制造技术等，立体显示技术一直是业内非常热门的研究方向，一旦得以广泛推广必将产生巨大的经济效益。

参考文献

[1]刘文文，杜江.3DMAX自由立体显示功能的实现[J].合肥工业大学学报，2008.

[2]范德超.基于3DMAX的自由立体显示功能实现[J].煤炭技术，2010.

[3]王元庆.基于LCD的自由立体显示技术[J].液晶与显示，2013.

作者简介

唐学军，大学本科学历。现为新疆工程学院实验师。主研领域为计算机基础、多媒体制作。

作者单位

新疆工程学院 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830013endprint