基于3DMAX包装的自由立体显示功能实现和扩展

杨桂明

【摘 要】随着当前广告设计行业的不断发展，自由立体显示功能的重要作用日益凸显。在此基础上，本文以3DMAX插件为切入点，介绍在自由立体显示功能下，立体深度感、水平位差之间的关系，以及建立摄像机、构造收缩移动视口的办法。以上理论与方法使自由显示功能得到了很大的扩展，并被广泛应用于设计行业中。

【关键词】3DMAX 自由立体显示功能 实现 扩展

3DMAX是一种常用的图像技术，在三维建模软件设计中，应用的范围比较广。然而，该技术无法实现物体的立体显示。因此，将该技术运用到立体显示功能中，不但实现了3DMAX的显示功能，而且实现了物体自由立体显示的功能。同时，在引入的过程中，需要针对三维模型的特征，在立体摄像机的帮助下，生成具有水平位差的立体图片。另外，要求对图片的位差进行调整，并建立有效的缩移视口，以此来增强图片的立体显示功能。

1 立体视差与深度感

当实物投射到显示屏上时，对于立体图片来说，就会产生水平位差。当人眼在观察的过程中，就会出现一个立体深度感觉，并形成三维立体图像内景。同时，在个位差信息的影响下，就会产生负立体深度。根据相关的公式可以看出，负立体深度比正位差产生的深度低。从理论意义上讲，人的双眼瞳距与裸眼产生的屏幕水平位差相等。然而，如果将该尺度作为显示器上的参数，就会增加深度。这样，人眼在浏览的过程中，因为位差的影响，就需要对不同的深度进行聚焦，从而使眼睛处于疲劳的状态。可以看出，在实际情况中，人眼的瞳距大于水平位差。一般情况下，当视力聚焦小于2s时，眼睛可以忍受的最大张角为51°左右。

2 立体摄像机的建立以及参数配置

在3DMAX图像技术中，具有基本的动画功能。因此，必须建立具有新功能的立体摄像机，并合理配置参数。当两台摄像机的参数一致时，可以构成一部立体摄像机，从而完成对空间的取景。本文中的立体显示技术属于列插合成模式，要求立体图片只能存在水平位差。因此，在透视投射性摄像机下，为了建立立体摄像机，必须满足这样的条件，在拍摄的过程中，两台摄像机必须方向平行，同时保证摄像机的X轴在一个平面内。如图1所示。另外，针对正交投射型摄像机而言，除了需要满足X轴在一个平面内之外，还要求两台摄像机的目标相同。如图2所示。

在3DMAX体系中，矩阵是空间对象在坐标系中的位置。建立立体摄像机时，可以假设左摄像机为原来的摄像机，从而得出相应目标的矩阵。右摄像机在立体摄像机中的作用非常关键，主要通过构建矩阵以及矩阵目标来获取。以透视投射为例，在左摄像机三维空间中，可以得出右摄像机的矩阵。具体的公式为：

（1）

于是，可以得出右攝像机在坐标中的位置矩阵，即：

针对正交投射而言，也可以根据左摄像机的三维空间得出右摄像机的目标位置。具体公式为：

（2）

在（2）式中，代表左摄像机到目标的距离。与此同时，右摄像机在坐标中的矩阵为：

可以看出，这两个摄像机在坐标中的方位是一致的。另外，在建立立体摄像机的过程中，除了需要满足以上条件外，还应该进行3-D场景到视口的映射过程。具体的实施的办法为：第一，调整显示器中的对象，使其成为摄像机的坐标系。同时，转换2-D视口图像。第二，合理调整左右摄像机之间的位置，避免显示内容发生较大变形，从而造成视觉上的疲劳。在调整的过程中，要求前景与内景的位差要小于人眼可以承受的最大尺度。第三，得出3-D立体显示对象的模型尺度，然后在坐标系下，建立左右摄像机映射，根据投射变换的数据，可以得出左摄像机与右摄像机产生的正位差极值以及负位差极值。第四，根据上面立体深度公式，计算出具体的深度。在透视投射中，立体摄像机参数配置的公式为：

在正交投射中，具体的参数配置公式为：。其中，是3-D包容球心的坐标值。是包容球半径。是人与屏幕之间的距离。

3 建立收缩平移视口

要实现自由立体显示的功能，必须对适当的模式进行整合。本文应用了列插模式，来达到自由立体显示的功能。该模式的主要原理为：在立体显示器硬件的作用下，对立体图片进行对列插合，然后将最后的结果反映到屏幕上。因此，生成的图片对必须在X轴上进行缩减。通常情况下，要求缩减一倍。另外，要满足左右摄像机显示内容可以移动的条件，从而便于相关人员对前景与内景的深度进行调整。其中，为了实现上述变化，可以采取两种办法。第一种办法为开发包函数法。第二种办法为建立收缩移动视口。在该方法中，主要反映了实景空间在摄像机空间中的视矩阵。比如：点A（x，y，z）在收缩视口上的映射点为A”（x，y），那么这两个点之间的关系为：A”=AVPS。其中，V为矩阵，P为投射矩阵。那么，透视投射为：

（3）

在（3）式中，代表摄像机在水平位置上的锥角。为垂直角度的锥角。在正交投射中，有：

（4）

在（4）式中，代表摄像机视口尺寸，代表缩移矩阵，其中缩移矩阵的计算公式为：

（5）

在收缩平移函数中，可以采用变换矩阵的方法，来实现收缩平移视口的目的。假设为变换后得到的矩阵，可以得出。于是，透视投射的矩阵为：

（6）

在正交投射环境下，透视投射的矩阵为：

（7）

另外，当视矩阵在用户窗口中，才能保证视变换有效。

结语

当前，3DMAX技术在广告设计中被广泛地使用，但是，由于该技术无法实现自由立体显示功能，所以存在一定的局限性。因此，针对这种现象，本文以列插合成模式为立足点，分析了该模式在应用的过程中如何实践3DMAX功能的扩展，最终形成良好的视觉效果。

随着科技的不断发展，自由立体显示技术在很多行业中都显示了巨大的发展潜力。希望在3DMAX下，自由立体显示功能可以得到更好的发展，从而在广告领域中获得更大的发展空间。

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（自然科学版），2014，（12）.

[2]刘文文，杜江.基于自由立体显示的3DMAX立体显示功能的实现[J].计算机时代，2013，（05）.

[3]唐学军.基于 3DMAX 的自由立体显示功能实现[J].电子技术与软件工程 ，2014，（07）.

[4]杜江.基于3DMAX的自由立体显示功能实现和扩展[J].合肥工业大学，2015，（03）.