便携式立体显示终端设计

汤慧仪

摘 要：立体显示是虚拟现实技术的关键环节，其系统主要包括虚拟场景生成、3D显示等软硬件终端设备。目前，面向交互式虚拟现实应用的立体显示终端成本较高、体积较大、不易携带。以设备小型化为目标，研究了一种便携式的立体显示终端，用以虚拟场景的生成与处理，设计了该终端的功能与硬件结构，给出了系统的连接方式，分析了会议、研讨、方舱等典型的终端应用模式。该终端结合立体眼镜、3D电视、投影仪等显示设备，可快速构建小型化的交互式虚拟现实系统。

关键词：立体显示 便携 虚拟现实

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（b）-0003-02

立体显示是指利用立体眼镜、立体头盔等设备为场景增加深度感的一种3D显示技术，具有逼真度高、沉浸感强等特点。立体显示是虚拟现实技术的关键环节[1]，其系统主要包括虚拟场景生成、3D显示等软硬件终端设备。目前，应用于虚拟现实的立体显示系统主要包括两类，一类是非交互式，如3D电影和3D电视[2]，用户通过佩戴偏振式立体眼镜进行观看体验；另一类是交互式，用户除了内容欣赏外，还可和虚拟场景进行互动。前者以个人体验为主，后者较适合于科学研究与指挥决策[3]。显然，后者需要实时处理系统的支持，通过系统的快速运算，满足虚拟场景的实时生成与人机交互需求。

该文以设备小型化为目标，考虑到以图形工作站为主要平台的计算机场景生成系统成本较高，拟设计一种便携式的立体显示终端设备，用以虚拟场景的生成与处理，通过与3D电视、立体眼镜等互联，快速构建小型化的交互式虚拟现实系统。

1 功能设计

便携式立体显示终端应包括多类型传感器、大容量电池、嵌入式计算、无线通信、高清摄像等功能，如图1所示。

传感器：内置光线、温度、压力等传感器。其中光线传感器能自动根据环境的亮度调节显示屏的亮度；温度传感器能自动获取环境温度，并时刻反应设备的使用温度，防止过载；压力传感器可以用来保护设备的数据，防止由于碰撞导致数据的丢失。

大容量锂电池：用于提供持续的续航能力。

嵌入式计算：具有较强大的虚拟现实计算能力，用于立体场景生成与交互。

无线通信：用于语音和数据通信。

高清摄像：对现场进行高清拍照与摄像，并支持与虚拟场景融合。

2 结构设计

便携式立体显示终端的硬件结构如图2所示。

终端采用加固设计模式，满足防水、防雾、防盐、抗压、抗摔等要求。在主机的正面安排键盘及大功率音响，并安排一组快捷按钮，用于支持快捷操作，简化操作步骤。右侧面安排SD卡槽，支持SD卡扩展。正面安排一组通用接口，包括USB、音频输入等，另外也包括立体头盔接口。背面接口包括VGA、HDMI、网络、电源等。

终端连接方式如图3所示。

在以上连接方式中，用户可通过立体眼镜直接观察终端显示屏，也可分别连接投影仪、立体电视、头盔等设备，其中，前两者仍需立体眼镜配合。

3 应用模式

便携式立体显示终端的应用模式包括会议应用、研讨应用、车载应用等。

（1）会议模式。

会议模式以便携式立体显示终端、投影仪、立体眼镜、3D电视等为基本配置，如图4所示。

会议模式通过对场景的演示与过程的逼真推演，进而对任务与计划做出有意义的决策。会议模式同时也支持影视娱乐，如观看3D电影等。

（2）研讨模式。

研讨模式以便携式立体显示终端、立体眼镜、3D电视为基本配置，如图5所示。

研讨模式主要用于对科研与决策过程的分析与讨论，显示屏（如3D电视）平放或镶嵌于桌面，通过对科学计算过程或战场作战过程的演示与交互，进而发现科学规律或实施作战指挥。

（3）方舱模式。

方舱模式以车载方舱为载体[4]，是一类小型化的会议模式，其基本配置为便携式立体显示终端、立体眼镜和3D电视，如图6所示。

方舱模式是一种机动应用模式，特别适用于应急指挥、战术作战等，该模式也可以推广至船载、野战帐篷等，通过立体显示终端的便携特性，可以快速构建一个完整的虚拟现实指挥决策系统。

4 结语

该文研究了一种便携式的立体显示终端，对其功能与结构进行了设计、对其应用模式进行了探讨，结合立体眼镜、投影仪、3D电视等设备，可快速构建小型化的交互式虚拟现实系统。进一步的工作是，在内容、软件等方面深入研究，形成满足行业需求的应用系统。

参考文献

[1]陈定方.五彩缤纷的虚拟现实世界[M].北京：中国水利水电出版社，2015.

[2]邹虹，曾鑫，温鑫.基于两视点视频融合技术的裸眼3D显示的研究[J].液晶与显示，2014（5）：824-829.

[3]李新晖，陈梅兰.虚拟现实技术与应用[M].北京：清华大学出版社，2016.

[4]李卫洲.专用电子方舱的热设计及其结构改进[D].西安：西安电子科技大学，2011.