人机交互中自由立体显示系统的作用

1 引言

随着三维立体显示电影阿凡达等的出现，三维立体显示得到广泛的关注，自由立体显示系统作为最好实现真三维立体显示的技术，对自由立体显示的研究具有重要的作用，本文通过对自由立体显示系统中人的因素分析以及自由立体显示图像制作分析，为了使人得到很好的三维立体感觉，进行了综合的人机交互分析。观察者不需要佩戴任何观察设备就可以直接看见3D立体图像。即自由立体显示技术。自由立体显示主要有全息立体技术、平板显示、体立体与立体投影技术等等。其中全息立体技术是研究历史最长，最成熟的立体技术，但是由于全息图像的色散问题使得难以做出一幅全彩色的立体图像，而平板显示与自由立体显示技术由于现有技术条件的限制，很难实现大屏幕显示。立体投影的实现方式有全息投影、菲涅尔透镜投影和双柱面光栅投影等等。其中，双柱面光栅投影立体投影系统利用了成熟的大屏幕投影技术，可以比较方便地实现大幅面的全彩色立体图像，因而受到了广泛重视。

2 自由立体显示中人的视差感知因素分析

2.1 双眼竞争 （Binocular rivalry）

所谓双眼竞争是指在无法融合的双眼刺激间产生的知觉更替。其中，在特定时间看到的刺激叫显要刺激；在特定时间无法看到的刺激叫抑制刺激。当两个刺激很小时，会交替看到两个完整的映像，这是“全或无”优势；当不同模式的不同部分在不同区域占优势时，即所谓的镶嵌式优势。

图1 双眼竞争

如图1示，仔细观察就会了解到，双眼竞争引发的直接后果之一便是抑制刺激在受抑制过程中，其特征几乎完全从知觉意识中消失。这在系统显示中是非常危险的，因此，应当尽量避免给操作者双眼的网膜对应位置呈现不相称的刺激，以阻止双眼竞争现象的发生。

2.2 Pulfrich 现象

德国物理学者Carl Pulfrich于1922年指出，当我们把中性密度的滤光片放在一只眼睛前（另一只眼睛前没有）去观察单摆（或钟摆）的运动时，我们会看到摆球似乎在沿平面椭圆形轨道运动，这就是Pulfrich现象（此单摆称为普氏摆）。摆球运动的方向取决于人的哪只眼睛戴滤光片，双眼间亮度水平的差异在运动场景下会造成深度错觉。Gregory 采用视觉潜伏期假说对这种深度错觉现象做了解释。他认为：被过滤眼中的刺激亮度衰减，使该眼的视觉反应潜伏期延长，因此有关物体位置的信号在传输到视皮层时会产生双眼间的时间偏差，从而导致在深度上运动的错觉。根据这种解释，只要有运动和双眼间的亮度差异，那么就有可能存在体视信息，这种信息会改变视觉显示中已有视差的大小甚至是方向，因此，应当尽量避免双眼间的深度差异，以免影响对三维立体视觉的探测。