湯慧儀

摘 要：立體顯示是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其系統(tǒng)主要包括虛擬場景生成、3D顯示等軟硬件終端設(shè)備。目前，面向交互式虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的立體顯示終端成本較高、體積較大、不易攜帶。以設(shè)備小型化為目標(biāo)，研究了一種便攜式的立體顯示終端，用以虛擬場景的生成與處理，設(shè)計了該終端的功能與硬件結(jié)構(gòu)，給出了系統(tǒng)的連接方式，分析了會議、研討、方艙等典型的終端應(yīng)用模式。該終端結(jié)合立體眼鏡、3D電視、投影儀等顯示設(shè)備，可快速構(gòu)建小型化的交互式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：立體顯示 便攜 虛擬現(xiàn)實(shí)

中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（b）-0003-02

立體顯示是指利用立體眼鏡、立體頭盔等設(shè)備為場景增加深度感的一種3D顯示技術(shù)，具有逼真度高、沉浸感強(qiáng)等特點(diǎn)。立體顯示是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]，其系統(tǒng)主要包括虛擬場景生成、3D顯示等軟硬件終端設(shè)備。目前，應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)的立體顯示系統(tǒng)主要包括兩類，一類是非交互式，如3D電影和3D電視[2]，用戶通過佩戴偏振式立體眼鏡進(jìn)行觀看體驗(yàn)；另一類是交互式，用戶除了內(nèi)容欣賞外，還可和虛擬場景進(jìn)行互動。前者以個人體驗(yàn)為主，后者較適合于科學(xué)研究與指揮決策[3]。顯然，后者需要實(shí)時處理系統(tǒng)的支持，通過系統(tǒng)的快速運(yùn)算，滿足虛擬場景的實(shí)時生成與人機(jī)交互需求。

該文以設(shè)備小型化為目標(biāo)，考慮到以圖形工作站為主要平臺的計算機(jī)場景生成系統(tǒng)成本較高，擬設(shè)計一種便攜式的立體顯示終端設(shè)備，用以虛擬場景的生成與處理，通過與3D電視、立體眼鏡等互聯(lián)，快速構(gòu)建小型化的交互式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。

1 功能設(shè)計

便攜式立體顯示終端應(yīng)包括多類型傳感器、大容量電池、嵌入式計算、無線通信、高清攝像等功能，如圖1所示。

傳感器：內(nèi)置光線、溫度、壓力等傳感器。其中光線傳感器能自動根據(jù)環(huán)境的亮度調(diào)節(jié)顯示屏的亮度；溫度傳感器能自動獲取環(huán)境溫度，并時刻反應(yīng)設(shè)備的使用溫度，防止過載；壓力傳感器可以用來保護(hù)設(shè)備的數(shù)據(jù)，防止由于碰撞導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失。

大容量鋰電池：用于提供持續(xù)的續(xù)航能力。

嵌入式計算：具有較強(qiáng)大的虛擬現(xiàn)實(shí)計算能力，用于立體場景生成與交互。

無線通信：用于語音和數(shù)據(jù)通信。

高清攝像：對現(xiàn)場進(jìn)行高清拍照與攝像，并支持與虛擬場景融合。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

便攜式立體顯示終端的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

終端采用加固設(shè)計模式，滿足防水、防霧、防鹽、抗壓、抗摔等要求。在主機(jī)的正面安排鍵盤及大功率音響，并安排一組快捷按鈕，用于支持快捷操作，簡化操作步驟。右側(cè)面安排SD卡槽，支持SD卡擴(kuò)展。正面安排一組通用接口，包括USB、音頻輸入等，另外也包括立體頭盔接口。背面接口包括VGA、HDMI、網(wǎng)絡(luò)、電源等。

終端連接方式如圖3所示。

在以上連接方式中，用戶可通過立體眼鏡直接觀察終端顯示屏，也可分別連接投影儀、立體電視、頭盔等設(shè)備，其中，前兩者仍需立體眼鏡配合。

3 應(yīng)用模式

便攜式立體顯示終端的應(yīng)用模式包括會議應(yīng)用、研討應(yīng)用、車載應(yīng)用等。

（1）會議模式。

會議模式以便攜式立體顯示終端、投影儀、立體眼鏡、3D電視等為基本配置，如圖4所示。

會議模式通過對場景的演示與過程的逼真推演，進(jìn)而對任務(wù)與計劃做出有意義的決策。會議模式同時也支持影視娛樂，如觀看3D電影等。

（2）研討模式。

研討模式以便攜式立體顯示終端、立體眼鏡、3D電視為基本配置，如圖5所示。

研討模式主要用于對科研與決策過程的分析與討論，顯示屏（如3D電視）平放或鑲嵌于桌面，通過對科學(xué)計算過程或戰(zhàn)場作戰(zhàn)過程的演示與交互，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律或?qū)嵤┳鲬?zhàn)指揮。

（3）方艙模式。

方艙模式以車載方艙為載體[4]，是一類小型化的會議模式，其基本配置為便攜式立體顯示終端、立體眼鏡和3D電視，如圖6所示。

方艙模式是一種機(jī)動應(yīng)用模式，特別適用于應(yīng)急指揮、戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)等，該模式也可以推廣至船載、野戰(zhàn)帳篷等，通過立體顯示終端的便攜特性，可以快速構(gòu)建一個完整的虛擬現(xiàn)實(shí)指揮決策系統(tǒng)。

4 結(jié)語

該文研究了一種便攜式的立體顯示終端，對其功能與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計、對其應(yīng)用模式進(jìn)行了探討，結(jié)合立體眼鏡、投影儀、3D電視等設(shè)備，可快速構(gòu)建小型化的交互式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。進(jìn)一步的工作是，在內(nèi)容、軟件等方面深入研究，形成滿足行業(yè)需求的應(yīng)用系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳定方.五彩繽紛的虛擬現(xiàn)實(shí)世界[M].北京：中國水利水電出版社，2015.

[2]鄒虹，曾鑫，溫鑫.基于兩視點(diǎn)視頻融合技術(shù)的裸眼3D顯示的研究[J].液晶與顯示，2014（5）：824-829.

[3]李新暉，陳梅蘭.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2016.

[4]李衛(wèi)洲.專用電子方艙的熱設(shè)計及其結(jié)構(gòu)改進(jìn)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2011.