李 鑫 姜忠鼎

(復(fù)旦大學(xué)上海市數(shù)據(jù)科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 201203) (復(fù)旦大學(xué)軟件學(xué)院 上海 201203)

0 引 言

近年來(lái)，具有研究意義的數(shù)據(jù)呈爆炸式增長(zhǎng)，涵蓋了社會(huì)科學(xué)、生命科學(xué)、自然科學(xué)等領(lǐng)域。解析大量數(shù)據(jù)的一種方法是數(shù)據(jù)可視化，用直觀的幾何圖像展示數(shù)據(jù)間的聯(lián)系和意義。數(shù)據(jù)的可視化需要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的處理、過(guò)濾映射等過(guò)程，最后利用特定的程序輸出可視化結(jié)果，這些結(jié)果可以是完整的渲染畫面，也可以是2D或3D的幾何模型。對(duì)于復(fù)雜數(shù)據(jù)可視化結(jié)果顯示的應(yīng)用場(chǎng)景，顯示設(shè)備需要提供高分辨率、視角廣闊且支持立體顯示的沉浸式顯示環(huán)境。然而傳統(tǒng)的顯示設(shè)備，例如標(biāo)準(zhǔn)LCD屏幕，已經(jīng)無(wú)法滿足上述需求。為此學(xué)術(shù)界提出了沉浸式可視分析課題，該課題注重如何利用新興用戶界面技術(shù)來(lái)構(gòu)造沉浸式的數(shù)據(jù)分析工具[1]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅猛，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備提供的沉浸式體驗(yàn)可以良好地應(yīng)對(duì)沉浸式可視化結(jié)果顯示的應(yīng)用情景。虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備可以分為投影式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備和頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備。投影式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備利用一個(gè)或多個(gè)投影機(jī)將畫面顯示在投影幕上。投影幕根據(jù)表面形狀還可以分為環(huán)幕、折幕、半球幕、球幕等。相比于頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，投影式設(shè)備支持多人同時(shí)使用系統(tǒng)，適用于參觀、展示等情景。

目前學(xué)術(shù)界提出了不少沉浸式可視化系統(tǒng)，例如Hanula等[2]設(shè)計(jì)的基于CAVE2[3]顯示設(shè)備的Carven Halos天文數(shù)據(jù)沉浸式可視化系統(tǒng)以及EVL實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的基于拼接屏支持顯示W(wǎng)eb可視化應(yīng)用和遠(yuǎn)程桌面的可視化系統(tǒng)SAGE[4]和SAGE2[5]。然而拼接屏的顯示環(huán)境會(huì)存在拼縫問(wèn)題，損害了沉浸式體驗(yàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)投影式顯示設(shè)備并不存在上述問(wèn)題。多投影環(huán)幕顯示設(shè)備可以呈現(xiàn)視角廣闊的畫面，并利用偏振光投射左右眼畫面提供立體顯示支持。在多投影環(huán)幕環(huán)境中，系統(tǒng)的顯示畫面需要經(jīng)過(guò)一系列幾何、投影校正等過(guò)程才能保證顯示結(jié)果的正確性。在面對(duì)可視化結(jié)果顯示需求時(shí)，系統(tǒng)需要支持兼容呈現(xiàn)信息密度較高的2D可視化結(jié)果畫面和3D數(shù)據(jù)可視化模型。然而傳統(tǒng)的渲染流程和處理方法將2D畫面按照3D物體的處理流程進(jìn)行處理，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的2D畫面模糊等問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題和研究背景，本文提出了一個(gè)面向VR多投影環(huán)幕設(shè)備的可視化結(jié)果顯示方法。該方法詳細(xì)描述了在多投影環(huán)幕環(huán)境中如何清楚地顯示2D與3D可視化結(jié)果，并如何支持立體顯示和用戶交互。利用本文方法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)實(shí)例如圖1所示，該系統(tǒng)基于Unity[6]游戲引擎實(shí)現(xiàn)。

圖1 VR多投影環(huán)幕可視化系統(tǒng)實(shí)例

1 方法概述

1.1 VR多投影環(huán)幕顯示環(huán)境

VR多投影環(huán)幕顯示設(shè)備由若干臺(tái)高清投影儀和120度投影環(huán)幕構(gòu)成。高清投影儀由若干臺(tái)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，節(jié)點(diǎn)運(yùn)行特定的應(yīng)用程序并將畫面輸出至投影儀，并最終呈現(xiàn)在投影環(huán)幕中。用戶可以借助偏振光眼鏡查看立體影像，并利用虛擬現(xiàn)實(shí)手柄與系統(tǒng)進(jìn)行交互。

1.2 可視化結(jié)果獲取

可視化結(jié)果指的是由各種可視化應(yīng)用程序利用不同的可視化方法將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到的幾何圖像或模型。為了保證通用性，可視化系統(tǒng)需要支持呈現(xiàn)Web可視化應(yīng)用、一般桌面應(yīng)用以及3D數(shù)據(jù)可視化模型。對(duì)于Web應(yīng)用，可以利用系統(tǒng)內(nèi)嵌瀏覽器內(nèi)核的方法，將Web應(yīng)用的解析和渲染交給內(nèi)核處理，然后利用API接口獲取畫面數(shù)據(jù)。對(duì)于一般的桌面應(yīng)用，可以直接開(kāi)辟獨(dú)立的進(jìn)程在后臺(tái)運(yùn)行該應(yīng)用，然后利用底層圖形接口獲取窗口畫面數(shù)據(jù)。對(duì)于3D數(shù)據(jù)的可視化模型，可以直接從網(wǎng)絡(luò)上下載模型文件，并部署到本地進(jìn)行解析渲染。然而，本地運(yùn)行可視化應(yīng)用程序的方式會(huì)占用額外的系統(tǒng)(CPU、GPU、內(nèi)存)資源，所以將可視化應(yīng)用程序的運(yùn)行和渲染任務(wù)交給外部節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取可視化結(jié)果畫面的方法更為可取，獲取示意如圖2所示。

圖2 可視化結(jié)果獲取示意

應(yīng)用程序執(zhí)行隨著時(shí)間推移會(huì)生成流式的可視化結(jié)果畫面，這些畫面需要經(jīng)過(guò)一定的分塊和壓縮處理以面對(duì)遠(yuǎn)程傳輸?shù)膸拤毫Α＿@些畫面數(shù)據(jù)即為像素流數(shù)據(jù)。用戶產(chǎn)生的交互數(shù)據(jù)也同樣經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)并應(yīng)用至可視化應(yīng)用程序中。對(duì)于3D數(shù)據(jù)可視化模型文件，其解析過(guò)程相比于運(yùn)行額外的可視化應(yīng)用程序而言耗時(shí)較少，所以為了保證完整的三維空間信息和立體顯示效果，我們認(rèn)為3D模型適合采用本地部署進(jìn)行渲染的模式。

1.3 可視化結(jié)果顯示

我們獲取的可視化結(jié)果主要有兩種類型：一種是2D的可視化結(jié)果畫面；一種是3D的數(shù)據(jù)模型。實(shí)際的使用情景要求上述的可視化結(jié)果需要同時(shí)呈現(xiàn)，如圖3所示。圖中的3D模型為陸家嘴金融中心城市數(shù)據(jù)模型，同時(shí)呈現(xiàn)的還有與該模型地理位置相關(guān)聯(lián)的2D百度地圖可視化應(yīng)用和兩個(gè)金融數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用。

圖3 2D可視化畫面與3D模型兼容顯示示意

在多投影顯示環(huán)境中，虛擬相機(jī)采樣的平面圖像在曲面投影幕上顯示會(huì)出現(xiàn)變形問(wèn)題，所以需要進(jìn)行幾何校正。由于多個(gè)投影機(jī)的投影畫面有重疊區(qū)域，還需要進(jìn)行投影的顏色校正。復(fù)旦大學(xué)交互式圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)此類問(wèn)題有大量的研究，并提出了較為完整的渲染流程和處理方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多投影環(huán)幕環(huán)境中正確、立體地顯示虛擬場(chǎng)景中的3D物體[7-8]。然而上述方法沒(méi)有對(duì)2D畫面的渲染和顯示進(jìn)行單獨(dú)處理，只是將2D畫面依附于3D空間的曲面畫布進(jìn)行渲染。對(duì)于信息密集的2D可視化結(jié)果畫面，進(jìn)行上述復(fù)雜的采樣、校正步驟會(huì)對(duì)2D畫面的清晰度造成嚴(yán)重的損失，使得用戶難以分辨畫面中的信息。所以本文基于先前的研究工作，結(jié)合可視化結(jié)果顯示的需求提出了在多投影環(huán)境中兼容2D與3D顯示的渲染流程，在該渲染流程中對(duì)2D畫面進(jìn)行單獨(dú)的渲染處理。為了保證可視化結(jié)果的立體顯示，可以使3D可視化應(yīng)用輸出左右眼畫面，然后通過(guò)設(shè)置紋理的UV坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)可視化結(jié)果的立體顯示。對(duì)于非3D的可視化應(yīng)用程序，其結(jié)果畫面可以通過(guò)將畫布面板凸現(xiàn)至用戶眼前來(lái)實(shí)現(xiàn)沉浸感。例如在科幻電影中，主人公將呈現(xiàn)2D圖像的3D虛擬操縱面板“召喚”到眼前。該操作可以令用戶更加清晰地查看可視化內(nèi)容，并與之交互，如圖1所示，用戶將左上角的可視化應(yīng)用“召喚”至眼前進(jìn)行操作。該功能的實(shí)現(xiàn)需要經(jīng)過(guò)妥善的處理和計(jì)算。同時(shí)，數(shù)據(jù)可視化除了顯示之外的另一項(xiàng)核心要素是用戶交互[9]。在新的渲染流程下，會(huì)面臨顯示和交互邏輯分離造成的交互坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。

2 兼容2D與3D顯示的渲染流程

在多投影顯示環(huán)境中，傳統(tǒng)的渲染流程和處理方法沒(méi)有特別地對(duì)2D畫面進(jìn)行單獨(dú)處理，只能將2D畫面依托于3D畫布進(jìn)行渲染。然而對(duì)3D物體的多次虛擬相機(jī)采樣和校正過(guò)程損失了畫面本身的清晰度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)谙惹暗难芯炕A(chǔ)上提出了新的在多投影環(huán)幕中兼容2D與3D顯示的可視化結(jié)果渲染流程，如圖4所示。

圖4 兼容2D與3D顯示的渲染流程

在該渲染流程中，我們對(duì)2D畫面與3D物體渲染進(jìn)行獨(dú)立處理。2D畫面渲染不再經(jīng)過(guò)多個(gè)代理幾何對(duì)應(yīng)相機(jī)的采樣、變形與融合的過(guò)程。2D可視化畫面跳過(guò)的操作步驟并不會(huì)影響2D內(nèi)容本身的顯示效果。2D可視化結(jié)果畫面獲取之后，將整合后的紋理依附于2D畫布進(jìn)行渲染。仍然使用畫布的渲染策略是因?yàn)榇嬖诳梢暬Y(jié)果畫面添加額外UI元素的需求。對(duì)于3D物體，我們根據(jù)虛擬屏幕將完整的虛擬空間劃分為兩部分，離虛擬用戶位置較近的近用戶空間以及相對(duì)的遠(yuǎn)用戶空間。虛擬屏幕對(duì)應(yīng)著2D畫布的空間位置，不同空間內(nèi)的3D物體將被渲染到不同的紋理上。將不同空間的3D畫面與2D可視化結(jié)果畫面融合時(shí)，為了確保正確的遮擋關(guān)系，按照遠(yuǎn)用戶空間3D畫面、2D可視化結(jié)果畫面、近用戶空間3D畫面的順序進(jìn)行Blending操作。投影校正的目的是解決投影重疊區(qū)域問(wèn)題，該處理步驟不能省略，所以把2D內(nèi)容的紋理融合步驟安排于投影校正階段前，幾何校正變形后。這樣的流程可以有效解決2D畫面渲染模糊問(wèn)題，同時(shí)不影響3D物體本身的渲染。

對(duì)于3D物體類型的劃分，可以通過(guò)程序進(jìn)行標(biāo)記，在3D相機(jī)進(jìn)行采樣時(shí)剔除掉不必要的物體。而物體的標(biāo)記過(guò)程可以由開(kāi)發(fā)者自行決定方法，例如簡(jiǎn)單的基于距離進(jìn)行判斷，或者利用Raycast方法求得該物體在虛擬屏幕前方還是后方，本文不再贅述。

3 可視化結(jié)果畫面的立體顯示方法

顯示所需的可視化結(jié)果數(shù)據(jù)是2D的圖像。如果可視化應(yīng)用本身是3D應(yīng)用，這樣的顯示方式會(huì)影響到數(shù)據(jù)的視覺(jué)表達(dá)，所以需要解決立體呈現(xiàn)的問(wèn)題。對(duì)于本身具有3D信息的可視化應(yīng)用程序，解決方法是令可視化應(yīng)用輸出左右眼畫面，在呈現(xiàn)時(shí)通過(guò)紋理UV坐標(biāo)設(shè)置左右眼的顯示區(qū)域，再利用偏振光眼鏡進(jìn)行查看。在3D可視化應(yīng)用程序中設(shè)置兩個(gè)虛擬相機(jī)，確定左右眼的零視差表面，然后根據(jù)零視差表面與相機(jī)的位置確定視錐體近平面和遠(yuǎn)平面的四條邊的位置，如圖5所示。

圖5 左右眼立體機(jī)制示意

零視差表面的左右眼成像完全一致，處于零視差表面的物體給用戶的空間距離感和真實(shí)世界的投影環(huán)幕距離一致。所以在零視差表面前的虛擬物體，成像后給用戶脫離真實(shí)世界屏幕靠近了自己的感覺(jué)(進(jìn)入了近用戶空間)，而零視差表面后的物體，給用戶脫離了真實(shí)世界屏幕遠(yuǎn)離了自己的感覺(jué)(進(jìn)入到遠(yuǎn)用戶空間)。左右眼相機(jī)通過(guò)投影矩陣完成配置，經(jīng)典的投影矩陣Mp的計(jì)算如下：

(1)

式中：far、near分別代表著視錐體遠(yuǎn)、近平面距離虛擬相機(jī)的距離；left、right、top、bottom分別代表著相機(jī)近平面的左、右、上、下四條邊相對(duì)于虛擬相機(jī)中心在近平面空間的對(duì)應(yīng)位置。

對(duì)于非3D的可視化應(yīng)用程序，其結(jié)果畫面可以通過(guò)將畫布面板凸現(xiàn)至用戶眼前來(lái)實(shí)現(xiàn)沉浸感。但在本文提出的渲染流程中，2D畫面不再按照3D物體進(jìn)行渲染和處理，不具備額外的空間信息，無(wú)法進(jìn)行上述功能的實(shí)現(xiàn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們需要通過(guò)模擬計(jì)算，在2D畫布中模擬3D空間的凸現(xiàn)效果。該模擬過(guò)程的關(guān)鍵點(diǎn)是求出兩個(gè)數(shù)據(jù)：一個(gè)是由于透視關(guān)系造成的物體縮放比例；二是由于左右眼相機(jī)的空間位置不同造成的成像位置偏移。所以本方法的核心目的是求得合適的縮放比例R以及偏移量大小Doffset?？s放比的計(jì)算方法是：取模擬呈現(xiàn)平面的任意兩點(diǎn)，計(jì)算兩點(diǎn)在非凸現(xiàn)位置和凸現(xiàn)位置的坐標(biāo)，得出在不同位置上的兩點(diǎn)距離，然后求得比值即可。同理計(jì)算偏移量取模擬呈現(xiàn)平面的任意一點(diǎn)計(jì)算不同凸現(xiàn)位置上的坐標(biāo)差值即可。進(jìn)行上述運(yùn)算我們需要先確定模擬呈現(xiàn)面板在凸現(xiàn)位置與非凸現(xiàn)位置的世界空間坐標(biāo)Pworld，凸現(xiàn)位置坐標(biāo)通過(guò)非凸現(xiàn)坐標(biāo)向虛擬相機(jī)平移一定的值得到。利用式(2)轉(zhuǎn)換到剪裁空間得到Pclip，然后利用式(3)-式(4)轉(zhuǎn)換到屏幕空間得到Pscreen，其中S代表屏幕空間的像素個(gè)數(shù)。

Pclip=Mp·Mview·Pworld

(2)

(3)

(4)

對(duì)于模擬呈現(xiàn)面板對(duì)應(yīng)的矩形ABCD，縮放比例可以通過(guò)一條邊AB在屏幕空間下非凸現(xiàn)位置的長(zhǎng)度LAB除以凸現(xiàn)位置長(zhǎng)度LA′B′得到，如式(5)所示：

(5)

(6)

求得縮放比例和偏移量之后，就可以在程序中通過(guò)頂點(diǎn)著色器修改可視化應(yīng)用面板的縮放值以及頂點(diǎn)位置偏移量實(shí)現(xiàn)凸現(xiàn)效果。

4 交互坐標(biāo)計(jì)算

可視化的兩大核心要素是顯示與交互。2D可視化應(yīng)用畫面通過(guò)2D畫布進(jìn)行渲染，然后將結(jié)果和3D畫面一起最終呈現(xiàn)在環(huán)幕表面上。由于交互邏輯表面是2D的平面，所以會(huì)出現(xiàn)交互邏輯與顯示分離的問(wèn)題，如圖6所示。圖中以AD方向?yàn)閤軸方向，AB為y軸方向，OM為z軸方向。

圖6 邏輯與顯示分離的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換示意

對(duì)于生成環(huán)幕的虛擬碰撞體，實(shí)質(zhì)上是生成對(duì)應(yīng)的環(huán)幕虛擬3D網(wǎng)格數(shù)據(jù)。首先構(gòu)建一個(gè)矩形網(wǎng)格ABCD，x軸方向長(zhǎng)度(AD或BC)對(duì)應(yīng)真實(shí)世界中環(huán)幕的弧長(zhǎng)，y軸方向長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)環(huán)幕的高度。然后分別在AD、BC上均勻分布若干個(gè)點(diǎn)Pi，數(shù)量越多代表剖分越細(xì)致，還原度越高。再對(duì)點(diǎn)Pi的x分量和z分量進(jìn)行修正，利用弦長(zhǎng)等關(guān)系計(jì)算每個(gè)分片對(duì)應(yīng)點(diǎn)在弧上應(yīng)該出現(xiàn)的位置。設(shè)角θ是某個(gè)分片端點(diǎn)對(duì)應(yīng)半徑與圓弧中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)半徑的夾角，R為環(huán)幕圓柱對(duì)應(yīng)的底面半徑，Pi的x坐標(biāo)分量和z坐標(biāo)分量可以由式(7)-式(8)得出。θ可以通過(guò)求得當(dāng)前分割面片的排序位置與總個(gè)數(shù)的比值，并與整個(gè)環(huán)幕對(duì)應(yīng)圓弧的圓心角α相乘得到。

Pix=sinθ·R

(7)

(8)

(9)

Pplaney=PHy

(10)

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

5.1 系統(tǒng)實(shí)例

使用本文方法在多投影環(huán)幕顯示設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了可視化系統(tǒng)實(shí)例。系統(tǒng)基于Unity游戲引擎實(shí)現(xiàn)，支持立體呈現(xiàn)Web、一般桌面程序和3D數(shù)據(jù)模型，并支持用戶與其進(jìn)行正確的交互。

5.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

可視化系統(tǒng)實(shí)例的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)采用Intel i7 4790處理器，3.6 GHz，顯卡NVIDIA GTX1060 3 GB，內(nèi)存16 GB，Windows 7操作系統(tǒng)。運(yùn)行可視化應(yīng)用程序的多個(gè)遠(yuǎn)程服務(wù)器采用Intel i7 6700 2.6 GHz，顯卡NVIDIA GTX1060 3 GB，內(nèi)存16 GB，Windows 10系統(tǒng)。所有節(jié)點(diǎn)通過(guò)內(nèi)部交換機(jī)相連。

5.3 渲染效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)分別利用傳統(tǒng)的3D畫布渲染流程和兼容2D與3D顯示的渲染流程對(duì)2D可視化結(jié)果畫面進(jìn)行渲染，可視化應(yīng)用的內(nèi)容分別為純文本文字、純圖像，以及文本與圖像皆有的真實(shí)可視化應(yīng)用程序百度地圖。實(shí)驗(yàn)將截取最終的系統(tǒng)渲染圖像并進(jìn)行對(duì)比。純文本對(duì)比如圖7(a)所示，純圖像對(duì)比如圖7(b)所示，文本圖像均有的對(duì)比如圖7(c)所示?？梢钥闯?，本文提出的渲染流程有效提高了2D可視化結(jié)果畫面的清晰度，相比于傳統(tǒng)方法，用戶可以更清楚地分辨畫面中的信息。

(a) 純文本對(duì)比效果

(b) 純圖像對(duì)比效果

(c) 文本與圖像均具備的可視化結(jié)果畫面對(duì)比效果圖7 傳統(tǒng)3D畫布渲染流程(左列)與本文兼容 2D與3D顯示的渲染流程(右列)顯示效果對(duì)比

為了定量分析圖像清晰度的效果，實(shí)驗(yàn)采用了三種經(jīng)典的無(wú)參考圖像質(zhì)量測(cè)試方法，分別是Brenner梯度方法[10]、Tenengrad方法[11]以及SMD灰度方差[12]方法。所有測(cè)試圖像的分辨率均為512×512。對(duì)于Brenner方法，圖像清晰度C(g)計(jì)算如式(11)所示：

(11)

式中：g(x,y)代表圖像在(x、y)點(diǎn)處像素的灰度值，灰度值取值為0～1，C值越大代表圖像越清晰。測(cè)試結(jié)果如圖8所示。

圖8 Brenner方法測(cè)量的清晰度對(duì)比

對(duì)于Tenengrad方法，清晰度C(S)的計(jì)算如式(12)所示：

(12)

式中：Sx(x,y)和Sy(x,y)分別代表在(x,y)至(x+2,y+2)處的像素灰度值與Sobel水平方向算子ix和豎直方向算子iy的卷積。其中用于累加的卷積結(jié)果閾值取0，測(cè)試結(jié)果如圖9所示。

圖9 Tenengrad方法測(cè)量的清晰度對(duì)比

對(duì)于SMD方法，清晰度C(g)計(jì)算如式(13)所示：

|g(x,y)-g(x+1,y)|)

(13)

g(x,y)定義與Brenner方法一致。結(jié)果如圖10所示。

圖10 SMD灰度方差方法測(cè)量的清晰度對(duì)比

從上述數(shù)據(jù)可以看出，定量測(cè)量的圖像清晰度與主觀清晰度感覺(jué)一致，本文提出的渲染流程相比于傳統(tǒng)的方法有效提升了顯示圖像的清晰度。同時(shí)對(duì)于信息密度較高的文本信息，清晰度提升的比率更為明顯。特別地，由于清晰度的值隨著像素間的變化程度不同而改變，所以實(shí)際測(cè)量的純文本清晰度值為表中數(shù)值的10倍。為了使圖表更加直觀而做了數(shù)據(jù)縮小處理，但是并不影響分析的結(jié)果。

5.4 立體顯示效果實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)主要目的是測(cè)試第3節(jié)中非3D可視化應(yīng)用的凸顯立體效果，如圖11所示?？梢钥闯觯癸@狀態(tài)符合透視關(guān)系以及左右眼的偏移規(guī)律，可以呈現(xiàn)良好的立體效果。

(a) 未凸顯狀態(tài)

(b) 凸顯左眼畫面 (c) 凸顯右眼畫面圖11 凸顯立體效果示意

5.5 交互坐標(biāo)正確性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)主要目的在于驗(yàn)證本文第4節(jié)提出的交互坐標(biāo)計(jì)算方法的正確性。實(shí)驗(yàn)中我們令實(shí)驗(yàn)者站在不同的位置通過(guò)手柄移動(dòng)交互的光標(biāo)。使用者手柄的朝向與使用者眼睛到手柄的朝向一致。手柄光標(biāo)為2D圖標(biāo)，在2D畫布中渲染，照片中屏幕上的被黑色虛線框包圍的圓點(diǎn)即為用戶交互光標(biāo)，如圖12所示。可以看出，交互光標(biāo)與用戶的虛擬射線和屏幕的交點(diǎn)基本吻合，該計(jì)算方法的正確性得到了證實(shí)。

圖12 光標(biāo)位置計(jì)算測(cè)試示意圖

6 結(jié) 語(yǔ)

面向虛擬現(xiàn)實(shí)多投影環(huán)幕設(shè)備提出了沉浸式可視化結(jié)果顯示方法，該方法有效地解決了傳統(tǒng)方法中顯示模糊的問(wèn)題，并支持正確的立體顯示與交互，具有良好的使用價(jià)值。