本發(fā)明涉及3d顯示技術(shù)，具體涉及一種將基于opengl的3d模型轉(zhuǎn)化為立體雙視點(diǎn)視圖的轉(zhuǎn)換方法，具體的是一種3d模型轉(zhuǎn)立體雙視點(diǎn)視圖的方法。

背景技術(shù)：

人類(lèi)生活在一個(gè)立體的世界，利用立體視覺(jué)來(lái)感知世界，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)描述現(xiàn)實(shí)世界的方式越來(lái)越豐富：從聲音到圖像再到視頻，計(jì)算機(jī)所能表示的世界越來(lái)越復(fù)雜。目前大多數(shù)的顯示設(shè)備依舊之能夠進(jìn)行2d顯示，忽略了深度信息，在數(shù)字化，現(xiàn)代化的時(shí)代，2d顯示已經(jīng)不能夠滿足人類(lèi)的需求，于是3d模型作為一種新的媒體形式進(jìn)入了人們的生活、學(xué)習(xí)和工作中，并且很快被普通大眾所接受。它在影視娛樂(lè)，建筑，機(jī)械制造，醫(yī)療，軍事，電子商務(wù)，虛擬現(xiàn)實(shí)，考古等很多方面都得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

在當(dāng)前的計(jì)算機(jī)顯示領(lǐng)域，立體顯示已經(jīng)成為了未來(lái)的發(fā)展方向。在市場(chǎng)上，目前有許多硬件選項(xiàng)，使我們能夠獲得立體3d可視化信息。而3d顯示技術(shù)是整個(gè)3d流程中最復(fù)雜的一步，由于播放的平臺(tái)都是平面顯示設(shè)備，且左右眼素材要在同一個(gè)顯示設(shè)備上出現(xiàn)，這就涉及到如何將左右眼素材進(jìn)行分離，并分別準(zhǔn)確的送到觀眾的左右眼中。一旦左右眼素材的分離出現(xiàn)問(wèn)題，3d效果就不會(huì)出現(xiàn)，而觀眾也將看到混亂、有重影的畫(huà)面內(nèi)容。我們采用匯聚雙目投影觀測(cè)模型，將3d模型按照此觀測(cè)模型映射到屏幕上。這種模型更符合人眼的觀測(cè)習(xí)慣，使人看到的更加真實(shí)、自然。

人眼能獲得立體視覺(jué)的根本原因是存在視差，利用人的雙眼在同一時(shí)間分別看到不同的圖像形成視差，從而獲得立體視覺(jué)的特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

三維立體顯示技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)，也是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)必不可少的基本條件，而深度感的正確形成又是立體顯示技術(shù)的關(guān)鍵，深度感的正確形成通過(guò)雙目視差圖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如今市場(chǎng)上的立體顯示器的3d立體感效果，就是由雙視點(diǎn)視圖直接決定的，視差圖包含了場(chǎng)景的距離信息。故本發(fā)明從立體視覺(jué)原理出發(fā)，重點(diǎn)研究如何利用opengl從計(jì)算機(jī)虛擬的3d模型中提取出多視點(diǎn)圖像，從而進(jìn)行轉(zhuǎn)化成立體雙視點(diǎn)視覺(jué)差圖，進(jìn)而解決3d顯示問(wèn)題。

本發(fā)明的3d模型轉(zhuǎn)雙視點(diǎn)視圖包括3d模型讀取和轉(zhuǎn)雙視點(diǎn)視差圖；其中3d模型讀取包括讀取頂點(diǎn)信息和繪制頂點(diǎn)；轉(zhuǎn)雙視點(diǎn)視差圖包括單目轉(zhuǎn)化和繪制雙視點(diǎn)視圖。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案包括如下步驟：

步驟1：選定匯聚式觀測(cè)模型；

觀測(cè)模型主要有匯聚式觀測(cè)模型和平行式觀測(cè)模型。本發(fā)明選定匯聚式觀測(cè)模型，且其中top,bottom,left,right分別為左右眼共用的棱錐臺(tái)前剪裁面的上下左右邊到中心的距離，near為前剪裁面到視點(diǎn)的距離，far為后剪裁面到視點(diǎn)的距離。

步驟2：輸入?yún)?shù)，并計(jì)算匯聚式觀測(cè)模型的錐體位移：

雙眼距離iod，人眼觀測(cè)圖像上下兩邊的視野夾角fov，人眼到前剪切面的垂直距離d(eye-nearz)，人眼到屏幕的垂直距離d(eye-screen)，人眼到后剪切面的垂直距離d(eye-farz)，圖像長(zhǎng)寬比ratio。

根據(jù)相似三角形計(jì)算該匯聚式觀測(cè)模型的錐體位移

frustumshift＝(iod/2)*d(eye-nearz)/d(eye-screen)⑴

步驟3：計(jì)算左右眼錐臺(tái)參數(shù)

左眼錐臺(tái)參數(shù)：

top＝tan(fov/2)*d(eye-nearz)⑵

leftleft_eye＝-ratio*top-frumstumshift⑶

rightleft_eye＝ratio*top-frumstumshift⑷

bottom＝-top⑸

右眼錐臺(tái)參數(shù)：

top＝tan(fov/2)*d(eye-nearz)⑹

rightright_eye＝ratio*top+frumstumshift⑺

leftright_eye＝-ratio*top+frumstumshift⑻

bottom＝-top⑼

其中，fov表示人眼觀測(cè)圖像上下兩邊的視野夾角，ratio為圖像長(zhǎng)寬比；

top和bottom分別為左右眼共用的棱錐臺(tái)前剪裁面的上下邊界到中心的距離；

leftleft_eye和leftright_eye分別為左右眼的棱錐臺(tái)前剪裁面的左邊界到中心的距離；

rightleft_eye和rightright_eye分別為左右眼的棱錐臺(tái)前剪裁面的右邊界到中心的距離；

步驟4：得到左右眼的投影矩陣和視圖矩陣。

左眼投影矩陣mlproj

mlproj＝frustum(leftleft_eye,rightleft_eye,bottom,top,d(eye-nearz),d(eye-farz))⑽

右眼投影矩陣mrproj

mrproj＝frustum(leftright_eye,rightright_eye,bottom,top,d(eye-nearz),d(eye-farz))⑾

左眼視圖矩陣

mlview＝glm::lookat(leftcameraposition,cameratarget,upvector)⑿

右眼視圖矩陣

mrview＝glm::lookat(rightcameraposition,cameratarget,upvector)⒀

leftcameraposition表示實(shí)際坐標(biāo)系中的左相機(jī)位置，rightcameraposition表示實(shí)際坐標(biāo)系中的右相機(jī)的位置，cameratarget表示實(shí)際坐標(biāo)系中的目標(biāo)位置，upvector代表取z坐標(biāo)為正方向。

步驟5：將左右眼的投影矩陣、視圖矩陣和模型矩陣分別相乘得到兩個(gè)4*4矩陣mvp，并將矩陣mvp傳入著色器

mvp＝projection*view*model⒁

projection是投影矩陣，view是視圖矩陣，model是模型矩陣。

因?yàn)樽笥已鄣玫降耐队熬仃嚭鸵晥D矩陣都不相同，所以三個(gè)矩陣相乘得到的mvp矩陣也是不同的。因此，本發(fā)明會(huì)分別將左眼的mvp和右眼的mvp傳入著色器，即根據(jù)左眼的投影矩陣、視圖矩陣以及模型矩陣得到左眼mvp，并將左眼mvp傳入著色器，根據(jù)右眼的投影矩陣、視圖矩陣以及模型矩陣得到右眼mvp，并將右眼mvp傳入著色器。

步驟6：加載3d模型文件，并將頂點(diǎn)信息保存在數(shù)組中

用遞歸算法加載3d模型文件，并將讀取出的頂點(diǎn)信息以數(shù)組的形式保存。當(dāng)3d模型的所有頂點(diǎn)加載完成后，將保存了頂點(diǎn)信息的數(shù)組傳入著色器中。

步驟7：將頂點(diǎn)坐標(biāo)分別左乘左右眼的mvp矩陣，從而得到新的頂點(diǎn)坐標(biāo)；

設(shè)原頂點(diǎn)坐標(biāo)p1＝(x1,y1,z1,w)，變換后頂點(diǎn)坐標(biāo)為p2＝(x2,y2,z2,w)。

則

p2＝mvp*p1⒂

步驟8：當(dāng)3d模型的每個(gè)頂點(diǎn)都轉(zhuǎn)化之后，即可得到新的觀測(cè)圖像，即為左右眼圖像。將得到的左右眼圖像分別映射在屏幕的左右半邊，將它們拼接在一塊就得到了雙視點(diǎn)視圖。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果為：

本發(fā)明不同于通過(guò)雙目攝像頭采集信息的方法，而是通過(guò)讀取3d模型文件來(lái)建立雙視點(diǎn)視圖，可被應(yīng)用于虛擬場(chǎng)景的雙視點(diǎn)視圖生成。

本發(fā)明相比于傳統(tǒng)方法適用性強(qiáng)，將所轉(zhuǎn)化得到的雙視點(diǎn)視圖傳入裸眼3d屏幕即可實(shí)現(xiàn)裸眼3d效果，將雙視點(diǎn)視圖傳入vr設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)vr效果。

本發(fā)明采用匯聚式投影模型，符合人眼的視覺(jué)習(xí)慣，滿足雙眼輻輳的仿真，實(shí)現(xiàn)的效果更逼真。同時(shí)，影響視覺(jué)體驗(yàn)的雙眼距離iod以及人眼到屏幕的距離d(eye-screen)都是輸入?yún)?shù)。這使得調(diào)節(jié)最終效果變得更加科學(xué)、方便。

附圖說(shuō)明

圖1是匯聚式投影示意圖；

圖2是匯聚式投影棱錐臺(tái)示意圖；

圖3是轉(zhuǎn)化算法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1-3所示，一種3d模型轉(zhuǎn)立體雙視點(diǎn)視圖的方法，具體包括如下步驟：

步驟1：選定匯聚式觀測(cè)模型

觀測(cè)模型主要有匯聚式觀測(cè)模型和平行式觀測(cè)模型。本發(fā)明選定匯聚式觀測(cè)模型。

附圖1為匯聚式投影示意圖、附圖2為匯聚式投影的棱錐臺(tái)。其中top,bottom,left,right分別為左右眼共用的棱錐臺(tái)前剪裁面的上下左右邊到中心的距離，near為前剪裁面到視點(diǎn)的距離，far為后剪裁面到視點(diǎn)的距離。

步驟2：根據(jù)相似三角形計(jì)算匯聚式觀測(cè)模型的錐體位移：

frustumshift＝(iod/2)*d(eye-nearz)/d(eye-screen)⑴

式中，iod為雙眼距離，d(eye-nearz)表示人眼到前剪切面的垂直距離，d(eye-screen)表示人眼到屏幕的垂直距離，d(eye-farz)表示人眼到后剪切面的垂直距離。取iod＝7，d(eye-nearz)＝1,d(eye-screen)＝5,d(eye-farz)＝100，則可計(jì)算得到frumstumshift＝0.7。

步驟3：根據(jù)幾何學(xué)知識(shí)計(jì)算左右眼錐臺(tái)參數(shù)

左眼：

top＝tan(fov/2)*d(eye-nearz)⑵

leftleft_eye＝-ratio*top-frumstumshift⑶

rightleft_eye＝ratio*top-frumstumshift⑷

bottom＝-top⑸

右眼：

top＝tan(fov/2)*d(eye-nearz)⑹

rightright_eye＝ratio*top+frumstumshift⑺

leftright_eye＝-ratio*top+frumstumshift⑻

bottom＝-top⑼

其中，fov表示人眼觀測(cè)圖像上下兩邊的視野夾角，ratio為圖像長(zhǎng)寬比；

top和bottom分別為左右眼共用的棱錐臺(tái)前剪裁面的上下邊界到中心的距離；

leftleft_eye和leftright_eye分別為左右眼的棱錐臺(tái)前剪裁面的左邊界到中心的距離；

rightleft_eye和rightright_eye分別為左右眼的棱錐臺(tái)前剪裁面的右邊界到中心的距離；

取fov＝120°，ratio＝1080/960，則計(jì)算可得

左眼：rightleft_eye＝1.2485,leftleft_eye＝-2.6485，bottom＝-1.732。

右眼：rightright_eye＝2.6485，leftright_eye＝-1.2485，bottom＝-1.732。

步驟4：根據(jù)下列兩個(gè)矩陣得到左右眼的投影矩陣和視圖矩陣，具體如下：

fnear，ffar代表d(eye-nearz),d(eye-farz)，t、b代表top、bottomrl,rr,ll,lr分別代表rightleft_eye,rightright_eye,leftleft_eye,leftright_eye，從而得出左眼投影矩陣mlproj:

mlproj＝frustum(leftleft_eye,rightleft_eye,bottom,top,d(eye-nearz),d(eye-farz))⑽

右眼投影矩陣mrproj:

mrproj＝frustum(leftright_eye,rightright_eye,bottom,top,d(eye-nearz),d(eye-farz))⑾

左眼視圖矩陣mlview:

mlview＝glm::lookat(leftcameraposition,cameratarget,upvector)⑿

右眼視圖矩陣mrview:

mrview＝glm::lookat(rightcameraposition,cameratarget,upvector)⒀

leftcameraposition表示實(shí)際坐標(biāo)系中的左相機(jī)位置，rightcameraposition表示實(shí)際坐標(biāo)系中的右相機(jī)的位置，cameratarget表示實(shí)際坐標(biāo)系中的目標(biāo)位置，upvector代表取z坐標(biāo)為正方向。

步驟5：將左右眼的投影矩陣、視圖矩陣和模型矩陣分別相乘得到兩個(gè)4*4矩陣mvp，并將矩陣mvp傳入著色器

mvp＝projection*view*model⒁

projection是投影矩陣，view是視圖矩陣，model是模型矩陣。

因?yàn)樽笥已鄣玫降耐队熬仃嚭鸵晥D矩陣都不相同，所以三個(gè)矩陣相乘得到的mvp矩陣也是不同的。因此，本發(fā)明會(huì)分別將左眼的mvp和右眼的mvp傳入著色器，即根據(jù)左眼的投影矩陣、視圖矩陣以及模型矩陣得到左眼mvp，并將左眼mvp傳入著色器，根據(jù)右眼的投影矩陣、視圖矩陣以及模型矩陣得到右眼mvp，并將右眼mvp傳入著色器。模型矩陣能夠使3d模型的位置在世界坐標(biāo)系中發(fā)生變化，例如模型的旋轉(zhuǎn)或者平移。因?yàn)楸景l(fā)明可以不做任何的旋轉(zhuǎn)平移，所以本發(fā)明的模型矩陣取4*4的單位矩陣，即默認(rèn)3d模型加載在世界坐標(biāo)系的原點(diǎn)處。

步驟6：加載3d模型文件，并將頂點(diǎn)信息保存在數(shù)組中

用遞歸算法加載3d模型文件，并將讀取出的頂點(diǎn)信息以數(shù)組的形式保存。當(dāng)3d模型的所有頂點(diǎn)加載完成后，將保存了頂點(diǎn)信息的數(shù)組傳入著色器中。

步驟7：將頂點(diǎn)坐標(biāo)分別左乘左右眼的mvp矩陣，從而得到新的頂點(diǎn)坐標(biāo)；

設(shè)原頂點(diǎn)坐標(biāo)p1＝(x1,y1,z1,w)，變換后頂點(diǎn)坐標(biāo)為p2＝(x2,y2,z2,w)。

則

p2＝mvp*p1⒂

步驟8：當(dāng)3d模型的每個(gè)頂點(diǎn)都轉(zhuǎn)化之后，即可得到新的觀測(cè)圖像，即為左右眼圖像。將得到的左右眼圖像分別映射在屏幕的左右半邊，將它們拼接在一塊就得到了雙視點(diǎn)視圖。

本發(fā)明將得到的mvp矩陣傳入著色器處理，大大加快了程序運(yùn)行速度，這將提高程序的實(shí)時(shí)性和快速性。觀測(cè)效果易調(diào)節(jié)，可以根據(jù)外部設(shè)備的不同選擇最適合的觀測(cè)參數(shù)。