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睁开双眼玩立体游戏 3d显示技术解析.doc

睁开双眼玩立体游戏 3d显示技术解析

无止境菂等待
2017-08-31 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《睁开双眼玩立体游戏 3d显示技术解析doc》,可适用于人文社科领域

睁开双眼玩立体游戏d显示技术解析原创作者:孙敏杰不知道您或您的朋友有没有过这样的经历:在刚开始玩CS类FPS游戏的时候会不由自主的左右摇晃身体用以观察躲在屏幕边缘和角落的敌人经过多次尝试之后才会明白原来侧着身体并不能看到屏幕外的物体。之所以会产生如此可笑的举动是因为大家玩游戏太投入了还真以为D游戏就是三维立体的。尽管我们玩的确实是D游戏但这个D是针对电脑内部显卡渲染过程而言对于玩家来说我们看到的图像是电脑内部三维物体“投影”到显示器上的一帧帧二维画面最终我们看到的图像其实是D的显示效果与电视电影没有本质区别。为了让电脑游戏告别生硬的D显示效果NVIDIA于年伊始在CES大展上隆重推出了GeForceDVision技术其组件包括:高科技无线眼镜、高功率红外发射器、Hz高刷新率显示器、配套驱动、软件、游戏优化等一整套完整的解决方案。为广大游戏玩家献上真正具有立体感、距离感的游戏给人产生一种跃然纸上、栩栩如生般的立体D游戏本文就为大家详细介绍该技术的工作原理和实现方法。世界因双眼而立体平面图像无法跃然纸上人类观察到的世界为什么是立体的?答案很简单因为人长着两只眼睛。人双眼大约相隔厘米观察物体(如一排重叠的保龄球瓶)时两只眼睛从不同的位置和角度注视着物体左眼看到左侧右眼看到右侧。这排球瓶同时在视网膜上成像左右两面的印象合起来人就得到对它的立体感觉了。引起这种立体感觉的效应叫做“视觉位移”。用两只眼睛同时观察一个物体时物体上每一点对两只眼睛都有一个张角。物体离双眼越近其上每一点对双眼的张角越大视差位移也越大。正是这种视差位移使我们能区别物体的远近并获得有深度的立体感。对于远离我们的物体两眼的视线几乎是平行的视差位移接近于零所以我们很难判断这个物体的距离更不会对它产生立体感觉了夜望星空你会感觉到天上所有的星星似乎都在同一球面上分不清远近这就是视差位移为零造成的结果。当然只有一只眼的话也就无所谓视差位移了其结果也是无法产生立体感。例如闭上一只眼睛去做穿针引线的细活往往看上去好像线已经穿过针孔了其实是从边上过去的并没有穿进去。而现在我们所看到的图片、电影、玩的游戏都是平面景物虽然图像效果非常逼真但由于双眼看到的图像完全相同自然就没有立体感可言。立体电影拍摄并不神秘:模拟双眼双镜头同步拍摄景物立体电影并不神秘立体摄像头:按照人眼间距并排放置两个摄像头既然通过双眼观察世界才能获得立体感那么想要获得立体的图像也需要两台照相机或摄像机由此就诞生了“虚拟立体显示”技术最早引入该技术的是立体电影。立体电影从拍摄开始就模拟人眼观察景物的方法用两台并列安置的摄影机同步拍摄出两条略带水平视差的电影画面这样影片所包含的信息就与人的双眼亲临拍摄现场所看到的画面毫无二致了通过前面的介绍就可以明白立体电影视频的拍摄其实很简单并排放置两个镜头同步拍摄就行了虽然其中还涉及视频帧合成方面的内容但理解起来并不困难。不过想要把立体图像显示给人眼看可不容易如何才能做到左眼只看左摄像头的图像、右眼只看右摄像头的图像呢?立体电影放映:偏振分光技术电影院放映采用的是偏振法通过两个放映机把两个摄影机拍下的两组胶片同步放映使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上。这时如果用眼睛直接观看看到的画面是重影模糊不清的要看到立体电影就要在每架电影机前装一块偏振片。从两架放映机射出的光通过偏振片后就成了偏振光。左右两架放映机前的偏振片的偏振化方向互相垂直因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。看立体电影需要带上偏振眼镜偏振镜分光原理示意图这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处偏振光方向不改变。当观众带上偏振眼镜后左右两片偏振镜的偏振轴互相垂直并与放映镜头前的偏振轴一致所以每只眼睛只看到相应的偏振光图象即左眼只能看到左机映出的画面右眼只能看到右机映出的画面这样就会像直接观看那样产生立体感觉。偏振光技术简介:为什么带上偏振眼睛后能使左右眼看到完全不同的图像?确实不太容易理解关于偏振光和偏振眼镜的原理由于涉及内容比较多这里仅作简要介绍。光就是由互相垂直的电场和磁场形成的一种电磁波自然光是很多电磁波的混合物它在各个方向的振动是均匀的。当它以特定的角度(布儒斯特角)经过非金属表面后反射形成的眩光是偏振光。偏离了这个角度就会有部分非偏振光混杂在偏振光里。部分偏振光是有程度的偏离的角度越大偏振光的成分越少最终成为非偏振光。有了偏振光有时会给我们照相带来不利。玻璃表面的反射光使我们拍摄不到玻璃橱窗里面的东西水面的反射光使我们拍摄不到水中的鱼„„但利用偏振光的这种特性正好满足立体电影的需求让左右眼看到完全不同的画面。通过给两个投影机加装偏振片让投影机投射出互相垂直的完全偏振光波然后观众通过特定的偏振眼镜就能让左右眼看到各自不同的画面而互不干涉。当然实际放映立体电影是用一个镜头两套图象交替地印在同一电影胶片上还需要一套复杂的装置这里就不做深究了。利用偏振原理实现立体电影的效果是最好的但要在家庭影院或者个人电脑上实现的难度很大除非你使用台加装了偏振光镜头的投影仪和张不同角度拍摄的DVD和专业的播放设备和同步器这样复杂的装备还有高昂的成本是大众无法接收的。因此就诞生了比较廉价的实现方案光谱分光技术俗称为红绿滤光或红蓝滤光。红蓝红绿滤光技术介绍:红蓝D眼镜使用滤光技术制作的立体电影在拍摄时给左右摄影机镜头前分别加装蓝红滤光镜只允许蓝红光通过阻止大部分红蓝光。当然现在的影片拍摄并不一定要用滤光镜事实上通过后期处理也能剔除一些色彩(如Photoshop的滤镜)。当观众看电影时需要带一个红蓝滤光眼镜此时左放映机的画面通过红色镜片(左眼)拍摄时剔除掉的红色像素自动还原从而产生真实色彩的画面当它通过蓝色镜片(右眼)时大部分被过滤掉只留下非常昏暗的画面这就很容易被人脑忽略掉反之亦然右放映机拍摄到的画面通过蓝色镜片(右眼)拍摄时剔除掉的蓝色像素自动还原产生另一角度的真实色彩画面当它通过红色镜片(左眼)时大部分被过滤掉只留下昏暗画面人眼传递给大脑后被自动过滤。然后左右眼把看到的图像传递给大脑后大脑会自动接收比较真实的画面而放弃昏暗模糊不清的画面从而根据色差位移产生立体感和距离感。《地心历险记》D版:直接看的效果是重影、偏色使用滤光原理制作的电影完全可以兼容所有的显示设备我们只需要一副成本几元钱的红绿眼镜就够了。事实上早期的或者低端的立体电影院就使用了这种方案虽然效果比较差但也算是聊胜于无吧。立体摄像头使用的也是红蓝滤光技术现在已经有很多大片提供了红绿或者红蓝滤光的D版下载很多朋友看了之后觉得头晕目眩、眼睛疲劳、边缘色彩不正常、重影等诸多问题最大的原因就是滤光眼镜和影片不配套所致另外距离屏幕太近也不容易产生立体感这个就需要大家自行研究调整了。偏振分光技术效果最好、但实现难度太大红蓝滤光技术成本最低、但效果不如人意难道就没有更好的立体显示技术吗?现在就给大家介绍一种历史悠久、但却没能得到普及的技术时分法遮光技术又称液晶分时技术。液晶分时技术这项技术根据字面意思就很容易理解其工作原理它的主要技术在眼镜上。它的眼镜片是可以分别控制开闭的两扇小窗户在同一台放映机上交替播放左右眼画面时通过液晶眼镜的同步开闭功能在放映左画面时左眼镜打开右眼镜关闭观众左眼看到左画面右眼什么都看不到。同样翻转过来时右眼看右画面左眼看不到画面就这样让左右眼分别看到左右各自的画面从而产生立体效果。眼镜镜片为黑白液晶屏有透明和不透明两种状态虽然眼镜镜片的切换很关键但实际上原始显示设备更关键假如显示器的刷新率是Hz那么通过遮光眼镜后左右眼看到的画面实际刷新率只有Hz这样的刷新率下长时间很容易产生视觉疲劳所以“时分法遮光技术”要求显示器刷新率至少为Hz最佳值是Hz。CRT时代的D眼镜只是玩物CRT时代高端显示器很容易达到Hz因此年前就出现过一些D眼镜游戏玩家得以率先体验立体显示效果。但相信很多人都有切身感受Hz以下的刷新率对于CRT显示器来说都是非常闪的Hz完全不够看。CRT显象管时时刻刻都处在闪烁状态因此CRT与遮光眼镜的时钟同步要求非常精确否则就会产生视觉混乱。Hz显示器成为新的时尚话题到了LCD时代由于刷新率很难突破Hz因此“时分法遮光技术”毫无用武之地也渐渐的被大家所遗忘。随着技术的不断发展如今Hz液晶甚至等离子面板都不再是梦尘封已久的“液晶分时技术”也得以重现天日为大家呈现出最逼真的立体显示画面!近日NVIDIA在CES上正式宣布推出业界第一套高清D立体视觉方案专为GeForce显卡打造的“GeForceDVision”。其核心配件就是一副采用液晶分时技术的D眼镜附带大功率USB红外接收器用来和D眼镜同步遮光频率当然还需要一台刷新率达Hz显示器的支持可以是液晶显示器、等离子电视或者投影仪。其中无线D眼镜的视距最大约米内置电池供电可以连续工作小时以上眼镜空闲十分钟后会自动关闭以节约电池电力电池可通过miniUSB口充电使用非常简单方便。红外发射器通过USB接口与电脑链接红外接收半径大约米。除了硬件部分之外真正核心部分在于驱动支持和游戏优化方面据NVIDIA称GeForceDVision无需修改游戏设置只要搭配GeForce系列显卡和最新版Forceware显卡驱动及立体驱动程序可以自动给多款PC游戏带来立体效果诸如《Crysis》、《英雄连》、《虚幻竞技场》、《失落星球》、《鬼泣》等等大作可立竿见影带来立体效果。GeForceDVision已经在美国地区上市建议零售价美元(合元人民币)本季度内推向全球市场。在国内DStereo眼镜由索泰独家代理发售目前价格未定。此外Hz显示器也开始大量上市三星优派寸显示器的价格大概是美元(合元人名币)想要第一时间体验最新、最酷的显示效果自然需要付出一定的代价。前文中已经对液晶分时技术做了详细的介绍原理其实很简单但实现起来就需要眼镜、红外接收器、显示器、驱动程序、显卡和游戏的全方位配合任何一个环节出问题都会导致立体成像系统紊乱。下面我们先来看看NVIDIAGeForceDVision套装实物:包装豪华精制配件丰富齐全核心组件是眼镜和接收器红外接收器正面:带Logo的按钮可快速唤醒眼镜红外接收器背面:MiniUSB与电脑相连旋钮用来调节景深(奇偶帧视差位移)红外接收器背面:通过各方电磁认证低耗电眼镜壁上有个按钮与红外接收器快速同步重置立体效果GeForceDVision自然只能用于NVIDIA自家的GeForce显卡还需要一台刷新率达到Hz显示器的支持除此之外就没有别的需求了。对于显卡的要求也不是很高GT以上级别就能在寸显示器上展示出惊人的效果了当然玩Crysis这种BT游戏还是需要更强显卡的支持。不管什么类型的立体显示技术归根到底都要给人的双眼输出完全不同的两帧图像(具有一定视差)立体照片需要两部相机拍摄立体电影需要两部摄影机立体视频需要双摄像头立体游戏也需要双倍刷新率(Hz)显示器的支持那么除此之外是否需要双显卡或双倍性能显卡的支持呢?相信这是很多玩家最关注的内容。同一帧画面通过不同的角度输出两帧答案是肯定的不需要!因为D游戏在电脑内部是完全按照真实的三维模型建立并渲染的只是最终进行像素输出时从某一个特定的角度投影出来。现在我们要让它进行立体显示内部渲染模式完全不用改动只需要在像素输出时按照一定的角度偏移量输出两帧画面就行了因此显卡的渲染压力并没有增加多少最终游戏性能有一定的下降但并不严重。可通过驱动微调景深设置普通游戏只要输出一帧就够了立体显示需要输出两帧而两帧之间的偏移量是可以通过驱动或者红外接收器控制的可以随心所遇的增大或者缩短游戏场景与人眼之间的距离具体多大显示效果最佳这需要玩家自己不断摸索确定。Hz显示器的概念图虽然很夸张但带上立体眼镜后的效果确实震撼现在我们回过头来看看本文开头所提到的那种现象玩家通过左右摇晃身体想要看到屏幕外的画面普通D游戏是不可能的除非是你移动鼠标挪动视窗。而带上D眼镜之后您确实可以看到一小部分“屏幕外”的画面而且屏幕内的所有D景物都不在显示器表面而是凹进去或者凸出来的只有游戏控制栏一些窗口或按钮“漂浮”在显示器上。当然所有的这些东西都只可意会不可言传照片拍出来是重影的只有带上D眼镜才会有立体感!其实在NVIDIA之前已经有部分显卡厂商或者显示器厂商推出过类似的立体显示技术但大多兼容性不好、性能损失严重、支持游戏数量有限、或者更新不够及时当然最主要的是受到了CRT刷新率、闪烁、屏幕尺寸的限制导致立体效果一般、长时间使用头晕目眩。某双层面板的D液晶显示器需要显卡双头输入不同帧图像配置要求很高而此次NVIDIA发布的GeForceDVision则是建立在成熟、稳定的驱动基础之上通过对最新游戏大作全力优化支持使得视差位移立体显示画面更接近于真实。再加上Hz液晶面板走向成熟立体成像技术已今非昔比相信老一辈CRT立体眼镜玩家们已经跃跃欲试了。《半条命》《使命召唤》总结:PhysXDStereo电脑游戏质的飞跃年全年NVIDIA除了按部就班的更新显卡产品线之外CUDA并行计算技术也日渐成熟其中最受玩家瞩目的就是完全免费的PhysX物理加速技术以往花一千多元才能买到的物理加速卡如今GF以上N卡可以更新驱动免费获得而且性能更加强悍!通过支持PhysX的物理游戏我们可以感受到什么叫做动态逼真让游戏中的场景交互更接近于现实。年伊始NVIDIA又为游戏玩家们带来了另一大惊喜DStereo让D游戏摆脱了D显示器的制约在PhysX动态逼真的基础上诞生了空间立体感让游戏玩家真正走进了虚拟游戏世界享受身临其境的感觉。虽然NVIDIAD眼镜套装并不是免费的但定价还算合理适合高端游戏玩家体验。GeForceDVision想要走向普及除了降低定位之外Hz显示器是其普及之路最大的障碍目前能达到Hz刷新率的显示器还不多只有三星和优派推出了寸的相关产品价格也高出普通显示器不少。此外已经有很多厂家推出了Hz的液晶电视由此可见未来LCD市场Hz也是一大趋势相信过不了多久就会平民化主流玩家不妨多多关注有机会一定要体验一把立体D游戏的威力!

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