| 出版日期：2000-01-10 总期号：891 本年期号：03 |
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想象与现实之间的桥梁
虚拟现实系统中的投影技术 唐宝石 随着技术的进步，计算机的应用领域也在飞速拓展，除低端民用家庭市场外，军用、科技等高端应用同样需求旺盛。人们已不局限于平面显示，更加强调其真实、立体、逼真。近几年出现的利用投影机进行模拟仿真、虚拟现实就是一个最好的佐证。该显示领域市场巨大，不容忽视。如各大学的仿真中心，航空、航天设计部门，民航、驾驶培训，水库模拟，地质模拟等。正是由于这些要求，虚拟现实———这一生疏又贴切的科技词汇诞生了。所谓虚拟现实，就是利用科技手段，创造一个与实际情况一样逼真的环境，产生身临其境的感觉。 一、实现方法 虚拟现实分为视频方法与数字方法，由于篇幅限制我们只讨论数字方法。一个虚拟现实系统包括：工作站或高档微机、高速显示系统、虚拟现实软件平台及库模、立体效果还原配件、大屏幕投影拼接系统。数字实现，就是将计算机中的信息实现仿真，建立一个虚拟的现实环境。从原理上讲有如下经典的方法： 1．硬件偏振方案：该方案是将投影系统及控制系统均设计成双套叠加（即错位）方式来投影。两套投影机安装上不同的偏振片滤光，且两套投影机在安装调试时产生“适当物理位置差”，观看者戴上左右镜片不同偏振的眼镜后，由于偏振镜的作用而产生空间感。此方案产生的空间效果好坏与软件制作基本无关（类似于视频中用多机拍摄或放映）。该方案除硬件设备增加了一倍的缺点外，其难度在于“适当物理位置差”的尺度不易把握，无标准可依。 2．软件相位差法：该方案利用虚拟软件平台将图像制作成带有相位差的两个相同图像，然后叠加合成，这样虽减少了由于设备的双重叠加而产生的冗余，且对投影机调试的要求较容易，但却损失了一半的画面。对一个1024×768分辨率的图像，结果变成分辨率1024×384。 3．同步控制方案 
硬件偏振方案示意图 由应用者利用虚拟软件平台把要模拟的内容按奇、偶将逐行扫描变为隔行扫描的方法，分别给左眼和右眼，通过场扫去控制光学眼镜的闭合，其闭合频率要Λ100hz，可产生立体视觉。 二、投影系统选择原则 那么，面对虚拟现实这样的应用，如何选择投影系统呢？ 
同步控制方案示意图 1．使用crt投影机的必要性 为什么一定要使用crt投影机呢？我们可从下表中得出结论：
2．使用vrm的充分性（v———virtualr———reality） vrm是专为虚拟现实、模拟仿真使用而设计的机型，适用于弧形、柱形屏幕。因为虚拟现实的应用往往都使用弧、柱形幕，这是为了从增强虚拟效果而要求的，所以其能否进行大的几何校正、立体焦平面的聚焦，是非常重要的。尤其是当用弧形或柱形幕多台拼接投影时，几何及聚焦问题将成为一个最严重的问题。正是基于这种考虑，市场上出现了大范围几何调整、立体焦平面的特殊用途投影机，它足以满足在虚拟现实中的各种应用。 三、充要条件之外的说明 问题的提出：因为对于弧形幕来说，即使是多台拼接，它的整个聚焦面仍可调整在一个球面上，聚焦不是主要问题，多台弧形拼接图像不变形才是主要问题。但在使用柱形幕时，除多台拼接需进行图像变形调整的要求外，其聚焦更是一个最大的问题，因为仅仅柱形幕的四个角及柱面中心点是在一个球面上的，而其余各点均在球面之外（见俯视图），因此解决此面的聚焦问题，就成为了一个关键。仅仅焦平面的概念已经不够了，需要用立体焦平面设计功能。至于几何变形的调整范围，我们可用下面的示意图来说明。 
俯视图 示意图中大圆半径r=8m，弦长d=d，弓高h； 小圆半径r=2．5m弦长d=d，弓高h； 我们用弦表示屏幕宽度，可见大圆曲率远小于小圆，g70vrm的指标明确指出，其弓形调整直至可达曲率半径2．5m，而对于图中的弓高h，由于其对应的弧相对来说平直得多，需要调整的弓高远不如小圆h，因此，衔接缝不是问题。 
另外，我们还有如下五个措施可辅助解决以上提出的问题： 1．调整安装位置及角度； 2．使用柱形折幕； 3．利用vrm的立体焦平面特点； 4．改进设计； 5．减小屏幕尺寸。 综合以上几种方案，决定其虚拟现实效果的关键取决于投影系统、屏幕拼接工艺和立体还原的配件。为了适应市场的需求，今年市场上出现了一种新的投影机vph－g70vrm，其主要技术指标如下： 分辨率：1700×1200 带宽：120mhz 行频：15－110khz 场频：38－150hz 亮度：240ansi 该机是专为虚拟现实和模拟应用而设计的。如：深度聚焦，适合于弧形幕弯曲边缘的调整，在大屏幕拼接时更容易使画面一致。在虚拟现实的应用系统中，通常都是以一块以上的屏幕来完成模拟的，那么当多台投影机拼接成一个完整的环境图景时，其接缝衔接处是否吻合，将直接影响虚拟现实的效果，而g70vrm恰恰具有这一特殊特性，其张扬的几何调整足以满足边缘调整的需要。另外，它的场频足以满足闭合频率100hz的要求，可高达150hz。 此款投影机刚上市，就造成了强烈的反响。面对这样大的商机，相关厂家及商家都不会等闲视之，必会有一番激烈的竞争，就让我们用“山雨欲来风满楼”这句话作为对此类投影技术应用的市场预测吧！ |
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