3D显示视觉感知特性研究

3D显示视觉感知特性研究

人们的日常生活中从外界接收的信息有80%是通过视觉系统获得的。随着信息技术的迅猛发展,人们自然而然地将图像传递作为信息传输的主体。3D显示技术不仅能够为观众提供更逼真震撼的视觉体验,也能为需要立体显示的行业和环境提供极大的便利和支持,例如3D远程手术,3D地图等。3D显示是一个比较广泛的研究领域,涉及到3D显示设备的设计和3D内容的制作等。

对3D显示效果的评价也多集中于显示参数的提高和优化,如超高分辨率,超大视角,高清晰度等等。然而3D显示的最终受众是人类,并且3D技术发展的目标是逼真准确的再现真实场景,因此,应该在提高3D显示性能的同时关注人眼对3D 显示的视觉感知特性,使3D显示更符合人的生理视觉特点,从而让这一技术真正的被大众接纳,进而有更长远的发展。本文针对3D显示视觉感知特性进行研究,主要研究内容和创新点如下:(1)基于3D显示环境的视觉感知特性研究研究要点1:在观看3D内容时,观看者总是处于一种特定的观看环境中,包括观看距离、观看角度、屏幕大小,以及室内的光线设置等。视觉刺激的参数也复杂多变,如色彩亮度、3D内容的复杂程度等。

在以往的研究中这些因素对立体视觉感知的影响通常是由被试者的主观感

受得出(如问卷调查),这种方法虽然在一定程度上可以反映观看环境设置对视觉感知系统的影响,但被试者心理或经验方面的差异会对统计结果造成一定的影响。针对这个问题本文首次提出了用垂直视差的融合能力作为定量评估指标,快速便捷的评估外界观看环境(包括光照、观看距离、屏幕尺寸)以及视觉刺激参数设置(包括背景亮度、3D内容复杂度)对人眼视觉系统造成的影响。通过分析各个因

素间的相关性及对视觉感知能力影响的显著性,为优化3D显示环境提供更贴近

实际显示情况的参考。研究要点2:以往研究中给出的关于垂直视差对立体视觉

感知影响的取值范围比较笼统,并没有充分考虑观看环境对人眼垂直视差融合能力的影响。

本文根据在研究要点1中找出的观看环境对人眼感知造成影响的关键因素(亮度和视网膜成像大小),进行了数据拟合建模,从而使对垂直视差融合能力的

预测更贴近真实测试情况,使评估更具有针对性。(2)人眼对多视点裸眼3D显示器深度信息感知阈值的研究研究要点3:在日常生活中,人眼接收到的视点数是

趋于无穷大的,而在很多穿戴式3D显示器上,人眼只能看到两个视点。这种视点数的差异对人眼深度信息感知能力的影响还有待研究。本文利用多视点裸眼3D 显示器,对比了人眼在2视点和28视点时的深度信息感知阈值,并且考虑了不同视觉刺激(轮廓立体图和随机点立体图)对深度信息感知能力的影响。

实验结果表明视点数的增加可以有效的提高深度信息感知阈值,并且人眼对轮廓立体图和随机点立体图的深度信息感知能力在裸眼3D显示器上具有显著差异。研究要点4:对于分光式3D显示器,人眼始终聚焦在显示屏幕上,而辐辏功能会跟随视差的变化而发生变化,这与真实情况中聚焦和辐辏跟随物体同步变化是不一致的,即辐辏调节冲突。这种辐辏调节冲突通常会造成人眼视觉系统感知特性的变化。本文将3D目标物体置于显示屏幕位置,通过改变背景在深度中的位置,使辐辏和调节在深度上的位置达到一致,从而减弱辐辏调节冲突对立体感知的影响,进而对比了在上述两种情况下人眼深度信息感知阈值变化。

结果表明,减弱裸眼3D显示器上的辐辏调节冲突并不会显著提高静态立体视觉感知能力。(3)人眼对于3D深度运动信息的感知特性研究要点5:生活中的三维立体感包括人眼对物体之间静态深度关系的判断以及对物体在深度空间中运动状态的感知。而以往研究表明认知系统对静态和动态立体信息的处理机制并不相同。拥有正常静态立体感知能力的观看者并不一定具备同样的动态立体信息识别能力。

本文首次测试了没有视觉经验的被试者对动态随机点在深度运动中的感知情况,并且通过一系列的感知训练方法对这些被试者进行视觉训练,有效的提高了被试者对深度运动方向的感知能力(正确率提高54.8%),验证了视觉经验对深度运动感知能力的重要影响。研究要点6:3D视觉刺激的设计对人眼是否能够正确舒适的感知3D深度运动具有重要作用。本文通过设置不同的视觉刺激参数,测量被试者在不同条件下对深度运动方向的感知能力变化(参考物设置、对比度、相对视差等),通过数据分析对比找出了影响人眼深度运动感知的关键参数。研究结果为今后进行3D视觉刺激的合理设计提供了有效参考。