面向增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔顯示器開發(fā)與立體顯示技術(shù)研究.pdf

1、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Augmented Reality,AR)是一種把計(jì)算機(jī)所生成的二維或三維信息疊加到真實(shí)環(huán)境中,讓用戶感覺這些計(jì)算機(jī)所生成的虛擬物體或者數(shù)字信息是真實(shí)環(huán)境中不可缺少的一部分,以此增強(qiáng)用戶對(duì)真實(shí)環(huán)境的認(rèn)知能力。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的提出,為機(jī)械制造和設(shè)備維修、娛樂和教育、軍事領(lǐng)域、醫(yī)療診斷與培訓(xùn)等多方面提供了新概念、新思路。
　　 雙目頭戴式頭盔顯示器憑借其能產(chǎn)生較好的虛實(shí)融合效果、易于攜帶、可以應(yīng)用于多人參與交互的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

2、中等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中。但目前商用雙目頭盔顯示器價(jià)格比較高且雙目攝像頭的光學(xué)中心與人的雙眼瞳孔距離不匹配會(huì)產(chǎn)生三棱鏡效應(yīng)。為此,本文設(shè)計(jì)一款雙目可調(diào)式頭盔顯示器能有效的解決上述問題。具體工作如下:
　　 (1)本文使用一種基于虛擬相機(jī)的位置的立體圖像對(duì)生成方法得到虛擬模型的立體顯示。根據(jù)立體視覺原理建立數(shù)學(xué)模型得到左右眼的透視投影變換矩陣P和模式取景變換矩陣M。然后在真實(shí)場(chǎng)景視頻中的相應(yīng)位置繪制虛擬模型,循環(huán)往復(fù)地對(duì)

3、虛擬模型進(jìn)行渲染即可得到具有立體視覺的虛擬模型。
　　 (2)設(shè)計(jì)了一款雙目可調(diào)式頭盔顯示器。頭盔顯示器上的兩個(gè)攝像頭與固定在步進(jìn)電機(jī)上的絲桿相連接。當(dāng)微型步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正或反轉(zhuǎn)時(shí),絲桿可使左右路兩個(gè)觀察攝像頭之間的距離擴(kuò)大或縮小,以此來(lái)適應(yīng)人的雙眼瞳距。同時(shí),頭盔顯示器上的2個(gè)攝像頭可以左右轉(zhuǎn)動(dòng)15°,當(dāng)用戶體驗(yàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)時(shí),其可視范圍也將增大。
　　 (3)對(duì)以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。其中包括:MAX23

4、2電路設(shè)計(jì)、晶振電路設(shè)計(jì)、看門狗復(fù)位電路設(shè)計(jì)、限位開關(guān)電路設(shè)計(jì)、開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。
　　 (4)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和PC機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊程序設(shè)計(jì)。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包含:主程序初始化、中斷設(shè)置和主控制程序。PC機(jī)模塊對(duì)主控制程序和串口通信程序設(shè)計(jì)。
　　 (5)面向自主研制的頭盔顯示器開發(fā)了一個(gè)基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的三國(guó)人物立體魔法書系統(tǒng)。用戶通過頭盔顯示器觀察魔法書可以看到具有立體視覺的三國(guó)人物立體模型,立體效果