第一节　3D显示技术

对很多初次接触虚拟现实的用户来说，第一印象就是目前还稍显笨重的头戴显示设备。从某种意义上来说，头戴显示设备是虚拟现实的核心设备之一，同时也是虚拟现实系统实现沉浸交互的主要方式之一。不管是Oculus Rift，HTC Vive或Sony Playstation VR这样的基于电脑和游戏主机的头戴设备，还是需要配合智能手机使用的Samsung Gear VR类型产品，或是Android一体机，头戴设备所用到的立体高清显示技术都是最关键的一项技术。

立体显示技术是以人眼的立体视觉原理为依据的。因此，研究人眼的立体视觉机制，掌握立体视觉的规律，对设计立体显示系统是十分必要的。如果想要在虚拟的世界中看到立体的效果，就需要知道人眼立体视觉产生的原理，然后再用一定的技术通过显示设备还原立体三维效果。

那么人眼是如何产生立体视觉的呢？早在1838年，英国的著名科学家温特斯顿就在思考一个问题，“为什么人类观察到的世界是立体的？”经过一系列的研究后，他发现原因很简单，每个人都长着两只眼睛。人的双眼之间相隔58～72毫米，在观察物体时，两只眼睛所观测的位置和角度都存在一定的差异，因此每只眼睛所观察到的图像都有所区别。和眼睛相隔不同距离的物体在双眼上所投射的图像在其水平位置上会有差异，这就形成了所谓的视网膜像差，或是所谓的双眼视差（图3-1）。用两只眼睛同时观察一个物体时，物体上的每个点对两只眼睛都存在一个张角。物体离双眼越近，其上的每个点对双眼的张角就越大，所形成的双眼视差也越大。当然，人的大脑还需要根据这种图像差异来判断物体的空间位置关系，从而使人产生立体视觉。

图3-1　人的双眼视差原理(www.xing528.com)

双眼视差可以让我们区分物体的远近，并获得深度的立体感。对于离我们过于遥远的物体，因为双眼的视线几乎平行，视差偏移接近于零，所以就很难判断物体的距离，更不可能产生立体感觉了。一个典型的例子就是当我们仰望星空时，会感觉天上所有的星星似乎都在同一个球面上，不分远近，这就是双眼视差为零造成的结果。

人类需要通过双眼来观察世界才能获得立体感，那么在虚拟现实系统中，如何通过头戴式显示设备来还原立体三维的显示效果呢？目前，一般采用以下几种方式来重现立体三维图像效果。