物理學(xué)畢業(yè)論文：人眼模擬3D成像原理的透視理論研究

　　畢業(yè)論文，是每一個(gè)大學(xué)生結業(yè)的必經(jīng)之路，一篇好的畢業(yè)論文也是對自己大學(xué)四年學(xué)習生涯的總結，下面小編給大家帶來(lái)一篇論文范文，歡迎閱讀！

人眼模擬3D成像原理的透視理論研究

　　摘要：繪畫(huà)的再現性要求觀(guān)者在讀畫(huà)時(shí)有一種身臨其境的狀態(tài)。和許多從事繪畫(huà)的人一樣，我也致力于在畫(huà)面中能夠表現出極其真實(shí)的空間，用畫(huà)面把觀(guān)者與畫(huà)者的共鳴上升到最高點(diǎn)。尤其在涉足山水畫(huà)以后，這種向往更加強烈。為此，我懷疑過(guò)線(xiàn)性透視，研究過(guò)弧面透視，現在正在研究的是雙眼模擬雙側放映機的3D成像透視……為了這種“人在畫(huà)中”的形式創(chuàng )新，我做了無(wú)數次嘗試，并樂(lè )此不疲。在試驗中取得了些許經(jīng)驗，現以此文做具體描述。

　　關(guān)鍵詞：3D成像　線(xiàn)性透視　弧面透視　雙眼交替定視距　固定視點(diǎn)移動(dòng)焦點(diǎn)透視

　　隨著(zhù)一部《阿凡達》票房的攀高，3D電影又被掀起了一個(gè)高潮。記得小時(shí)候在電影院里帶著(zhù)小眼鏡看《孟良崮戰役》，每到射擊近鏡頭時(shí)就覺(jué)得槍口正對著(zhù)我的眉心，那種身臨其境的真實(shí)感常常讓我從睡夢(mèng)中驚醒。

　　高中開(kāi)始學(xué)習繪畫(huà)，造型課上老師總是在強調構圖、比例、透視……老師講的透視分為一點(diǎn)(平行)、兩點(diǎn)(成角)、三點(diǎn)(俯視或仰視)、散點(diǎn)等等，當時(shí)覺(jué)得很難以接受。但無(wú)奈找不到更有效的解決二度虛擬三度空間的方法，每次畫(huà)完都不免覺(jué)得畫(huà)面呆板，沒(méi)能將自己對對象的感受淋漓盡致地表現出來(lái)。

　　大學(xué)時(shí)在圖書(shū)館翻閱了大量的生物學(xué)資料，對人眼成像原理做了深入的研究學(xué)習。脫掉近視鏡，裸眼，拿起望遠鏡，站在學(xué)校最高的建筑物上做了無(wú)數次的試驗觀(guān)察，終于得到了一些弧面透視方面的經(jīng)驗。用這種方法畫(huà)場(chǎng)景、畫(huà)靜物、畫(huà)風(fēng)景得到了較好的效果，雖不能達到身臨其境的境界，但真實(shí)可觸性已經(jīng)有了一些進(jìn)步。

　　工作后有幸隨恩師學(xué)習水墨山水。小時(shí)侯的槍口、戰壕、丘陵再一次浮現在眼前，巍巍太行的雄渾磅礴讓我一次次的早出晚歸奔走其間，為的只是用筆尖觸摸那份“仰望天一線(xiàn)，俯窺千仞壁”的氣勢恢弘，用心靈傾聽(tīng)那份“千里豐碑望不斷，無(wú)情風(fēng)雨任吹灑”的寬厚，然而無(wú)論怎樣的意境總難以表現出太行“山峽十九轉，奇峰當面立”的真實(shí)感受。

　　看過(guò)《阿凡達》后，我深入研究了一些雙鏡頭模擬雙眼的時(shí)差拍攝原理、雙側放映機偏振垂直播放膠片的成像原理以及部分有合成3D影像功能的軟件和芯片控電眼鏡等的工作原理，并且從中獲得了啟示。簡(jiǎn)單理解就是把兩眼看到的圖像分別記錄，再通過(guò)左眼所見(jiàn)圖像僅傳入左眼、右眼所見(jiàn)圖像僅傳入右眼來(lái)實(shí)現人腦的3D立體合成圖像功能。這與人的定點(diǎn)觀(guān)察所得圖像理論上應該一致。

　　不同的是電影可以利用人眼視覺(jué)暫留的1/24秒的時(shí)間差，左右放映機交替工作，使人所看到的影像還是集中在同一屏幕上，而靜態(tài)的繪畫(huà)作品不能利用時(shí)間差，因此在實(shí)驗的初級階段我只能借助單鏡頭照相機在左右眼(為了使試驗效果更加明顯，我選擇了比左眼更左一點(diǎn)、比右眼更右一點(diǎn)的視點(diǎn))處分別對同一組對象進(jìn)行拍照記錄，然后打印成等幅照片，分別在左眼和右眼的最佳視距處垂直于視線(xiàn)放置。觀(guān)察過(guò)程中始終用一不透明隔板放在雙眼連線(xiàn)的中垂線(xiàn)上，以分隔雙眼的視域范圍。這有點(diǎn)像馬的眼睛會(huì )出現盲區，但并不影響實(shí)驗結果。結果表明這樣做大腦合成的圖像立體感甚至要超出人的正常觀(guān)察結果，我想大概是因為人眼觀(guān)察對象時(shí)雙側眼球的游移導致的。

　　左右視點(diǎn)的成像拼合在一起。簡(jiǎn)單的電腦對疊處理后，就會(huì )出現像脫掉專(zhuān)用眼鏡直接看幕布3D電影一樣的模糊重影的圖像。我們要的當然不是必須戴上專(zhuān)用眼鏡才能欣賞的平面藝術(shù)，于是我帶著(zhù)如何合成左右視點(diǎn)圖片的困惑又做了很多試驗。

　　一系列試驗的無(wú)果而終，使我最后又不得不回到平面透視的起點(diǎn)上來(lái)。初學(xué)透視時(shí)，由于找不準焦點(diǎn)，老師經(jīng)常督促我閉上一只眼睛用鉛筆量靜物結構線(xiàn)的方向，而每次閉上的眼睛都必須相同。這實(shí)際上就是跟單鏡頭攝像機的鏡頭一樣，是單焦點(diǎn)透視。而我最初想要的只是真實(shí)感而已，跟焦點(diǎn)在哪、視心點(diǎn)在哪并無(wú)大的關(guān)聯(lián)。又想起正方體平行透視講解示意圖中標示的視心點(diǎn)(焦點(diǎn))多在靜物外側。而視心點(diǎn)的定義為：視點(diǎn)到視平線(xiàn)的垂心，即從視點(diǎn)(人眼睛)向視平線(xiàn)做垂線(xiàn)得到的垂足。視線(xiàn)的定義為：以人眼為頂點(diǎn)的射線(xiàn)——視點(diǎn)與物體任何部位的假想連線(xiàn)，非阻擋則延伸。視平線(xiàn)的定義為：與人眼等高的一條水平線(xiàn)。我們不妨坐下來(lái)演示一下：觀(guān)者保持靜止狀態(tài)則視點(diǎn)不變;在觀(guān)者的左前方、正前方、右前方分別放置三個(gè)物體，在觀(guān)察三個(gè)物體時(shí)會(huì )產(chǎn)生三個(gè)方向的視線(xiàn)、視平線(xiàn)。線(xiàn)性透視理論中對視平線(xiàn)的羅盤(pán)方向并沒(méi)有嚴格的規定，僅對高度和水平做了明確規定。也就是說(shuō)總有一個(gè)方向的水平線(xiàn)會(huì )與視線(xiàn)相垂直，那么視心點(diǎn)也一定將會(huì )出現在物體左右剪影切線(xiàn)的延長(cháng)線(xiàn)之間，也就等于是在同一視點(diǎn)分別直視三個(gè)物體，而得到的是各自獨立的三張透視成像圖。根據這一結果，我在對太行山寫(xiě)生中嘗試運用了這種視點(diǎn)不變移動(dòng)焦點(diǎn)的透視方法，打破了原來(lái)的以組排列單一視點(diǎn)的構圖方式，取得了較為真實(shí)的畫(huà)面二維假設三維空間的效果。在具體測繪焦點(diǎn)的過(guò)程中，我沒(méi)有始終閉起一只眼睛，而是采取交替用左右眼測試最后取中點(diǎn)的方式。這種方法可以使視距延長(cháng)，就像炮兵用大拇指測視距一樣，會(huì )得到較為準確的距離。

　　當然，這種用雙眼交替測視距，在雙眼疊加視域范圍內視點(diǎn)不變移動(dòng)視心點(diǎn)(焦點(diǎn)參照)，把每個(gè)物體或每段距離都當作獨立的再現對象獨立進(jìn)行線(xiàn)透視的方法仍然沒(méi)有進(jìn)行到最后階段，我將繼續用試驗論證此法的可行性。在此暫且稱(chēng)其為模擬3D成像原理的透視理論研究，愿與同樣追求平面再現三維真實(shí)性的朋友共同探討。

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