CN103024414A - 一种基于WinXP系统的3D显示方法 - Google Patents

Abstract

一种基于WinXP系统的3D显示方法，修改原有3D渲染流程，将渲染的视差图加工合并成立体图后，提交给显卡驱动程序，以产生3D显示效果。具体使用如下渲染步骤：创建两张width*height左右眼纹理；创建（2*width）*（height+1）立体纹理，往立体纹理里填充立体图片标识；设置左眼纹理为后备缓冲，并设置左眼投影矩阵渲染至左眼后备缓冲；设置右眼纹理为后备缓冲，并设置右眼投影矩阵；渲染至右眼后备缓冲；分别拷贝左右眼纹理至立体纹理的左上角及右上角；拷贝立体纹理至后备缓冲；提交后备缓冲。本发明能在已有3D程序基础上改进，无需大量修改代码即可实现立体显示的效果。

Description

一种基于WinXP系统的3D显示方法

【技术领域】

本发明涉及3D显示领域，具体涉及一种基于WinXP系统的3D显示方法。

【背景技术】

在3D技术已经趋于成熟的今天，简单的平面3D显示已经越来越不能满足人们对3D显示的需求，由此立体显示技术如今进入了飞速发展阶段，让观看者有了身临其境的立体感。何谓立体感？立体感是由人眼的视差所引起的，由于人两只眼睛有4-6cm的距离，因此两眼在看同一景物所产生的影像是不同的，在反馈回大脑后经过视觉中枢的处理就会产生立体感。如今的3D电影的立体成像技术，也是靠两部摄像机拍摄成不同的影像来模拟人两只眼睛的。同样的，立体显示技术在游戏领域也得到了充分运用，在游戏中立体显示有多种解决方案，一般采用的是最直接的做法，即利用摄像机将场景渲染两遍后得到视差图，再配合立体设备从而达到3D游戏立体化的目的。

有鉴于此，本发明人针对现有技术的缺陷深入研究，并有本案产生。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题在于提供一种基于WinXP系统的3D显示方法。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于WinXP系统的3D显示方法，包括如下渲染步骤：

步骤1：创建两张width*height左右眼纹理；

步骤2：创建（2*width）*（height+1）立体纹理，往立体纹理里填充立体图片标识；

步骤3：设置左眼纹理为后备缓冲，并设置左眼投影矩阵；

步骤4：渲染至左眼后备缓冲；

步骤5：设置右眼纹理为后备缓冲，并设置右眼投影矩阵；

步骤6：渲染至右眼后备缓冲；

步骤7：分别拷贝左右眼纹理至立体纹理的左上角及右上角；

步骤8：拷贝立体纹理至后备缓冲；提交后备缓冲；

渲染循环按上述步骤3至步骤8，生成3D图。

本发明的优点在于：能在已有3D程序基础上改进，无需大量修改代码即可实现立体显示的效果。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是本发明立体渲染管线图。

图2是本发明视差投影示意图。

图3是本发明立体图像合成示意图。

图4是本发明流程示意图。

【具体实施方式】

NVIDIA的3D Vision立体显示解决方案是专门为游戏而量身定做的技术，本发明采用的也是这套方案。其配置需求需要如下：一台120MHz的显示器或投影仪，G80及以上NVIDIA显卡，window Vista及以上系统，3D Vision套装（包括同步器及立体眼镜）。

其工作原理如下：应用程序提交两张左右眼的视差图给驱动程序后，驱动程序会在显示器上轮流显示左右眼图，比如在1，3，5…帧显示左眼图，在2，4，6…帧显示右眼图，在显示左图时，3D Vision同步器会通知立体眼镜关闭右眼显示，其会在右眼眼镜上放置挡板遮挡住右眼视线以实现单眼观看，同理显示右眼图时会遮挡住左眼，这样每只眼睛就只会看到属于自己这只眼睛的图片，这样接收到得视差图就会产生成出立体感。

在传统的3D渲染系统里，利用摄像机模拟人的眼睛来观察整个3D场景，并在场景渲染过程中，将所有场景里的物件透视投影至近裁面，最终显示在平面显示器上。是以我们两只眼睛在平面显示器上所看到的场景内容是完全一样的，并未对场景物件产生两眼的视差，所以虽然看到的是3D场景却无法对场景产生立体感。

立体渲染则是在原单眼渲染的基础上，将视点在裁剪空间内沿着X轴方向左右平移一定距离后来模拟两只眼睛的距离，并分别在各自的近裁面上生成各自的图像，由于产生这两张图的观察位置不同，则场景内所有物件在两张图上所投影的位置也不同，这样两眼对场景内物件也就有了视差，也就形成了两张视差图，最后将视差图提交给驱动程序后就可以实现3D场景的立体显示了。

立体显示主要分主动式（手动式）和被动式（自动式）两种，主动式即由应用程序向驱动程序提交两张视差图或立体图，被动式则是通过驱动程序自动完成3D场景的立体化效果。目前大多数游戏的做法都是被动式，立体渲染管线图如图1所示：

在单通道可编程渲染管线中，顶点通过VS（顶点着色器）进行一系列的空间变换，进入裁剪空间后进行光栅化，并在图片空间进行PS（片段着色器）计算。

而在立体渲染管线中，则是通过修改VS的页脚，以实现将裁剪空间变换至立体空间，即左右眼的裁剪空间，并分别执行各自的光栅化以及PS计算，因此同时也需要两倍的RT（渲染纹理）并产生双倍的DP（绘制调用）。这里可通过NVAPI获取并设置立体显示的一些参数，如Sepration（两眼间距）以及Convergence（聚焦深度）。

被动式立体显示虽然自动完成了立体化操作，但其自动化的操作同时也带来了许多问题，如天空盒需做特殊处理，UI也需特别指定深度，后处理及延迟渲染需要解决逆投影，3D物件拾取问题等等。因此本发明采用可控性强、代码修改量少的主动式立体化，即手动在代码里将场景渲染两遍以获取视差图。

接下来推导下视差偏移量是如何计算出来的：

其中，Interaxial：两眼间距，Parallax：视差，Convergence：聚焦深度，Depth：顶点深度，Screen：聚焦屏幕宽度，Sepration：两眼间距比例。

视差投影示意图如图2所示，利用三角形等比定律可得：

Parallax eye/Interaxial=（Depth–Convergence）/Depth

Parallax eye=Interaxial*（1–Convergence/Depth）

将其转换至图片空间中，由于Interaxial/Screen与场景无关，定义其为Sepration；

Parallax image=Parallax eye/Screen

=Interaxial/Screen*(1–Convergence/Depth)

=Sepration*(1–Convergence/Depth)

再将其转换至裁剪空间，这就需要进行透视除法的逆运算，并将其由{0,1}区间转换至{-1,1}区间，

Parallax clip=Parallax image*Depth*2

=2*Sepration*(Depth-Convergence)

裁剪空间是由眼空间经过投影变换而成，而立体裁剪空间则是眼空间通过立体投影变换而成。以DirectX（以下简称DX）为例，使用左手坐标系的投影矩阵，将其改造成立体投影矩阵。

Parallax=Sepration*Z-Sepration*Convergence

由线性代数的矩阵相乘法则可知：

由此可得立体投影矩阵

其中左眼Side为-1，右眼Side为+1

由于DX9（winXP）的先天限制，其并不支持立体缓冲，无法使用NVAPI的立体接口，在此利用NVIDIA的一个后门来实现立体渲染。在NVIDIA发布3D Vision的同时还推出了一款叫3D Stereo Player的立体视频播放软件，由视频软件的原理可知，视频文件提供的并不可能有3D信息，更不会有VS的存在，其使用的是NVIDIA为3D视频播放而留下的一个后门，因此我们也可以加以利用，立体图像合成示意图如图3所示：

通过将两张视差图合并成一张大图，并加入立体标识，NVIDIA驱动程序搜索到图片的立体标识后，就会自动分割出视差图，并将其合并成立体图。因此就需要在每帧渲染时获取到左右眼图，并按如图3流程进行加工后，就能实现立体图的成像了，其流程图如图4所示：

一种基于WinXP系统的3D显示方法，使用如下渲染步骤：

步骤1：创建两张width*height左右眼纹理；

步骤2：创建（2*width）*（height+1）立体纹理，往立体纹理里填充立体图片标识；

步骤3：设置左眼纹理为后备缓冲，并设置左眼投影矩阵；

步骤4：渲染至左眼后备缓冲；

步骤5：设置右眼纹理为后备缓冲，并设置右眼投影矩阵；

步骤6：渲染至右眼后备缓冲；

步骤7：分别拷贝左右眼纹理至立体纹理的左上角及右上角；

步骤8：拷贝立体纹理至后备缓冲；提交后备缓冲；

渲染循环按上述步骤3至步骤8，生成3D图。

本发明DX9方案需要在显存中额外创建出2张width*height大小的视差纹理作为RT，及1张(width*2)*(height+1)大小的立体纹理，并在立体纹理的最后行像素填充立体标识，然后每帧时分别渲染场景两遍至左右眼RT，再将左眼纹理填充至立体纹理左上角，右眼纹理填充至右上角，最后将立体纹理拷贝至后备缓冲并提交。

需要说明的是：在修改投影矩阵时，其所有相关的联合矩阵都必须同时修改，还包括这些联合矩阵的逆矩阵、转置矩阵等。在后处理和延迟渲染里，纹理坐标是通过顶点坐标空间变换后插值而来的，PS里所得到的纹理坐标值就是已经修改过后的，因此在屏幕空间到立体空间的逆投影转换中，也必须加入立体参数的运算。虽然DX9不支持NVAPI，但依旧可以使用其的Active和Deactive接口来动态控制立体渲染模式的开关。Convergence参数决定场景的立体深度，如果场景较大而Convergence太小或者场景太小而Convergence太大，场景物件间就不会有明显的深度差，就会让人感觉所有场景都在一个深度上，因此需要根据场景大小而调节Convergence的值，比较适合的值是将其设置为场景最大深度的一半。由于投影矩阵不同，就有可能某些离近裁面较近的物件，由于引擎场景管理的裁切算法，产生一只眼睛能看而见另一只眼睛看不见的情况，这样这个物件就不会有产生视差，也会破坏整个场景的立体感，因此在渲染左右眼场景的时候，所使用的裁切矩阵必须是一致的。

DX9方案由于驱动的限制，一般只支持全屏模式的立体显示，要让其支持窗口模式有如下几种方法：与NVIDIA官方协商将项目加入驱动列表里的3D Vision应用列表；将项目应用改为3D Vision应用列表里的应用名，如googleearth.exe；通过NVAPI往驱动列表里注册项目应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施用例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于WinXP系统的3D显示方法，其特征在于：使用如下渲染步骤：

步骤1：创建两张width*height左右眼纹理；

步骤2：创建（2*width）*（height+1）立体纹理，往立体纹理里填充立体图片标识；

步骤3：设置左眼纹理为后备缓冲，并设置左眼投影矩阵；

步骤4：渲染至左眼后备缓冲；

步骤5：设置右眼纹理为后备缓冲，并设置右眼投影矩阵；

步骤6：渲染至右眼后备缓冲；

步骤7：分别拷贝左右眼纹理至立体纹理的左上角及右上角；

步骤8：拷贝立体纹理至后备缓冲；提交后备缓冲；

渲染循环按上述步骤3至步骤8，生成3D图。

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