CN103108204A - 一种基于Win7或Win Vista的3D显示方法 - Google Patents

Abstract

一种基于Win7或Win Vista的3D显示方法，使用NVIDIA提供的NVAPI软件包，并修改原有3D渲染流程，以产生3D显示效果。使用如下渲染步骤：开启立体缓冲，并设置为手动模式；开启左眼立体缓冲；设置左眼投影矩阵；渲染场景至左眼缓冲；开启右眼立体缓冲；设置右眼投影矩阵；渲染场景至右眼缓冲；提交立体缓冲。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Win7或Win Vista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Win7或Win Vista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】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于Win7或Win Vista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Win7或Win Vista的3D显示方法，包括如下渲染步骤： 

步骤1：开启立体缓冲，并设置为手动模式； 

步骤2：开启左眼立体缓冲； 

步骤3：设置左眼投影矩阵； 

步骤4：渲染场景至左眼缓冲； 

步骤5：开启右眼立体缓冲； 

步骤6：设置右眼投影矩阵； 

步骤7：渲染场景至右眼缓冲； 

步骤8：提交立体缓冲； 

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。 

【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： 

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： 

从 $(x,y,z)\×\left(\begin{array}{c}p11\\ p12\\ p13\\ p14\end{array}\right)=x*p11+y*p12+z*p13+w*p14$

可以得出： 

$x*p11+y*p12+z*(p13+\mathrm{Sep})+w*(p14-\mathrm{sSep}*\mathrm{Con})=\left(\begin{array}{c}p11\\ p12\\ p13+\mathrm{Sepration}\\ p14-\mathrm{Sepration}*\mathrm{Convergence}\end{array}\right)$

由此可得立体投影矩阵，从 

$\left(\begin{array}{cccc}p11& 0& 0& 0\\ 0& p22& 0& 1\\ p13& 0& p33& 1\\ p14& 0& p43& 1\end{array}\right)$ 得出： $\left(\begin{array}{cccc}p11& 0& 0& 0\\ 0& p22& 0& 0\\ p13+\mathrm{side}*\mathrm{Sepration}& 0& p33& 1\\ p14-\mathrm{side}*\mathrm{Sepration}*\mathrm{Convergence}& 0& p43& 1\end{array}\right)$

其中左眼Side为-1，右眼Side为+1 

NVAPI是由NVIDIA提供的一套在windows平台可以直接访问NVIDIAGPU及其驱动的软件开发包。利用NVAPI就可以动态调节如驱动面板里的诸多显卡参数，同样NVAPI也对立体显示提供了一套比较完善的接口，因此在DX10、11(winVista/win7)环境下，只需直接利用NVAPI提供的立体显示相关的接口就能实现立体渲染，流程图如图3所示： 

一种基于Win7或Win Vista的3D显示方法，包括如下渲染步骤： 

步骤1：开启立体缓冲，并设置为手动模式； 

步骤2：开启左眼立体缓冲； 

步骤3：设置左眼投影矩阵； 

步骤4：渲染场景至左眼缓冲； 

步骤5：开启右眼立体缓冲； 

步骤6：设置右眼投影矩阵； 

步骤7：渲染场景至右眼缓冲； 

步骤8：提交立体缓冲； 

渲染循环按上述步骤3至步骤8，生成3D图。 

通过NVAPI开启左右眼立体缓冲后，NVIDIA驱动程序会自动创建立体后备缓冲，只需要在渲染场景前设置对应的立体缓冲，其他按原来正常流程渲染，驱动就会自动将后备缓冲替换为立体缓冲。 

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。在后处理和延迟渲染里，屏幕空间到立体空间的逆投影转换必须加入立体参数的运算。需要根据场景大小而调节Convergence的值。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。 

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Win7或Win Vista的3D显示方法，其特征在于：使用如下渲染步骤：

步骤1：开启立体缓冲，并设置为手动模式；

步骤2：开启左眼立体缓冲；

步骤3：设置左眼投影矩阵；

步骤4：渲染场景至左眼缓冲；

步骤5：开启右眼立体缓冲；

步骤6：设置右眼投影矩阵；

步骤7：渲染场景至右眼缓冲；

步骤8：提交立体缓冲；

渲染循环按上述步骤3至步骤8，生成3D图。

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