大载荷三维精密调整平台—机械系统设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

大载荷三维精密调整平台—机械系统设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

线索，是基于人眼转动过程中观察到的感知要素。 静态线索包含很多方面，例如（ 1）视觉和相对大小：如果我们观看一个人和一图 双眼视差产生立体效果示意图 河北工业大学 20xx 届本科毕业设计说明书 7 个建筑物的画，他们在画框里看上去大小一样，那我们肯定地说建筑会离我们更远一点。 （ 2）遮挡：如果建筑物挡住了人的一半，那就是说建筑物位于人的前方，这样我们看到的是一个巨人或者是一个房子的缩略模型。 （ 3）阴影和高光：在唯一光源的情况下，太阳或月亮投下的阴影是凹陷表面的深度线索。 而从光滑物体反射出来的光是表面朝着光源的深度线索。 （ 4）先入为主的 知识：人类良好的记忆力有助于我们几下接触过物体的形状和大小，当再次看到该物体的时候，就可以提取该形状信息。 与立体感知相比，这更多的是对物体形状的识别。 单眼失明的人丢失了双眼视差线索，但是也克服了一些我们从未察觉到的障碍。 他们没有撞到椅子，也没让玻璃杯从桌子边缘掉下来，这就是因为人也可以根据单视场提取深度线索，弥补丢失双目立体线索的不足。 活动的画面让我们感受到了运动，这基于我们大脑处理视觉刺激对应时间的能力。 这样的分析得出了物体运动的速度和方向，以及它们在 3D空间里的位置。 这些活动的画面就是运动的深 度线索。 而在这其中，视差（ parallax）起到了重要的作用。 视差是一系列画面中某一物体成像想相对位置 [6] ，它 也可以分成静态视差与动态视差。 静态视差就是人在相对静止时观察同一个立体物体所产生的方向差异。 而运动视差又可分为由视角运动产生的视差和物体运动产生的视差，都是人眼与观察物之间的相对运动而造成的方向差异。 运动视差线索还有一种特殊的种类称为立体深度线索，我们的两个眼镜是视角，如果要对这两个视角进行比较。 这两个画面的差异称为“视网膜像差”（ retinal disparity）。 由于我们是同时处理这两个画 面的，通过视觉皮层图 单视场深度线索的分类 河北工业大学 20xx 届本科毕业设计说明书 8 上的特殊神经分析这些像差，就可以比运动视差提取更多更精确的信息。 其分类见下图。 当我们观看立体画面时，我们的大脑对像差大小进行提取、计算，以判断物体间的距离，这就是水平视差。 揭露遮挡是最强大的深度线索，在单视图上，我们发现背景上的物体被部分遮挡了，而在立体视图中，背景的物体有一小部分只被一只眼睛观察和到。 这额外的材质是大脑重构景象的重要线索，由此遮挡就会取代其他所有线索，而我们的大脑会想尽一切办法使之成像。 如果在桌子上放置一个魔方，从左右两个方向去观察，魔方的形状是没有变 化的，但是每个眼镜看到的并不相同，我们的大脑会将这两个画面组成一个完整的 3D 物体。 3． 2 立体成像中本体感知与深度感知 本体感知是身体内部刺激产生对运动和空间位置的错觉。 这种知觉显示身体是不是自己移动，身体各部分的相对位置如何。 折射、发散与会聚 通过眼睛，我们观察到各种各样的线索，而所有这些我们获得的信息都需要传递给大脑进行分析和处理。 人可以通过遮挡精确的认识相对深度的线索，我们可以准确的分辨出哪个物体在前，哪个物体在后。 能够大概的猜出两者之间的距离，但看不出该物体离我们的绝对距离，即使 加上我们先前匹配的物体形成和大小，这种估算通常也是不准确的。 所以要获得该信息，我们需要通过动力视觉系统，即控制人眼运动发肌肉来获得。 当我们观看物体时，我们的双眼精确瞄准到该物体，在两边视网膜相同的地方生成一副画面。 我们可以斜着观看一个近景，也可以注视远处的路标线，后者比较放松、舒图 立体深度线索的分类 河北工业大学 20xx 届本科毕业设计说明书 9 服，而前者需要肌肉的收缩，所以会有适量的不适感。 这称之为对某一物体或距离的“会聚”（ convergence）。 眼球的调节 人的视觉系统工作时还有另一组肌肉结构也参与到活动中，即对焦物体的晶状体，好比摄像机 上的镜头。 如果我们可以估算，晶状体会给人类提供单视场深度线索，利好的消息是，人类并不感觉自己所调节的对焦体，因为在观看例如 3D 电影时，我们看到的物体悬浮 在空中，但实际都是在银幕上反映的，而眼睛是会聚到放映厅上的某一点上，对焦到银幕上。 这种会聚 /对焦失调不会造成太大的不适感，所以我们才能欣赏到优秀的 3D 电影。 当我们戴上增强现实 3D 眼镜后，在观看物体悬浮于空中的 3D 画面时，我们是对着半反半透镜调节眼睛，但会聚在离我们一定距离的地方。 这种抗相关性并非人眼视觉系统的一种本能，实际上是大脑强迫我们这么做的，而且这种转 动眼球的练习很可能是痛苦的，难度会随着年龄的增大而增大，这也是为什么一些老年人“晕” 3D 电影，就是在这种眼球调节过程中肌肉酸疼并且引起大脑会聚图像的不适。 而据 Valyus 发现，大多数人能容忍的会聚角α（ Optical Angle） 变化值为 176。 [7]。 如图。 当我们获得了足够的深度线索和视差，视觉系统的工作就暂时告一段落，神经元将信号传给大脑，在大脑中，将获得的两幅 2D 画面组成一个 3D 立体的图像，这一过程就是融合（ fusion）。 戴上增强现实 3D 眼镜后，在我们第一次看到一个立体感很强的 3D 画面并努 力去看清它时，我们可以实际感受这种图 双眼视觉结构示意图 河北工业大学 20xx 届本科毕业设计说明书 10 融合处理。 这种体验在开始阶段很可能是“重影”（ double vision）阶段，场景里的每个物体似乎都有两个。 当一段时间后，物体的两个不同画面组合成了一个单一的3D 虚拟形状。 融合处理在大脑中进行，我们可以把距离较近的物体与距离较远的物体融合到一起。 但在一个画面中，我们不能同时融合相隔太远的物体，此时我们要么融合前景，要么融合背景。 否则对人类来说，就是一个很痛苦的过程。 3． 3 视差与 Panum 融合区 如前所述 ，视差是人形成双目立体视觉的关键所在，我们左右 眼分别接受到有视差的左右图像源，再经过我们大脑的融合作用，最终组成了我们立体的世界。 在现实的世界中，我们观察立体物体的能力是不会被怀疑，但是如果在我们创造的虚拟世界中，就需要对视差进行调节，从而达到 3D 效果。 这就涉及到 Panum 融合区，它是由Panum 本人在 1858 年提出并命名的。 当我们观察物体时，双眼会聚到物体之上，此时做一个大圆，使我们的双眼视网膜的中心凹和物体都落在这个圆上，这个就是单视圆，也称为维特 缪勒圆。 倘若现在还有一个物体并不在我们注视的物体上，而是在它附近的一定范围内，它发出的光刺激到我 们双眼视网膜上的一定距离范围之内，同图 会聚与调节示意图 河北工业大学 20xx 届本科毕业设计说明书 11 样会产生单一立体视觉。 在单视圆附近的这个区域，称之为 Panum 融合区。 图 中 两个虚线组成的部分就是 Panum 融合区。 研究表明，在观察有多个物体时，如果它们在视网膜上形成像的视差过大，人眼就不能感受到单一的立体视觉，这种情况称为复视。 所以 Panum 融合区很好的表明了双目视差的图像经过大脑融合形成立体视觉的条件，即立体图像的视差不能超过 Panum 融合区，这就是有。