集装箱起重机模拟器的立体显示及景深

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(1.天津理工大学 海运学院， 天津300384； 2.大连海事大学 航海动态仿真及控制交通运输部重点实验室, 辽宁 大连 116026)

集装箱起重机模拟器的立体显示及景深

赵猛1,尹勇2,崔建辉1

(1.天津理工大学海运学院，天津300384； 2.大连海事大学航海动态仿真及控制交通运输部重点实验室,辽宁大连116026)

根据集装箱装卸培训特点，提出对集装箱起重机模拟器采用立体显示恢复出虚拟场景的深度信息，以提高模拟器仿真环境的逼真度。提出一种精确确定立体图像绘制时双视点距离的计算方法,使人眼能舒适地融合物理屏幕上的双眼图像。根据多人观测结果的均值确定物理屏幕人眼深度可融合范围;通过零视差面与固定物理屏幕间的射影变换得出双视点距离设定值。试验结果表明,固定物理屏幕立体显现不可避免地会产生深度方向上的压缩，该方法适于不同尺度的虚拟场景。

集装箱起重机;模拟器;立体显示;视差;深度感知

Abstract: According to the characteristics of container handling training，a stereo display mode is used to recover the depth information of virtual scene and improve the fidelity of the simulator environment. In order to fuse stereo images comfortably with the fixed physical screen by human eyes, the parallax of stereo images must be controlled within a certain range. A method for accurately determining distance of two viewpoints in virtual scene is presented. According to the mean results of subjects’ observation, critical depth of fusion limitation in the physical screen space is determined. According to projective transformation of zero-parallax surface to the physical screen, the distance of two viewpoints is deduced. Test results show that stereo display on the fixed physical screen will inevitably engender compression in the depth direction. The method is suitable for multi-scale virtual scene.

Keywords: container crane; simulator; stereo display; parallax; depth perception

岸边集装箱起重机模拟器[1]属于微观海事仿真范畴，在水路安全运输生产仿真方面不可缺少。国内各类海事仿真模拟器的研制虽然起步较晚，但已开发出比较成熟的系统,如船舶操纵模拟器、轮机模拟器、全球海上遇险与安全系统(Global Maritime Distress and Safety System,GMDSS)仿真系统等。对于集装箱起重机模拟器，国内相关机构[2-4]的开发都还处于原型机阶段，没有代表性的产品;国外商业化产品[5]已得到广泛应用，但大多采用单视点系统，驾驶员对场景中景物间(如集装箱与船)、景物与人之间的距离不能很好地把握，培训效果大打折扣。……