具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种虚拟仿真场景的立体显示方法及装置，该方法包括序列帧图像生成和序列帧图像分离以及视差调整；若需要立体显示，可启用立体循环绘图模式，则虚拟仿真软件根据初始相机对象参数和瞳距参数分别计算左右眼相机对象参数，绘制虚拟仿真场景，将左右眼图像依次输出；让左眼只接收左眼图像，右眼只接收右眼图像；若需要桌面显示模式，可启用桌面循环绘图模式，则直接观看。本发明加强虚拟环境下舰船装备的培训效果；可实现立体与非立体显示的一键切换，通过虚拟仿真软件控制立体图像生成，无需额外的立体图像生成设备或第三方插件；无需在硬件设备上进行调试；可快速调整仿真场景的瞳距偏差以适应不同人员的观看需求，避免瞳距不匹配带来的不适

本方案的原理基础如图1所示。图中表示两眼观看物体的情况，瞳距是两眼瞳孔之间的距离，两眼位置的不同，是产生立体视觉的原因。物体B反射的光线沿视线方向映射到左右眼的位置和轮廓存在差别，如L是物体B上的一个轮廓线，L投射至左眼和右眼的位置明显不同，这种不同就是人眼视差，见图1。同样，其它轮廓线在左右眼同样存在这种视差，大脑可以利用这种视差，判断物体的远近产生立体景深感。

在舰船虚拟仿真项目中，用户通常是通过显示屏(平面)观看虚拟仿真软件输出的虚拟仿真场景，如让舰船虚拟仿真软件绘制存在瞳距偏差的左右眼图像，发送至平面显示屏，并让左右图像分别送入用户的左眼和右眼，则用户从平面显示屏观看到的图像是具有景深的立体图像，见图2。

基于这种视觉偏差原理，本发明提供一种舰船虚拟仿真软件自动生成虚拟仿真场景立体显示的方法，具体方法如下：

步骤1：序列帧图像生成

利用OpenGL四缓存区来实施左右眼图像输出。OpenGL提供左后、右后、左前和右前四个缓存区。如图3所示，虚拟仿真软件往左右后缓存区绘制存在一个瞳距的仿真场景图像。左右后缓存切换至左右前缓存，显卡依次将前缓存中的左右图像输出至显示系统。依次输出的左右眼图像称为序列帧图像。

步骤2：序列帧图像分离

步骤1中图像推送到显示系统后，如用户直接观看屏幕，左眼图像会被双眼同时看到，同样右眼图像也被会双眼同时观看，人眼看到的是重叠画面。设计适配的硬件系统对存在瞳距偏差的左、右眼图像分离，让用户左眼接收左眼图像，右眼接收右眼画面，即可实现立体显示。

下文用以更详细的说明舰船虚拟仿真场景立体显示方法：

1)序列帧图像生成，序列帧图像生成流程详见附图4。

首先进行OpenGL初始化，具体包括创建Windows画板，创建带四缓存和双缓存的OpenGL画板，将OpenGL绘图画板与Windows绘图画板绑定。

对上文中双缓存和四缓存绘图循环定义一个变量，变量值“0”时按桌面循环绘图，变量值为“1”时按立体循环绘图。通过脚本定义“1”和“0”对应的键值(例如键盘上的9和0)或用户图标。当用户需要观看立体图像或非立体图像时，可通过快捷键或用户界面实现立体图像和非立体图像的一键切换。

进行虚拟仿真场景的初始化，舰船虚拟仿真软件中设置相机对象的可见区域大小，设置相机对象初始参数(包括相机位置、正视方向、Z轴朝向)，定义虚拟仿真场景环境，完成模型加载构建模型树。

开始绘图循环，获取初始相机对象参数。

当用户需要观看立体图像时，通过快捷键控制上文中绘图循环变量值为1，启用立体绘图模式：舰船虚拟仿真软件根据上文初始相机参数分别计算左右眼相机参数。绘制虚拟仿真场景至左后缓及右后缓存上。绘制完成后的虚拟仿真场景提交至左前缓存及右前缓存上，由显卡推送至显示系统。

其中，通过脚本定义键值(例K和L)，控制上文中定义的左右眼的相机参数，可对虚拟仿真图像瞳距偏差快速增减，以适应不同人员的观看需求。

当用户需要观看桌面图像时，通过上文中定义的快捷键控制上文中的绘图循环变量值为0，启用桌面绘图模式：舰船虚拟仿真软件获取初始相机参数后直接绘制虚拟仿真场景至后缓存上，绘制完成后的虚拟仿真场景提交至前缓存，同样由显卡推送至显示系统。

2)序列帧图像分离

工作站中显卡将左右眼图像通过视频矩阵发送至显示系统。前缓存中图像被交替扫描至屏幕，显卡同时输出与屏幕刷新率一致的同步信号。同步卡将同步信号发送至立体信号发射器，立体信号发射器生成与屏幕刷新同频率方形波。立体眼镜接收立体信号发射器信号，液晶光阀控制立体眼镜左右镜片开启与关闭。

当屏幕显示左眼画面时，眼睛通过立体眼镜开启的左镜片接收左眼画面，右镜片关闭，阻止右眼观看左眼画面；同样，当屏幕显示右眼画面时，人通过开启的右镜片接收右眼画面，左镜片关闭。系统实现序列帧分离具体方式见图5。

本发明还提供一种用于实现上述的虚拟仿真场景的立体显示方法的虚拟仿真场景的立体显示装置，如图5所示，包括显卡、视频矩阵、显示系统、同步卡、立体信号发射器和立体眼镜；

若为立体循环绘图模式，则显卡将左右眼图像通过视频矩阵发送至显示系统，左右眼图像被交替扫描至屏幕；显卡同时输出与屏幕刷新率一致的同步信号，同步卡将该同步信号发送至立体信号发射器，立体信号发射器生成与屏幕刷新同频率方形波；立体眼镜接收立体信号发射器信号，立体眼镜液晶光阀控制左右镜片开启与关闭；当屏幕显示左眼画面时，眼睛通过开启的左镜片接收左眼画面，右镜片关闭；同样，当屏幕显示右眼画面时，眼睛通过开启的右镜片接收右眼画面，左镜片关闭；

若为桌面循环绘图模式，则显卡直接将图像发送至显示系统进行显示。

综上所述，本发明提供一种自动生成虚拟仿真场景立体显示的方法，基于人眼自然观看物体由于瞳距的偏差产生景深的原理，通过舰船虚拟仿真软件控制生成具备瞳距偏差的左右眼图像；基于人眼视觉暂留特征，设计硬件集成系统对左右眼图像进行分离，让左右眼图像分别进入左右眼，产生具有景深感的立体图像；通过舰船虚拟仿真软件的相机对象的定义及调整实现视差的快速匹配，可快速调整立体显示景深，满足不同用户的观感要求，实现舰船装备仿真场景沉浸式体验，以逼近于现实的方式展现舰船装备虚拟维修过程、舱室环境及布局，帮助使用人员以沉浸式方式快速熟悉舰船产品状态，加强培训效果。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。