便攜式立體顯示終端設計

湯慧儀

摘 要：立體顯示是虛擬現實技術的關鍵環節，其系統主要包括虛擬場景生成、3D顯示等軟硬件終端設備。目前，面向交互式虛擬現實應用的立體顯示終端成本較高、體積較大、不易攜帶。以設備小型化為目標，研究了一種便攜式的立體顯示終端，用以虛擬場景的生成與處理，設計了該終端的功能與硬件結構，給出了系統的連接方式，分析了會議、研討、方艙等典型的終端應用模式。該終端結合立體眼鏡、3D電視、投影儀等顯示設備，可快速構建小型化的交互式虛擬現實系統。

關鍵詞：立體顯示 便攜 虛擬現實

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（b）-0003-02

立體顯示是指利用立體眼鏡、立體頭盔等設備為場景增加深度感的一種3D顯示技術，具有逼真度高、沉浸感強等特點。立體顯示是虛擬現實技術的關鍵環節[1]，其系統主要包括虛擬場景生成、3D顯示等軟硬件終端設備。目前，應用于虛擬現實的立體顯示系統主要包括兩類，一類是非交互式，如3D電影和3D電視[2]，用戶通過佩戴偏振式立體眼鏡進行觀看體驗；另一類是交互式，用戶除了內容欣賞外，還可和虛擬場景進行互動。前者以個人體驗為主，后者較適合于科學研究與指揮決策[3]。顯然，后者需要實時處理系統的支持，通過系統的快速運算，滿足虛擬場景的實時生成與人機交互需求。

該文以設備小型化為目標，考慮到以圖形工作站為主要平臺的計算機場景生成系統成本較高，擬設計一種便攜式的立體顯示終端設備，用以虛擬場景的生成與處理，通過與3D電視、立體眼鏡等互聯，快速構建小型化的交互式虛擬現實系統。

1 功能設計

便攜式立體顯示終端應包括多類型傳感器、大容量電池、嵌入式計算、無線通信、高清攝像等功能，如圖1所示。

傳感器：內置光線、溫度、壓力等傳感器。其中光線傳感器能自動根據環境的亮度調節顯示屏的亮度；溫度傳感器能自動獲取環境溫度，并時刻反應設備的使用溫度，防止過載；壓力傳感器可以用來保護設備的數據，防止由于碰撞導致數據的丟失。

大容量鋰電池：用于提供持續的續航能力。

嵌入式計算：具有較強大的虛擬現實計算能力，用于立體場景生成與交互。

無線通信：用于語音和數據通信。

高清攝像：對現場進行高清拍照與攝像，并支持與虛擬場景融合。

2 結構設計

便攜式立體顯示終端的硬件結構如圖2所示。

終端采用加固設計模式，滿足防水、防霧、防鹽、抗壓、抗摔等要求。在主機的正面安排鍵盤及大功率音響，并安排一組快捷按鈕，用于支持快捷操作，簡化操作步驟。右側面安排SD卡槽，支持SD卡擴展。正面安排一組通用接口，包括USB、音頻輸入等，另外也包括立體頭盔接口。背面接口包括VGA、HDMI、網絡、電源等。

終端連接方式如圖3所示。

在以上連接方式中，用戶可通過立體眼鏡直接觀察終端顯示屏，也可分別連接投影儀、立體電視、頭盔等設備，其中，前兩者仍需立體眼鏡配合。

3 應用模式

便攜式立體顯示終端的應用模式包括會議應用、研討應用、車載應用等。

（1）會議模式。

會議模式以便攜式立體顯示終端、投影儀、立體眼鏡、3D電視等為基本配置，如圖4所示。

會議模式通過對場景的演示與過程的逼真推演，進而對任務與計劃做出有意義的決策。會議模式同時也支持影視娛樂，如觀看3D電影等。

（2）研討模式。

研討模式以便攜式立體顯示終端、立體眼鏡、3D電視為基本配置，如圖5所示。

研討模式主要用于對科研與決策過程的分析與討論，顯示屏（如3D電視）平放或鑲嵌于桌面，通過對科學計算過程或戰場作戰過程的演示與交互，進而發現科學規律或實施作戰指揮。

（3）方艙模式。

方艙模式以車載方艙為載體[4]，是一類小型化的會議模式，其基本配置為便攜式立體顯示終端、立體眼鏡和3D電視，如圖6所示。

方艙模式是一種機動應用模式，特別適用于應急指揮、戰術作戰等，該模式也可以推廣至船載、野戰帳篷等，通過立體顯示終端的便攜特性，可以快速構建一個完整的虛擬現實指揮決策系統。

4 結語

該文研究了一種便攜式的立體顯示終端，對其功能與結構進行了設計、對其應用模式進行了探討，結合立體眼鏡、投影儀、3D電視等設備，可快速構建小型化的交互式虛擬現實系統。進一步的工作是，在內容、軟件等方面深入研究，形成滿足行業需求的應用系統。

參考文獻

[1]陳定方.五彩繽紛的虛擬現實世界[M].北京：中國水利水電出版社，2015.

[2]鄒虹，曾鑫，溫鑫.基于兩視點視頻融合技術的裸眼3D顯示的研究[J].液晶與顯示，2014（5）：824-829.

[3]李新暉，陳梅蘭.虛擬現實技術與應用[M].北京：清華大學出版社，2016.

[4]李衛洲.專用電子方艙的熱設計及其結構改進[D].西安：西安電子科技大學，2011.