人妻秘书ol中文字幕星空传媒影视公司|中文字幕人妻中文字幕成人性电影|国产精品美女久久久久久免费亚洲国产精品中文字幕一区久久|中文字幕在线天堂中文字幕一区一区二区三区|91丨九色丨国产熟女a|亚洲国产精品91|91极品国产|色悠悠国产精品|亚洲av一线二线久久性色|9区中文字幕在线,999中文字幕精品,成人久久不卡一区二区三区,国产av专区网站大全

 
Tel：153 2100 2012

Beijing Four Sentences of Heng Qu science and technology Co., Ltd.
北京橫渠四句科技有限公司
擬轉(zhuǎn)化成果 | 懸浮3D顯示+手勢交互=未來觸手可及
來源:中國光學(xué)《液晶與顯示》（ESCI、Scopus收錄，中文核心期刊）2022 年第 5 期 | 作者:4SHQ | 發(fā)布時間: 1153天前 | 4744 次瀏覽 | 分享到:

在電影《鋼鐵俠 2》中有這樣一幕：影片主角托尼·斯塔克在一張懸浮的 3D 地圖上輕點手指，地圖發(fā)生令人眼花繚亂的變化，他過世的父親遺留給他的“信息”——一種新型人造元素的 3D 原子結(jié)構(gòu)模型被提取出來。

圖片

圖1：《鋼鐵俠 2》電影片段

許許多多的科幻電影中的類似場景無不體現(xiàn)出人們對 3D 顯示與交互無限的遐想。可喜的是，這樣的遐想或許有望在不遠的將來成為現(xiàn)實。

近日，北京航空航天大學(xué) 王瓊?cè)A 教授團隊開發(fā)出一套懸浮真 3D 顯示實時交互系統(tǒng)，展現(xiàn)出了該種 3D 顯示與交互系統(tǒng)的雛形。該系統(tǒng)能夠動態(tài)地顯示裸眼3D圖像，在 3D 片源分辨率為 4K 下實現(xiàn) 30 幀/秒的實時、準確的手勢交互，并且支持通過預(yù)設(shè)的多種手勢實現(xiàn)多手對多物體的獨立交互。
該成果以“基于 Leap Motion 手勢識別的懸浮真 3D 顯示實時交互系統(tǒng)”為題發(fā)表于《液晶與顯示》（ESCI、Scopus收錄，中文核心期刊）2022 年第 5 期。

  1. 懸浮真 3D 顯示實時交互系統(tǒng)構(gòu)成  

該系統(tǒng)主要分為顯示模塊和交互模塊，并通過計算機進行銜接和數(shù)據(jù)處理。

圖片

圖2：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
圖源：液晶與顯示, 2022, 37(5): 658. Fig. 6

顯示模塊基于集成成像 3D 顯示，這一技術(shù)可追溯到 1908 年 Lippmann G. 提出的集成攝影術(shù)。集成成像 3D 顯示利用光路可逆原理，使用透鏡陣列將光線在特定的空間點先匯聚再發(fā)散，如同光本就是從匯聚點發(fā)出的一樣，從而模擬真實物體表面發(fā)光或反射光的情況，因此被認為是一種裸眼真 3D 顯示。

在此基礎(chǔ)上研究人員應(yīng)用了懸浮器件——二面角反射鏡陣列。從一個點光源出發(fā)出的光經(jīng)過每個二面角反射鏡單元后，被反射 2 次匯聚成懸浮于空中的像。因此集成成像 3D 顯示的 3D 圖像將被投射出整個系統(tǒng)之外，帶來更強的視覺沖擊，也為更自由的交互提供便利。

圖片

圖3：懸浮真 3D 顯示原理
圖源：液晶與顯示, 2022, 37(5): 655. Fig. 2

圖片
圖4：二面角反射鏡單元
圖源：液晶與顯示, 2022, 37(5):655. Fig. 3

交互模塊通過體感控制器 Leap Motion 采集手勢數(shù)據(jù)。Leap Motion 是一款基于雙目計算機視覺的體感控制器，它通過頂部的透明窗口拍攝圖片，提取用戶手的關(guān)節(jié)特征，進而反映整個手的手勢和姿態(tài)。Leap Motion 采集到的數(shù)據(jù)將被送入計算機處理，把用戶手勢反映的信息轉(zhuǎn)化為控制 3D 片源變化的指令，實現(xiàn) 3D 片源隨著手勢動態(tài)變化，也就能結(jié)合顯示模塊實現(xiàn) 3D 圖像隨著手勢動態(tài)變化。

圖片

圖5：Leap Motion 以及參考坐標系
圖源：Leap Motion 官網(wǎng)

  2. 準確手勢交互的實現(xiàn)方法  

由于 Leap Motion 的參考坐標系和 3D 圖像的參考坐標系原本不存在關(guān)聯(lián)，因此懸浮于用戶身體左側(cè)的物體可能與位于用戶身體右側(cè)的手產(chǎn)生交互，這就自然而然帶來違和感和交互的不便利性。

為解決此問題，研究人員通過標定以及矩陣變換的方法，將 Leap Motion 的坐標映射到 3D 圖像的參考坐標系；相當(dāng)于在 3D 圖像所在的虛擬空間生成了一個虛擬手來控制 3D 圖像的變化，而這一虛擬手由于現(xiàn)實中用戶的手處在相同的空間位置，達到了虛擬和現(xiàn)實的統(tǒng)一。

  3. 多手對多物體的獨立交互  
目前國內(nèi)外進行了一些懸浮真 3D 顯示手勢交互技術(shù)研究，但多數(shù)僅考慮單個 3D 物體的交互或 3D 場景的整體交互，未考慮復(fù)雜 3D 場景中多個 3D 物體的獨立交互。那么如何理解獨立交互呢？想象一下我們?nèi)粘Ｉ钪杏玫降膫€人電腦，我們新建兩個窗口，只拖動位于上層的窗口，這一交互操作不會對位于下層的窗口產(chǎn)生影響，反之亦然，那么我們認為這兩個窗口對象都是可以獨立交互的。

圖片

圖片

圖6：2D 顯示鼠標交互

在 2D 顯示下的鼠標交互，由于兩窗口重疊的區(qū)域窗口會發(fā)生遮擋，我們能夠交互到的只有上層的窗口；而且鼠標只能單點交互，不能同時拖動兩個窗口，因此獨立交互較容易實現(xiàn)。而在 3D 顯示、手勢交互的系統(tǒng)中，1 和 2 兩個 3D 物體一旦發(fā)生重合，重合區(qū)域既屬于物體 1 又屬于物體 2。因此有時用戶只需要對 1 進行交互的時候不小心穿過了 2，就會導(dǎo)致 2 也被交互了，我們稱這種現(xiàn)象為交互串?dāng)_。當(dāng)系統(tǒng)由單手交互擴展到多手交互，每只手都需要進行不同的交互，因此在 3D 物體互不干擾的前提下，還需要能實現(xiàn)不同物體同時響應(yīng)對應(yīng)手的交互。

為此研究人員提出一種交互通道機制。每個 3D 物體都有一個通道用于連接一只虛擬手。成功連接的 3D 物體與手建立其交互關(guān)系，它的交互通道就被這只手的數(shù)據(jù)占用了，那么其他手將無法占據(jù)這一交互通道，其他的 3D 物體將不會再容許這只手占用交互通道，使得成功連接的 3D 物體與手成為獨立的交互組合，直到手主動放棄交互。

圖片

圖7：多物體交互的通道機制
圖源：液晶與顯示, 2022, 37(5): 657. Fig.5

利用交互通道機制，可以有效減少多手對多物體之間的交互串?dāng)_，實現(xiàn)獨立交互；當(dāng)然在特定的手勢下也可以讓 3D 場景全局或局部的幾個物體按照同一交互方式進行交互。交互通道機制使交互的設(shè)計與實現(xiàn)更加靈活，更加有助于激發(fā)用戶的創(chuàng)造性。





視頻：懸浮真 3D 顯示實時交互效果

  4. 懸浮真 3D 顯示實時交互系統(tǒng)的應(yīng)用前景  

懸浮真 3D 顯示與手勢交互結(jié)合，符合現(xiàn)實世界中人與真實物體交互的自然觀感，因此可以將現(xiàn)實世界和虛擬世界重疊甚至混淆，實現(xiàn)亦虛亦實的信息交流；其應(yīng)用于影音娛樂、會議辦公、文化展覽等場景，為元宇宙發(fā)展提供一種可能的方向。另一方面，該系統(tǒng)的交互操作可避免不必要的接觸，特別有利于減少疾病傳播風(fēng)險，在新冠疫情背景下具有潛在的便利性和安全性優(yōu)勢。

  論文信息  

林星雨, 邢妍, 張漢樂, 王瓊?cè)A. 基于Leap Motion手勢識別的懸浮真3D顯示實時交互系統(tǒng)[J]. 液晶與顯示, 2022, 37(5):654-659.
?https://cjlcd.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJLCD.2022-0060

  通訊作者介紹  

圖片
王瓊?cè)A，北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院教授/博士生導(dǎo)師、教育部長江學(xué)者特聘教授、國家杰出青年科學(xué)基金獲得者、國家“萬人計劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、國際信息顯示學(xué)會會士（SID Fellow）、中國物理學(xué)會液晶分會副主任、中國圖象圖形學(xué)學(xué)會三維成像與顯示副主任委員，Journal of the Society for Information Display 等國際期刊 Associate Editor 和《液晶與顯示》等期刊編委。1992 年、1995 年和 2001 年于電子科技大學(xué)先后獲得學(xué)士、碩士和博士學(xué)位，1995-2001 年在電子科技大學(xué)任助教、講師和副教授，2001-2004 年在美國中佛羅里達大學(xué)光學(xué)中心任 Research Scientist，2004-2018 年在四川大學(xué)任教授和博士生導(dǎo)師。主要研究方向為顯示與成像技術(shù)，負責(zé)完成了國家級科研項目 20 余項，現(xiàn)為國家重點研發(fā)計劃項目和國家重大科研儀器研制項目的負責(zé)人。研制了裸眼3D顯示器、3D 攝像機、新型液晶顯示器、液晶透鏡、可變焦液體透鏡和連續(xù)光學(xué)變焦顯微鏡等；獲得省部級科技獎勵 6 項，獲準美國和中國發(fā)明專利 150 余項，出版著作 3 部，發(fā)表了 SCI 收錄論文 300 余篇。


監(jiān)制 | 張瑩、趙陽

編輯 | 趙唯