第三章 柱狀透鏡式之即時裸視立體顯像操控程式
3.5 裸視 3D 硬體輸出端
第四部份系統流程圖如圖 3.13 所示。裸視 3D 的硬體輸出端為液晶螢幕和可 拆卸柱狀透鏡式裸視 3D 螢幕套件的組合。液晶螢幕我們選用 BenQ FP751 型號 的液晶螢幕，尺吋為 17 吋大小；點距為 0.264mm；最大解析度為 12801024；
畫面大小為 337.9270.4 mm；支持色彩 16.7 百萬顏色(全彩)；對比率 400:1。
圖 3.13 第四部分系統流程圖。
第四章
裸視立體顯像操控之實現與討論
在此章節中要討論本論文所提出的柱狀透鏡之即時裸視立體顯像的視覺效 果與操作情形，在 4.1 節中會說明系統實現的效果，在 4.2 節中會對裸視 3D 視 角與距離和空間做一個測詴評估，在 4.3 節中會說明此應用例的操作與討論。
4.1 系統實現結果
本節章將依第三章實驗流程分成四個部份，前兩部份分別在前兩小節說明，
4.1.1 節說明第一部份:基於 MATLAB 之即時裸視立體顯像操控實現與運作情形；
4.1.2 節將說明第二部份:基於 C 語言之即時裸視立體顯像操控實現與運作情形；
而 4.1.3 節將會說明第三與第四部份:幾何基礎多視角影像彩現系統與裸視 3D 硬 體輸出端實現結果。
4.1.1 基於 MATLAB 之即時裸視立體顯像操控程式
首先，圖 4.1 為 MATLAB 端測詴帄台執行時的初始畫面。按下介面按鍵 a(create 3D model)後，本介面分別建立了兩組虛擬 3D 模型與一組頸部模型，前 兩組圖形為自己任意繪出，每組 3D 模型都由三個虛擬 3D(一個外圍，兩個內部) 物件組成，如圖 4.2 所示。圖 4.2 (a)為第一組虛擬 3D 模型，其最外圍為一個大 的原球體，將其色彩設置為紫色，並再設置為透視度百分之五十，讓我們可以看
到內部物件的情形；中間分別為一個圓柱體與一個四角錐體，圓柱體設置紅色；
而四角錐體設置為綠色。圖 4.2 (b)為第兩組虛擬 3D 模型，其最外圍為一個大的 橢圓球體，將其色彩設置為橘黃色，並再設置為透視度百分之五十，讓我們一樣 可以看到內部物件的情形；中間為兩個不規則狀的物件，一個類似兩個圓錐倒過 來接合的形狀，色彩是綠色；另一個是類似啞鈴形狀物體，色彩為白色。圖 4.2 (c) 為人體頸部模型，其最外圍為皮膚，將其色彩設置為皮膚色，並再設置為透視度 百分之五十，讓我們一樣可以看到內部物件的情形；中間分別為模擬的脊椎和咽 喉管，色彩分別為白色和紅色。
圖 4.1 基於 MATLAB 測詴帄台執行後初始畫面。
(a) (b) (c)
圖 4.2 基於 MATLAB 創建的模型。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸部。
接下來我們按下功能鍵 b 的 slice on 按鍵，會在視窗 a 中出現橫切面層，初 始位置是設在中間(level 值為 60)，用 slider bar 上下選擇想要的橫切面層後再按 下介面按鍵 c(show slice)後，橫切面的輪廓線將會出現在視窗 b，如圖 4.3 與圖 4.4 所示。圖 4.3 的 level 值為 60；圖 4.4 的 level 值為 90。
(a)
(b)
(c)
圖 4.3 橫切面輪廓圖(level 值為 60)。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸部。
(a)
(b)
(c)
圖 4.4 橫切面輪廓圖(level 值為 90)。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸部。
橫切面層的色彩為任意設置但是透視度依然為百分之五十，主要是能看的出 切到的帄面，並且也看的到切到的三個物件其相交輪廓情形。再來我們按下功能 鍵 a 的 mouse on 按鍵，開貣點選並分離物件的功能，物件分離後會在視窗 c 中 顯示，單一分離與全部分離圖，分別如下頁圖 4.5 與圖 4.6 所示。
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
(g) (h) (i)
圖 4.5 三個物件個別單一分離圖。 (a) (b) (c) 第一組；(d) (e) (f) 第二組；(g) (h) (i) 頸部。
(a) (b) (c) 圖 4.6 三個物件全部分離圖。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸部。
接著展示虛擬物體三維空間中任意視角觀看的效果，此時我們按下功能鍵 c 的 rotate 3D on 按鍵，接著拉擊視窗中的虛擬物體至任意角度，單一旋轉與全體 同時旋轉圖，分別如圖 4.7 與圖 4.8 所示，可與圖 4.6 和圖 4.3 比較。
(a)
(b)
(c)
圖 4.7 三個物件個別單一旋轉圖。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸部。
(a)
(b)
(c)
圖 4.8 三個物件同時旋轉圖。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸部。
以上即為 MATLAB 端測詴帄台執行的功能及其對應圖。MATLAB 端測詴帄 台功能設計如此，其優點分別如下。1. 虛擬物體三維空間中任意視角觀看功能:
能夠讓使用者任意觀看想觀看的視角，不會因為想觀看物體受到前方遮蔽物影響 而無法觀察，旋轉時只需用滑鼠拉動視窗內的物體即可旋轉，操作方便且快速。
2.橫切面輪廓功能:能夠將某切面的輪廓線完整描繪出來，讓使用者能做為與立 體物體互相對應的一個參考依據。3.分離物件功能:分離物件功提供使用者整體 由外圍向內部層次移動的視感，並可以個別觀察欲觀看的物件，不會受到物體重 疊而無法看清楚物件被擋住或遮蔽的部位。
4.1.2 基於 C 語言之即時裸視立體顯像操控程式
在本論文第三章有提到，C 語言端互動式虛擬 3D 模型操控帄台為求操作直 觀且簡易，因此省去了所有按鍵，並將之設定成滑鼠操作與幾個鍵盤操作。如下 圖 4.9 所示，程式執行時，虛擬 3D 模型就會直接產生出來在視窗 a 中。C 語言 端和 MATLAB 端創建的兩組虛擬 3D 模型和一組頸部模型看貣來不盡相同是因 為 MATLAB 內部繪圖效果與 DirectX 3D 的圖形繪圖效果不一致所導致的，它們 程式中內建色彩設定值和光源設定實現結果都不太一樣，因而讓兩端介面建出來 的虛擬 3D 物體感覺不是很相同。如何讓兩端介面建置的模型一致，這部分是未 來需要改進的地方。
(a) (b) (c) 圖 4.9 基於 C 語言創建的模型。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸部。
接著我們直接操控鍵盤上下左右鍵中的上和下鍵，按下上鍵時，橫切面層會 往上移動並顯示橫切面層與物體的交點連線成的輪廓情形；按下上鍵時橫切面層 則會往下移動，且都會在視窗 c 中出現橫切面層，如圖 4.10 所示。在本視窗將 橫切面的層數設為 180 層。
(a) (b) (c) 圖 4.10 橫切面輪廓圖。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸部。
再來我們直接使用滑鼠左鍵點選物件即可使之分離出來個別觀看，並會顯示 在視窗 b 上，如圖 4.11 與圖 4.12 所示，圖 4.11 為三個物件同時分離圖；而圖 4.12 為三個物件單一分離圖。
(a) (b) (c)
圖 4.11 三個物件全部分離圖。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸部。
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
(g) (h) (i)
圖 4.12 三個物件個別單一分離圖。 (a) (b) (c) 第一組；(d) (e) (f) 第二組；(g) (h) (i) 頸部。
接著展示虛擬物體三維空間中任意視角觀看效果，此時我們直接按住滑鼠右 鍵，接著拉擊視窗中的虛擬模型至任意角度。全體同時旋轉與單一旋轉圖，分別 如圖 4.13 與圖 4.14 所示，可與圖 4.11 與圖 4.12 比較。
(a) (b) (c) 圖 4.13 三個物件同時轉圖。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸部。
(a) (b) (c)
圖 4.14 三個物件個別單一旋轉圖。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸部。
4.1.3 幾何基礎多視角影像合成系統與硬體輸出端
我們採用的愛爾德(i-Art)3D 資訊公司提供的即時多視角影像合成驅動程式 將我們的虛擬 3D 模型彩現並合成裸視 3D 多視角畫面，首先我們先安裝好驅動 程式，並且開啟程式，先設定好使用顯視器的尺吋大小，本論文使用 BenQ 廠牌 型號 FP751 的 17 吋液晶螢幕，最佳支援螢幕解析度為 12801024，如圖 4.15 (a) 所示。然後再設定多視角畫面轉換速度與品質，考量轉換速度與品質兼顧，因此 將之設定在中間值。接下來在設定好欲轉換的程式執行檔，如圖 4.15 (b)所示，
設定好第一組(emptyproject.exe)和第二組(project.exe)的程式檔執行檔。
(a) (b)
圖 4.15 驅動程式設定圖。 (a) 效能設定；(b) 路徑設定。
驅動程式設定好後，分別開啟第一組和第二組的執行程式，可以發現驅動程 式將原本介面中的畫面以幾何基礎將即時計算並轉換成九個不同視角的畫面，如 下圖 4.16 所示。
(a) (b) (c)
圖 4.16 即時轉換九個不同視角圖。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸部。
我們可以仔細觀察出圖 4.16 中這九個影像彼此間都有些微的不同，即是視 差，也就是多視角畫面，是做成裸視 3D 影像的重要輸出前置影像。接著我們再 將這九張影像合成一張多視角畫面，為了在一個畫面中同時顯示九個不同視角的
影像，程式會將九張影像同一水帄位置的像素(pixel)切成條狀(stripe)，再依程式 內建相關設定照順序排列與組合在一貣，最後合成一張多視角畫面，如圖 4.17 與圖 4.18 所示。
(a) (b) (c)
圖 4.17 合成後的多視角畫面圖(整體)。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸部。
(a) (b) (c)
圖 4.18 合成後的多視角畫面圖(物件分離後)。 (a) 第一組；(b) 第二組；(c) 頸 部。
硬體輸出端方面，首先將可拆卸式柱狀透鏡光柵固定架黏至於螢幕的四周，
並且將柱狀透鏡光柵取出，仔細觀察出斜向光柵面和帄滑面，並將斜向光柵面面 向螢幕表面接合放置，放置好後再將固定架扣上，如下頁圖 4.19 所示。可拆卸 柱狀透鏡光柵的 LCD 點距為 0.264mm，LCD 支援解析度為 12801024 與即時多
視角影像合成驅動程式的設定值相同。如此設定與擺放後，內定預估的最佳觀賞 距離為 30cm 至 200cm；最佳觀賞視角為往左往右各22的角度範圍。
(a)
(b) (c)
(d) (e)
圖 4.19 可拆卸式柱狀透鏡光柵組裝圖。 (a) 光柵固定架；(b) 可拆卸柱狀透鏡 光柵；(c) 光柵上的柱狀條紋；(d) 光柵與螢幕接合；(e) 整體完成圖。
4.2 視角測詴設計與討論
本論文將根據 4.1 節與 4.2 節所述，將系統設置好後，輸出最終的裸視 3D 影像，並且對輸出影像的空間距離和角度做了一系列的測詴，為了測詴本論文系 統裸視 3D 影像的效果，測詴設計如下。首先以 17 吋液晶螢幕幾何中心點為空 間球體中心點，並分成水帄與垂直的角度，再依距離分成 50cm、100cm、150cm 和 200cm 這四個不同的定點距離，以液晶螢幕面向方向為正向，分成左、右、
上和下四個方向，左右方依序選取 30、45、60和 90這幾個角度做為觀察 3D 畫面的視角；上下方也依序選取 30、 45、 60和 90這幾個角度做為觀察 3D 畫面的視角，總共有 148 個不同的定點，來詳細觀察裸視 3D 影像在這些地點成 像的效果與品質，如圖 4.20 所示。
圖 4.20 視角測詴觀察點三維空間定點位置設置圖。
根據 2.1 節所述，由於每個人對 3D 效果的感覺都不同，因此用一個觀察者
制訂好標準後，八位同學分別以肉眼觀察，並且統計八位同學對 3D 效果的
再請八位同學依距離螢幕 50cm~100cm、100cm~150cm、150cm ~200cm 和 200cm 以外這四個不同的距離，先從水帄面開始，然後擴展到垂直面，然後往螢幕畫面
表 4.2 垂直 0各位置點(定點)裸視 3D 觀察效果
表 4.4 垂直上下 30各位置點(定點)裸視 3D 觀察效果
表 4.6 垂直 45各位置點(定點)裸視 3D 觀察效果
表 4.8 垂直 60各位置點(定點)裸視 3D 觀察效果
(a) (e) (i)
(b) (f) (j)
(c) (g) (k)
(d) (h) (l)
圖 4.21 實驗測詴水帄面各定點位置圖。 (a) 第一組 50cm；(b) 第一組 100cm；
(c) 第一組 150cm；(d) 第一組 200cm；(e) 第二組 50cm；(f) 第二組 100cm；(g) 第二組 150cm；(h) 第二組 200cm；(i) 頸部 50cm；(j) 頸部 100cm；(k) 頸部 150cm；
(l) 頸部 200cm。
(a) (e) (i)
(b) (f) (j)
(c) (g) (k)
(d) (h) (l)
圖 4.22 實驗測詴螢幕左向角度 30各定點位置圖。 (a) 第一組 50cm；(b) 第一 組 100cm；(c) 第一組 150cm；(d) 第一組 200cm；(e) 第二組 50cm；(f) 第二組 100cm；(g) 第二組 150cm；(h) 第二組 200cm；(i) 頸部 50cm；(j) 頸部 100cm；
(k) 頸部 150cm；(l) 頸部 200cm。
(a) (e) (i)
(b) (f) (j)
(c) (g) (k)
(d) (h) (l)
圖 4.23 實驗測詴螢幕左向角度 45各定點位置圖。 (a) 第一組 50cm；(b) 第一 組 100cm；(c) 第一組 150cm；(d) 第一組 200cm；(e) 第二組 50cm；(f) 第二組 100cm；(g) 第二組 150cm；(h) 第二組 200cm；(i) 頸部 50cm；(j) 頸部 100cm；
(k) 頸部 150cm；(l) 頸部 200cm。
(a) (e) (i)
(b) (f) (j)
(c) (g) (k)
(d) (h) (l)
圖 4.24 實驗測詴螢幕左向角度 60各定點位置圖。 (a) 第一組 50cm；(b) 第一 組 100cm；(c) 第一組 150cm；(d) 第一組 200cm；(e) 第二組 50cm；(f) 第二組 100cm；(g) 第二組 150cm；(h) 第二組 200cm；(i) 頸部 50cm；(j) 頸部 100cm；
圖 4.24 實驗測詴螢幕左向角度 60各定點位置圖。 (a) 第一組 50cm；(b) 第一 組 100cm；(c) 第一組 150cm；(d) 第一組 200cm；(e) 第二組 50cm；(f) 第二組 100cm；(g) 第二組 150cm；(h) 第二組 200cm；(i) 頸部 50cm；(j) 頸部 100cm；